iOS中Runtime常用示例

Runtime的内容大概有：动态获取类名、动态获取类的成员变量、动态获取类的属性列表、动态获取类的方法列表、动态获取类所遵循的协议列表、动态添加新的方法、类的实例方法实现的交换、动态属性关联、消息发送与消息转发机制

1、获取类名

动态的获取类名是比较简单的，使用class_getName(Class)就可以在运行时来获取类的名称。class_getName()函数返回的是一个char类型的指针，也就是C语言的字符串类型，所以我们要将其转换成NSString类型，然后再返回出去。下方的+fetchClassName:方法就是我们封装的获取类名的方法，如下所示：

获取类名.png

2、获取成员变量

下方这个+fetchIvarList:这个方法就是我们封装的获取类的成员变量的方法。当然我们在获取成员变量时，可以用ivar_getTypeEncoding()来获取相应成员变量的类型。使用ivar_getName()来获取相应成员变量的名称。下方就是对获取成员变量的功能的封装。返回的是一个数组，数组的元素是一个字典，而字典中存储的就是相应成员变量的名称和类型。

获取成员变量.png

下方就是调用上述方法获取的TestClass类的成员变量。当然在运行时就没有什么私有和公有之分了，只要是成员变量就可以获取到。在OC中的给类添加成员属性其实就是添加了一个成员变量和getter以及setter方法。所以获取的成员列表中肯定带有成员属性，不过成员属性的名称前方添加了下划线来与成员属性进行区分。我们也可以获取成员变量的类型，下方的_var1是NSInteger类型，动态获取到的是q字母，其实是NSInteger的符号。而i就表示int类型，c表示Bool类型，d表示double类型，f则就表示float类型。当然这些基本类型都是由一个字母代替的，如果是引用类型的话，则直接就是一个字符串了，比如NSArray类型就是"@NSArray"。

out.png

3.获取成员属性

上面获取的是类的成员变量，那么下方这个+fetchPropertyList:获取的就是成员属性。当然此刻获取的只包括成员属性，也就是那些有setter或者getter方法的成员变量。下方主要是使用了class_copyPropertyList(Class,&count)来获取的属性列表，然后通过for循环通过property_getName()来获取每个属性的名字。当然使用property_getName()获取到的名字依然是C语言的char类型的指针，所以我们还需要将其转换成NSString类型，然后放到数组中一并返回。如下所示：

获取成员变量.png

下方这个截图就是调用上述方法获取的TestClass的所有的属性，当然dynamicAddProperty是我们使用Runtime动态给TestClass添加的，所以也是可以获取到的。当然我们获取到的属性的名称为了与其对应的成员变量进行区分，成员属性的名字前边是没有下划线的。

out.png

4、获取类的实例方法

接下来我们就来封装一下获取类的实例方法列表的功能，下方这个+fetchMethodList:就是我们封装的获取类的实例方法列表的函数。在下方函数中，通过class_copyMethodList()方法获取类的实例方法列表，然后通过for循环使用method_getName()来获取每个方法的名称，然后将方法的名称转换成NSString类型，存储到数组中一并返回。具体代码如下所示：

获取类的实例方法.png

下方这个截图就是上述方法在TestClass上运行的结果，其中打印了TestClass类的所有实例方法，当然其中也必须得包含成员属性的getter和setter方法。当然TestClass类目中的方法也是必须能获取到的。结果如下所示：

out.png

5、获取协议列表

下方是获取我们类所遵循协议列表的方法，主要使用了class_copyProtocolList()来获取列表，然后通过for循序使用protocol_getName()来获取协议的名称，最后将其转换成NSString类型放入数组中返回即可。

获取协议列表.png

下方就是我们获取到的TestClass类所遵循的协议列表：

out.png

6、动态添加方法实现

下方就是动态的往相应类上添加方法以及实现。下方的+addMethod方法有三个参数，第一个参数是要添加方法的类，第二个参数是方法的SEL，第三个参数则是提供方法实现的SEL。稍后在消息发送和消息转发时会用到下方的方法。下方主要是使用class_getInstanceMethod()和method_getImplementation()这两个方法相结合获取相应SEL的方法实现。下方的IMP其实就是Implementation的方法缩写，获取到相应的方法实现后，然后再调用class_addMethod()方法将IMP与SEL进行绑定即可。具体做法如下所示。

动态添加方法实现.png

7、方法实现交换

下方就是讲类的两个方法的实现进行交换。如果将MethodA与MethodB的方法实现进行交换的话，调用MethodA时就会执行MethodB的内容，反之亦然。

方法实现交换.png

8、实现NSCoding的自动归档与解档

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)encoder

{
    unsigned int count = 0;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList([Movie class], &count);

    for (int i = 0; i<count; i++) {
        // 取出i位置对应的成员变量
        Ivar ivar = ivars[i];
        // 查看成员变量
        const char *name = ivar_getName(ivar);
        // 归档
        NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
        id value = [self valueForKey:key];
        [encoder encodeObject:value forKey:key];
    }
    free(ivars);
}

- (id)initWithCoder:(NSCoder *)decoder
{
    if (self = [super init]) {
        unsigned int count = 0;
        Ivar *ivars = class_copyIvarList([Movie class], &count);
        for (int i = 0; i<count; i++) {
        // 取出i位置对应的成员变量
        Ivar ivar = ivars[i];
        // 查看成员变量
        const char *name = ivar_getName(ivar);
       // 归档
       NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
      id value = [decoder decodeObjectForKey:key];
       // 设置到成员变量身上
        [self setValue:value forKey:key];

        }
        free(ivars);
    } 
    return self;
}

9、字典转模型
通过上面的coding协议的实现方法可以看到我们一样可以通过runtime去实现字典转模型，最近面试的时候也看到过面试题是字典转模型的实现，机制就是KVC，但是如果是一层的字典转模型（外层全是字符串，数字），如果有字典包含字典或者包含数组或者更多层，还需要在仔细考虑

• 普通的一层字典转模型

   // 创建对应模型对象
    id objc = [[self alloc] init];

    unsigned int count = 0;

    // 1.获取成员属性数组
    Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);

    // 2.遍历所有的成员属性名,一个一个去字典中取出对应的value给模型属性赋值
    for (int i = 0; i < count; i++) {

        // 2.1 获取成员属性
        Ivar ivar = ivarList[i];

        // 2.2 获取成员属性名 C -> OC 字符串
       NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];

        // 2.3 _成员属性名 => 字典key
        NSString *key = [ivarName substringFromIndex:1];

        // 2.4 去字典中取出对应value给模型属性赋值
        id value = dict[key];

        // 获取成员属性类型
        NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
        }

• 内层数组，字典的转换

if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]] && ![ivarType containsString:@"NS"]) { 

             //  是字典对象,并且属性名对应类型是自定义类型
            // 处理类型字符串 @\"User\" -> User
            ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@" withString:@""];
            ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\"" withString:@""];
            // 自定义对象,并且值是字典
            // value:user字典 -> User模型
            // 获取模型(user)类对象
            Class modalClass = NSClassFromString(ivarType);

            // 字典转模型
            if (modalClass) {
                // 字典转模型 user
                value = [modalClass objectWithDict:value];
            }

        }

        if ([value isKindOfClass:[NSArray class]]) {
            // 判断对应类有没有实现字典数组转模型数组的协议
            if ([self respondsToSelector:@selector(arrayContainModelClass)]) {

                // 转换成id类型，就能调用任何对象的方法
                id idSelf = self;

                // 获取数组中字典对应的模型
                NSString *type =  [idSelf arrayContainModelClass][key];

                // 生成模型
                Class classModel = NSClassFromString(type);
                NSMutableArray *arrM = [NSMutableArray array];
                // 遍历字典数组，生成模型数组
                for (NSDictionary *dict in value) {
                    // 字典转模型
                    id model =  [classModel objectWithDict:dict];
                    [arrM addObject:model];
                }

                // 把模型数组赋值给value
                value = arrM;

            }
        }

三、属性关联

属性关联说白了就是在类目中动态的为我们的类添加相应的属性，如果看过之前发布的对Masonry框架源码解析的博客的话，对下方的属性关联并不陌生。在Masonry框架中就利用Runtime的属性关联在UIView的类目中给UIView添加了一个约束数组，用来记录添加在当前View上的所有约束。下方就是在TestClass的类目中通过objc_getAssociatedObject()和objc_setAssociatedObject()两个方法为TestClass类添加了一个dynamicAddProperty属性。上面我们获取到的属性列表中就含有该动态添加的成员属性。

下方就是属性关联的具体代码，如下所示。

属性关联.png

四、消息处理与消息转发

在Runtime中不得不提的就是OC的消息处理和消息转发机制。当然网上也有不少相关资料，本篇博客为了完整性，还是要聊一下消息处理与消息转发的。当你调用一个类的方法时，先在本类中的方法缓存列表中进行查询，如果在缓存列表中找到了该方法的实现，就执行，如果找不到就在本类中的方列表中进行查找。在本类方列表中查找到相应的方法实现后就进行调用，如果没找到，就去父类中进行查找。如果在父类中的方法列表中找到了相应方法的实现，那么就执行，否则就执行下方的几步。

当调用一个方法在缓存列表，本类中的方法列表以及父类的方法列表找不到相应的实现时，到程序崩溃阶段中间还会有几步让你来挽救。接下来就来看看这几步该怎么走。

1.消息处理（Resolve Method）

当在相应的类以及父类中找不到类方法实现时会执行+resolveInstanceMethod:这个类方法。该方法如果在类中不被重写的话，默认返回NO。如果返回NO就表明不做任何处理，走下一步。如果返回YES的话，就说明在该方法中对这个找不到实现的方法进行了处理。在该方法中，我们可以为找不到实现的SEL动态的添加一个方法实现，添加完毕后，就会执行我们添加的方法实现。这样，当一个类调用不存在的方法时，就不会崩溃了。具体做法如下所示：

消息处理.png

2、消息快速转发

如果不对上述消息进行处理的话，也就是+resolveInstanceMethod:返回NO时，会走下一步消息转发，即-forwardingTargetForSelector:。该方法会返回一个类的对象，这个类的对象有SEL对应的实现，当调用这个找不到的方法时，就会被转发到SecondClass中去进行处理。这也就是所谓的消息转发。当该方法返回self或者nil, 说明不对相应的方法进行转发，那么就该走下一步了。

消息转发.png

3.消息常规转发

如果不将消息转发给其他类的对象，那么就只能自己进行处理了。如果上述方法返回self的话，会执行-methodSignatureForSelector:方法来获取方法的参数以及返回数据类型，也就是说该方法获取的是方法的签名并返回。如果上述方法返回nil的话，那么消息转发就结束，程序崩溃，报出找不到相应的方法实现的崩溃信息。

在+resolveInstanceMethod:返回NO时就会执行下方的方法，下方也是讲该方法转发给SecondClass，如下所示：

消息常规转发.png

五、objc_msgSend,SEL,id,Class

1.objc_msgSend

/* Basic Messaging Primitives
 *
 * On some architectures, use objc_msgSend_stret for some struct return types.
 * On some architectures, use objc_msgSend_fpret for some float return types.
 * On some architectures, use objc_msgSend_fp2ret for some float return types.
 *
 * These functions must be cast to an appropriate function pointer type 
 * before being called. 
 */

这是官方的声明，从这个函数的注释可以看出来了，这是个最基本的用于发送消息的函数。另外，这个函数并不能发送所有类型的消息，只能发送基本的消息。比如，在一些处理器上，我们必须使用objc_msgSend_stret来发送返回值类型为结构体的消息，使用objc_msgSend_fpret来发送返回值类型为浮点类型的消息，而又在一些处理器上，还得使用objc_msgSend_fp2ret来发送返回值类型为浮点类型的消息。
最关键的一点：无论何时，要调用objc_msgSend函数，必须要将函数强制转换成合适的函数指针类型才能调用。
从objc_msgSend函数的声明来看，它应该是不带返回值的，但是我们在使用中却可以强制转换类型，以便接收返回值。另外，它的参数列表是可以任意多个的，前提也是要强制函数指针类型。
其实编译器会根据情况在objc_msgSend, objc_msgSend_stret, objc_msgSendSuper, 或 objc_msgSendSuper_stret四个方法中选择一个来调用。如果消息是传递给超类，那么会调用名字带有”Super”的函数；如果消息返回值是数据结构而不是简单值时，那么会调用名字带有”stret”的函数。

2.SEL

objc_msgSend函数第二个参数类型为SEL，它是selector在Objc中的表示类型（Swift中是Selector类）。selector是方法选择器，可以理解为区分方法的 ID，而这个 ID 的数据结构是SEL:
typedef struct objc_selector *SEL;
其实它就是个映射到方法的C字符串，你可以用 Objc 编译器命令@selector()或者 Runtime 系统的sel_registerName函数来获得一个SEL类型的方法选择器。
不同类中相同名字的方法所对应的方法选择器是相同的，即使方法名字相同而变量类型不同也会导致它们具有相同的方法选择器，于是 Objc 中方法命名有时会带上参数类型(NSNumber一堆抽象工厂方法)，Cocoa 中有好多长长的方法哦。

3.id

objc_msgSend第一个参数类型为id，大家对它都不陌生，它是一个指向类实例的指针：
typedef struct objc_object *id;
那objc_object又是啥呢：
struct objc_object { Class isa; };
objc_object结构体包含一个isa指针，根据isa指针就可以顺藤摸瓜找到对象所属的类。
PS:isa指针不总是指向实例对象所属的类，不能依靠它来确定类型，而是应该用class方法来确定实例对象的类。因为KVO的实现机理就是将被观察对象的isa指针指向一个中间类而不是真实的类，这是一种叫做 isa-swizzling 的技术，详见官方文档.

4.Class

之所以说isa是指针是因为Class其实是一个指向objc_class结构体的指针：
typedef struct objc_class *Class;
objc_class里面的东西多着呢：

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if  !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

可以看到运行时一个类还关联了它的超类指针，类名，成员变量，方法，缓存，还有附属的协议。
在objc_class结构体中：ivars是objc_ivar_list指针；methodLists是指向objc_method_list指针的指针。也就是说可以动态修改 *methodLists 的值来添加成员方法，这也是Category实现的原理.
参考：
http://www.cocoachina.com/ios/20170301/18804.html
http://www.jianshu.com/p/46dd81402f63
http://www.jianshu.com/p/19f280afcb24