Runtime详解

RunTime一直是iOS开发中非常重要的而且必须要理解的东西,最近在学习RunTime,有自己的一些心得,现在记录下来,便于以后查阅

什么是RunTime

  • 我们写的代码在程序运行过程中都会被转化成runtime的C代码执行,例如[target doSomething]方法会被转化成 objc_msgSend(target,@select(doSomething))
  • OC中的一切都被设计成对象,我们都知道一个类被初始化成一个实例,这个实例是一个对象,在runtime中使用结构体表示
  • 相关的定义:
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/// 描述类中的一个方法
typedef struct objc_method *Method;

/// 实例变量
typedef struct objc_ivar *Ivar;

/// 类别Category
typedef struct objc_category *Category;

/// 类中声明的属性
typedef struct objc_property *objc_property_t;
  • 类在RunTime中的表示:
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//类在runtime中的表示
struct objc_class {
Class isa;//指针,顾名思义,表示是一个什么,
//实例的isa指向类对象,类对象的isa指向元类

#if !__OBJC2__
Class super_class; //指向父类
const char *name; //类名
long version;
long info;
long instance_size
struct objc_ivar_list *ivars //成员变量列表
struct objc_method_list **methodLists; //方法列表
struct objc_cache *cache;//缓存
//一种优化,调用过的方法存入缓存列表,下次调用先找缓存
struct objc_protocol_list *protocols //协议列表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

获取类中的属性方法列表等

有时候我们有这样的需求,需要知道当前类中的每个属性的名字

我们可以通过runtime的一系列方法获取类的一些信息(包括属性列表,方法列表,成员变量列表,和遵循的协议列表)

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unsigned int count;
//获取属性列表
objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count);
for (unsigned int i=0; i<count; i++) {
const char *propertyName = property_getName(propertyList[i]);
NSLog(@"property---->%@", [NSString stringWithUTF8String:propertyName]);
}

//获取方法列表
Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &count);
for (unsigned int i; i<count; i++) {
Method method = methodList[i];
NSLog(@"method---->%@", NSStringFromSelector(method_getName(method)));
}

//获取成员变量列表
Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);
for (unsigned int i; i<count; i++) {
Ivar myIvar = ivarList[i];
const char *ivarName = ivar_getName(myIvar);
NSLog(@"Ivar---->%@", [NSString stringWithUTF8String:ivarName]);
}

//获取协议列表
__unsafe_unretained Protocol **protocolList = class_copyProtocolList([self class], &count);
for (unsigned int i; i<count; i++) {
Protocol *myProtocal = protocolList[i];
const char *protocolName = protocol_getName(myProtocal);
NSLog(@"protocol---->%@", [NSString stringWithUTF8String:protocolName]);
}

我们来测试一下 新建一个工程

在.h文件中

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#import <UIKit/UIKit.h>

@interface ViewController : UIViewController<UITabBarDelegate>

@property (nonatomic, copy) NSString *property1;
@property (nonatomic, copy) NSString *property2;
@property (nonatomic, copy) NSString *property3;
@property (nonatomic, copy) NSString *property4;

- (void)testGetMethods;

@end

在.m文件中

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#import "ViewController.h"
#import <objc/runtime.h>

@interface ViewController ()<UINavigationBarDelegate>
{
@private
NSUInteger countTest;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *property5;
@property (nonatomic, copy) NSString *property6;
@property (nonatomic, copy) NSString *property7;
@property (nonatomic, copy) NSString *property8;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self getProperties];
}

- (void)getProperties{
unsigned int count;
//获取属性列表
NSLog(@"----------获取属性---------");
objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count);
for (unsigned int i=0; i<count; i++) {
const char *propertyName = property_getName(propertyList[i]);
NSLog(@"property---->%@", [NSString stringWithUTF8String:propertyName]);
}
NSLog(@"----------获取方法---------");
//获取方法列表
Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &count);
for (unsigned int i; i<count; i++) {
Method method = methodList[i];
NSLog(@"method---->%@", NSStringFromSelector(method_getName(method)));
}
NSLog(@"----------获取成员变量---------");
//获取成员变量列表
Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);
for (unsigned int i; i<count; i++) {
Ivar myIvar = ivarList[i];
const char *ivarName = ivar_getName(myIvar);
NSLog(@"Ivar---->%@", [NSString stringWithUTF8String:ivarName]);
}
NSLog(@"----------获取协议---------");
//获取协议列表
__unsafe_unretained Protocol **protocolList = class_copyProtocolList([self class], &count);
for (unsigned int i; i<count; i++) {
Protocol *myProtocal = protocolList[i];
const char *protocolName = protocol_getName(myProtocal);
NSLog(@"protocol---->%@", [NSString stringWithUTF8String:protocolName]);
}
}

-(void)testGetMethods{

}

- (void)didReceiveMemoryWarning {
[super didReceiveMemoryWarning];

}

@end

运行一下 我们看输出

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2016-10-31 10:34:15.698751 iOS RunTime解析[1023:187762] ----------获取属性---------
2016-10-31 10:34:15.698886 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->property5
2016-10-31 10:34:15.698950 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->property6
2016-10-31 10:34:15.698999 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->property7
2016-10-31 10:34:15.699046 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->property8
2016-10-31 10:34:15.699160 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->property1
2016-10-31 10:34:15.699211 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->property2
2016-10-31 10:34:15.699257 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->property3
2016-10-31 10:34:15.699305 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->property4
2016-10-31 10:34:15.699369 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->hash
2016-10-31 10:34:15.699470 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->superclass
2016-10-31 10:34:15.699520 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->description
2016-10-31 10:34:15.699804 iOS RunTime解析[1023:187762] property---->debugDescription
2016-10-31 10:34:15.699872 iOS RunTime解析[1023:187762] ----------获取方法---------
2016-10-31 10:34:15.699970 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->getProperties
2016-10-31 10:34:15.700054 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->testGetMethods
2016-10-31 10:34:15.700124 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->property1
2016-10-31 10:34:15.700188 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->setProperty1:
2016-10-31 10:34:15.700249 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->property2
2016-10-31 10:34:15.700399 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->setProperty2:
2016-10-31 10:34:15.700485 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->property3
2016-10-31 10:34:15.700596 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->setProperty3:
2016-10-31 10:34:15.700666 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->property4
2016-10-31 10:34:15.700789 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->setProperty4:
2016-10-31 10:34:15.700885 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->property5
2016-10-31 10:34:15.700937 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->setProperty5:
2016-10-31 10:34:15.700988 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->property6
2016-10-31 10:34:15.701036 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->setProperty6:
2016-10-31 10:34:15.701083 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->property7
2016-10-31 10:34:15.701132 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->setProperty7:
2016-10-31 10:34:15.701244 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->property8
2016-10-31 10:34:15.701309 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->setProperty8:
2016-10-31 10:34:15.701440 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->.cxx_destruct
2016-10-31 10:34:15.701518 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->didReceiveMemoryWarning
2016-10-31 10:34:15.701621 iOS RunTime解析[1023:187762] method---->viewDidLoad
2016-10-31 10:34:15.701671 iOS RunTime解析[1023:187762] ----------获取成员变量---------
2016-10-31 10:34:15.701746 iOS RunTime解析[1023:187762] Ivar---->countTest
2016-10-31 10:34:15.701795 iOS RunTime解析[1023:187762] Ivar---->_property1
2016-10-31 10:34:15.701865 iOS RunTime解析[1023:187762] Ivar---->_property2
2016-10-31 10:34:15.701916 iOS RunTime解析[1023:187762] Ivar---->_property3
2016-10-31 10:34:15.701964 iOS RunTime解析[1023:187762] Ivar---->_property4
2016-10-31 10:34:15.702012 iOS RunTime解析[1023:187762] Ivar---->_property5
2016-10-31 10:34:15.702059 iOS RunTime解析[1023:187762] Ivar---->_property6
2016-10-31 10:34:15.702106 iOS RunTime解析[1023:187762] Ivar---->_property7
2016-10-31 10:34:15.702154 iOS RunTime解析[1023:187762] Ivar---->_property8
2016-10-31 10:34:15.702192 iOS RunTime解析[1023:187762] ----------获取协议---------
2016-10-31 10:34:15.702850 iOS RunTime解析[1023:187762] protocol---->UINavigationBarDelegate
2016-10-31 10:34:15.702908 iOS RunTime解析[1023:187762] protocol---->UITabBarDelegate

我们可以看到 无论是.h中申明 还是.m中的申明 全部打印了出来

而且还有一个规律 就是.m中的属性和方法 总是被首先打印出来

方法调用

我们看一下方法调用在运行时的过程

如果用实例对象调用实例方法,会到实例的isa指针指向的对象(也就是类对象)操作。

如果调用的是类方法,就会到类对象的isa指针指向的对象(也就是元类对象)中操作。

  • 首先,在相应操作的对象中的缓存方法列表中找调用的方法,如果找到,转向相应实现并执行。
  • 如果没找到,在相应操作的对象中的方法列表中找调用的方法,如果找到,转向相应实现执行
  • 如果没找到,去父类指针所指向的对象中执行1,2.
  • 以此类推,如果一直到根类还没找到,转向拦截调用。
  • 如果没有重写拦截调用的方法,程序报错。

那么 这样 我们是不是可以这样做呢?

  • 重写父类的方法,并没有覆盖掉父类的方法,只是在当前类对象中找到了这个方法后就不会再去父类中找了。
  • 如果想调用已经重写过的方法的父类的实现,只需使用super这个编译器标识,它会在运行时跳过在当前的类对象中寻找方法的过程。

拦截调用

在方法调用中说到了,如果没有找到方法就会转向拦截调用。

那么什么是拦截调用呢。

拦截调用就是,在找不到调用的方法程序崩溃之前,你有机会通过重写NSObject的四个方法来处理。

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+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;
//后两个方法需要转发到其他的类处理
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;
  • 第一个方法是当你调用一个不存在的类方法的时候,会调用这个方法,默认返回NO,你可以加上自己的处理然后返回YES。
  • 第二个方法和第一个方法相似,只不过处理的是实例方法。
  • 第三个方法是将你调用的不存在的方法重定向到一个其他声明了这个方法的类,只需要你返回一个有这个方法的target。
  • 第四个方法是将你调用的不存在的方法打包成NSInvocation传给你。做完你自己的处理后,调用invokeWithTarget:方法让某个target触发这个方法。

动态添加方法

重写了拦截调用的方法并且返回了YES,我们要怎么处理呢?
有一个办法是根据传进来的SEL类型的selector动态添加一个方法。

首先从外部隐式调用一个不存在的方法:

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//隐式调用方法
[target performSelector:@selector(resolveAdd:) withObject:@"test"];

然后,在target对象内部重写拦截调用的方法,动态添加方法。

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void runAddMethod(id self, SEL _cmd, NSString *string){
NSLog(@"add C IMP ", string);
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{

//给本类动态添加一个方法
if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"resolveAdd:"]) {
class_addMethod(self, sel, (IMP)runAddMethod, "v@:*");
}
return YES;
}

其中class_addMethod的四个参数分别是:

  • Class cls 给哪个类添加方法,本例中是self
  • SEL name 添加的方法,本例中是重写的拦截调用传进来的selector。
  • IMP imp 方法的实现,C方法的方法实现可以直接获得。如果是OC方法,可以用+ (IMP)instanceMethodForSelector:(SEL)aSelector;获得方法的实现。
  • “v@:*”方法的签名,代表有一个参数的方法。

关联对象

现在你准备用一个系统的类,但是系统的类并不能满足你的需求,你需要额外添加一个属性。
这种情况的一般解决办法就是继承。

但是,只增加一个属性,就去继承一个类,总是觉得太麻烦类。

这个时候,runtime的关联属性就发挥它的作用了。

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//首先定义一个全局变量,用它的地址作为关联对象的key
static char associatedObjectKey;
//设置关联对象
objc_setAssociatedObject(target, &associatedObjectKey, @"添加的字符串属性", OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
//获取关联对象
NSString *string = objc_getAssociatedObject(target, &associatedObjectKey);
NSLog(@"AssociatedObject = %@", string);

objc_setAssociatedObject的四个参数:

  • id object给谁设置关联对象。
  • const void *key关联对象唯一的key,获取时会用到。
  • id value关联对象。
  • objc_AssociationPolicy关联策略,有以下几种策略:
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enum{
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1,
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,
OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403
}

objc_getAssociatedObject的两个参数:

  • id object获取谁的关联对象。
  • const void *key根据这个唯一的key获取关联对象。

其实,你还可以把添加和获取关联对象的方法写在你需要用到这个功能的类的类别中,方便使用。

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//添加关联对象
- (void)addAssociatedObject:(id)object{
objc_setAssociatedObject(self, @selector(getAssociatedObject), object, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
//获取关联对象
- (id)getAssociatedObject{
return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}

注意:这里面我们把getAssociatedObject方法的地址作为唯一的key,_cmd代表当前调用方法的地址。

方法交换

就是将两个方法的实现交换。例如,将A方法和B方法交换,调用A方法的时候,就会执行B方法中的代码,反之亦然。

我们来试一下 定义一个UIViewController的category

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/**
load方法会在类第一次加载的时候被调用
调用的时间比较靠前,适合在这个方法里做方法交换
*/
+(void)load{
//方法交换应该被保证,在程序中只会执行一次
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
//获得viewController的生命周期方法的selector
SEL systemSel = @selector(viewWillAppear:);
//自己实现的将要被交换的方法的selector
SEL customeSel = @selector(custome_viewWillAppear:);
//两个方法的Method
Method systemMethod = class_getInstanceMethod([self class], systemSel);
Method customeMethod = class_getInstanceMethod([self class], customeSel);

//首先动态添加方法,实现是被交换的方法,返回值表示添加成功还是失败
BOOL isAdd = class_addMethod(self, systemSel, method_getImplementation(customeMethod), method_getTypeEncoding(customeMethod));
if (isAdd) {
//如果成功,说明类中不存在这个方法的实现
//将被交换方法的实现替换到这个并不存在的实现
class_replaceMethod(self, customeSel, method_getImplementation(systemMethod), method_getTypeEncoding(systemMethod));
}else{
//否则,交换两个方法的实现
method_exchangeImplementations(systemMethod, customeMethod);
}

});
}

- (void)custome_viewWillAppear:(BOOL)animated{
//这时候调用自己,看起来像是死循环
//但是其实自己的实现已经被替换了
[self custome_viewWillAppear:animated];//这里 是去执行系统的viewWillApper:方法
NSLog(@"custome");
}

在其他的controller中

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#import <UIKit/UIKit.h>
#import "UIViewController+Custome.h"

@interface ViewController : UIViewController<UITabBarDelegate>

@property (nonatomic, copy) NSString *property1;
@property (nonatomic, copy) NSString *property2;
@property (nonatomic, copy) NSString *property3;
@property (nonatomic, copy) NSString *property4;

- (void)testGetMethods;

@end

在.m中我们重写vieWillApper:方法

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-(void)viewWillAppear:(BOOL)animated{
[super viewWillAppear:animated];
}

我们将会看到在控制台 直接打印出了custome

其实vieWillApper:方法已经被我们替换成我们自己的custome_viewWillAppear:

然后在我们自定义的custome_viewWillAppear:方法中 又调用了custome_viewWillAppear:本身 其实他已经被替换成viewWillApper:方法 所以这样就实现了 方法交换

写的有点多了

演示代码 我放在了

https://github.com/yangqian111/blog/tree/master/iOS%20RunTime解析