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程序开发相关知识之Runtime学习
2016-07-04 09:23:31         来源:haoshuai  
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什么是runtime,面试的时候回答无非就是 “OC是面向对象的动态语言,所以运行时系统是必要的….”
OC 中的方法调用其实最终转化为:objc_msgSend(receiver,selector)
我们新建一个类

#import "NewClass.h"
@implementation NewClass
-(instancetype)init{
    if (self = [super init]) {
        [self showMsg];
    }
    return self;
}
-(void)showMsg{
    NSLog(@"WTF");
}

然后使用clang重写命令

$ clang -rewrite-objc NewClass.h

然后会多出一个.cpp文件 打开之后,可以看到init方法

static instancetype _I_NewClass_init(NesClass * self, SEL _cmd) {
    if (self = ((MyClass *(*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("NewClass"))}, sel_registerName("init"))) {
        ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("showMsg"));
    }
    return self;
}

关键是这个部分

((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("showMsg"));

而objc_msgSend函数的原型

OBJC_EXPORT void objc_msgSend(void /* id self, SEL op, ... */ )(可以在obcj/message.h中找到)

下面分析这个函数的两个参数
SEL 在objc/objc.h中

typedef struct objc_selector *SEL;

其实就是一个方法名的字符串,由@selector()或者sel_registerName函数来获得SEL类型的方法选择器
id 也在objc/objc.h中

typedef struct objc_object *id;

id为结构体指针,可以指向任意对象
obcj_object结构体

struct objc_object { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;};

这个结构体只有一个isa成员变量,对象可以通过isa指针找到所属的类,isa是一个class类型的成员变量
class 也是一个结构体指针

typedef struct objc_class *Class;

objc_class

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;

我们通常说的类是这样的
Class 也有一个isa指针,指向他的元类
super_class 父类
name 类名
version 版本信息
info 类的详情
instance_size 实例对象的size
ivars 成员变量列表
methodLists 指向该类的实例方法列表,它将方法选择器和方法实现地址联系起来。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,同样解释了 Category 不能添加属性的原因
cache:有点类似重用池 Runtime系统会把调用的方法存在缓存中,下次查找的时候效率更高
protocols 协议列表

显而易见 我们调用一个方法的时候 运行过程是这样的
Runtime 系统把方法调用转换为objc_msgSend 并传递 id 和SEL 方法调用者会通过isa指针来找到所属的类,然后在cache或者methodLists中寻找此方法,如果找得到就执行,没找到就通过super_class寻找他的上一级父类一直找到NSObject而NSObject的父类为nil,当NSObject中也没有此方法就会crash并报出类似信息:unrecognized selector sent to instance 0x7fd0a141afd0
动态解析
但是在程序crash之前,Runtime 会给我们动态方法解析的机会,消息发送的步骤大致如下:
1.检测这个 selector 是不是要忽略的。比如 Mac OS X 开发,有了垃圾回收就不理会 retain,release 这些函数了
2.检测这个 target 是不是 nil 对象。ObjC 的特性是允许对一个 nil 对象执行任何一个方法不会 Crash,因为会被忽略掉
3.如果上面两个都过了,那就开始查找这个类的 IMP,先从 cache 里面找,完了找得到就跳到对应的函数去执行如果 cache 找不到就找一下方法分发表
4.如果分发表找不到就到超类的分发表去找,一直找,直到找到NSObject类为止
如果还找不到就要开始进入消息转发了:步骤如下
1.进入 resolveInstanceMethod: 方法,指定是否动态添加方法。若返回NO,则进入下一步,若返回YES,则通过 class_addMethod 函数动态地添加方法,消息得到处理,此流程完毕。
2.resolveInstanceMethod: 方法返回 NO 时,就会进入 forwardingTargetForSelector: 方法,这是 Runtime 给我们的第二次机会,用于指定哪个对象响应这个 selector。返回nil,进入下一步,返回某个对象,则会调用该对象的方法。
3.若 forwardingTargetForSelector: 返回的是nil,则我们首先要通过 methodSignatureForSelector: 来指定方法签名,返回nil,表示不处理,若返回方法签名,则会进入下一步。
4.当第 methodSignatureForSelector: 方法返回方法签名后,就会调用 forwardInvocation: 方法,我们可以通过 anInvocation 对象做很多处理,比如修改实现方法,修改响应对象等。
如果到最后,消息还是没有得到响应,程序就会crash

如何使用objc_mesSend
新建一个类

-(void)showAge{
    NSLog(@"24");
}
-(void)showName:(NSString *)aName{
    NSLog(@"name is %@",WHS);
}
-(void)showSizeWithWidth:(float)aWidth andHeight:(float)aHeight{
    NSLog(@"size is %.2f * %.2f",aWidth, aHeight);
}
-(float)getHeight{
    return 182.5f;
}
-(NSString *)getInfo{
    return @"Hi, I'm your father -.-";
}

然后使用objc_msgSend依次调用方法

TestClass *objct = [[TestClass alloc] init];
((void (*) (id, SEL)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("showAge"));
((void (*) (id, SEL, NSString *)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("showName:"), @"WHS");
((void (*) (id, SEL, float, float)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("showSizeWithWidth:andHeight:"), 110.5f, 200.0f);
float f = ((float (*) (id, SEL)) objc_msgSend_fpret) (objct, sel_registerName("getHeight"));
NSLog(@"height is %.2f",f);
NSString *info = ((NSString* (*) (id, SEL)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("getInfo"));
NSLog(@"%@",info);

可以发现objc_msgSend在使用的时候被强制转换了一下,因为默认情况下是没有参数和返回值的

objc_msgSendSuper
编译器会根据情况在 objc_msgSend,objc_msgSend_stret,objc_msgSendSuper,objc_msgSendSuper_stret 或 objc_msgSend_fpret 五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 objc_msgSendSuper 方法,如果消息返回值是数据结构,就会调用 objc_msgSendSuper_stret 方法,如果返回值是浮点数,则调用 objc_msgSend_fpret 方法。
常用的是objc_msgSengSuper

OBJC_EXPORT void objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ )

当我们调用 [super selector] 时,Runtime 会调用 objc_msgSendSuper 方法,objc_msgSendSuper 方法有两个参数,super 和 op,Runtime 会把 selector 方法选择器赋值给 op。而 super 是一个 objc_super 结构体指针,objc_super 结构体定义如下

struct objc_super {
    /// Specifies an instance of a class.
    __unsafe_unretained id receiver;
    /// Specifies the particular superclass of the instance to message.
#if !defined(__cplusplus)  &&  !__OBJC2__
    /* For compatibility with old objc-runtime.h header */
    __unsafe_unretained Class class;
#else
    __unsafe_unretained Class super_class;
#endif
    /* super_class is the first class to search */
};

Runtime 会创建一个 objc_spuer 结构体变量,将其地址作为参数(super)传递给 objc_msgSendSuper,并且将 self 赋值给 receiver:super—>receiver=self。
当调用[super class]时,会转换成objc_msgSendSuper函数
第一步先构造 objc_super 结构体,结构体第一个成员就是 self。第二个成员是 (id)class_getSuperclass(objc_getClass(“”)).
第二步是去 Father 这个类里去找 - (Class)class,没有,然后去 NSObject 类去找,找到了。最后内部是使用 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class)) 去调用,此时已经和 [self class] 调用相同了,所以两个输出结果就相同了。

对象关联
对象关联即category

OBJC_EXPORT void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_1);

object是源对象 value是被关联的对象
key 是关联的键,objc_getAssociatedObject 方法通过不同的 key 即可取出对应的被关联对象
policy 是一个枚举值,表示关联对象的行为,从命名就能看出各个枚举值的含义

typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,           /**< Specifies a weak reference to the associated object. */
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object.
                                            *   The association is not made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,   /**< Specifies that the associated object is copied.
                                            *   The association is not made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,       /**< Specifies a strong reference to the associated object.
                                            *   The association is made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403          /**< Specifies that the associated object is copied.
                                            *   The association is made atomically. */
};

要取出被关联的对象使用 objc_getAssociatedObject 方法即可,要删除一个被关联的对象,使用 objc_setAssociatedObject 方法将对应的 key 设置成 nil 即可:

objc_setAssociatedObject(self, associatedKey, nil, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);

objc_removeAssociatedObjects 方法将会移除源对象中所有的关联对象.

假如我们要给 UIButton 添加一个监听单击事件的 block 属性,新建 UIButton 的 Category,其.m文件如下:

#import "UIButton+ClickBlock.h"
#import static const void *associatedKey = "associatedKey";
@implementation UIButton (ClickBlock)
//Category中的属性,只会生成setter和getter方法,不会生成成员变量
-(void)setClick:(clickBlock)click{
    objc_setAssociatedObject(self, associatedKey, click, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
    [self removeTarget:self action:@selector(buttonClick) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    if (click) {
        [self addTarget:self action:@selector(buttonClick) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    }
}
-(clickBlock)click{
    return objc_getAssociatedObject(self, associatedKey);
}
-(void)buttonClick{
    if (self.click) {
        self.click();
    }
}
@end

然后在代码中就可以使用button.click = ^{};了
KVC与Runtime

1.自动归档
没有runtime时候归档时这样的

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder{
    [aCoder encodeObject:self.name forKey:@"name"];
    [aCoder encodeObject:self.ID forKey:@"ID"];
}
- (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder{
    if (self = [super init]) {
        self.ID = [aDecoder decodeObjectForKey:@"ID"];
        self.name = [aDecoder decodeObjectForKey:@"name"];
    }
    return self;
}

如果属性很多的话就很尴尬了,要重复写很多,这时候runtime就可以大展神威了
使用class_copylvarlist方法获取model类的所有成员变量
再使用ivar_getName方法获取成员变量的名称
最后通过KVC取属性赋值

#import "TestModel.h"
#import #import @implementation TestModel
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder{
    unsigned int outCount = 0;
    Ivar *vars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
    for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
        Ivar var = vars[i];
        const char *name = ivar_getName(var);
        NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
        // 注意kvc的特性是,如果能找到key这个属性的setter方法,则调用setter方法
        // 如果找不到setter方法,则查找成员变量key或者成员变量_key,并且为其赋值
        // 所以这里不需要再另外处理成员变量名称的“_”前缀
        id value = [self valueForKey:key];
        [aCoder encodeObject:value forKey:key];
    }
}
- (nullable instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder{
    if (self = [super init]) {
        unsigned int outCount = 0;
        Ivar *vars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
            Ivar var = vars[i];
            const char *name = ivar_getName(var);
            NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
            id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
            [self setValue:value forKey:key];
        }
    }
    return self;
}
@end

2.Model和Dictionary
没有runtime之前是这样给model赋值的

-(instancetype)initWithDictionary:(NSDictionary *)dict{
    if (self = [super init]) {
        self.age = dict[@"age"];
        self.name = dict[@"name"];
    }
    return self;
}

也很尴尬
如果使用runtime
Model->Dictionary
1.根据字典的 key 生成 setter 方法
2.使用 objc_msgSend 调用 setter 方法为 Model 的属性赋值(或者 KVC)
Dictionary->Model
1.调用 class_copyPropertyList 方法获取当前 Model 的所有属性
2.调用 property_getName 获取属性名称
3.根据属性名称生成 getter 方法
4.使用 objc_msgSend 调用 getter 方法获取属性值(或者 KVC)

#import "NSObject+KeyValues.h"
#import #import @implementation NSObject (KeyValues)
//字典转模型
+(id)objectWithKeyValues:(NSDictionary *)aDictionary{
    id objc = [[self alloc] init];
    for (NSString *key in aDictionary.allKeys) {
        id value = aDictionary[key];
        /*判断当前属性是不是Model*/
        objc_property_t property = class_getProperty(self, key.UTF8String);
        unsigned int outCount = 0;
        objc_property_attribute_t *attributeList = property_copyAttributeList(property, &outCount);
        objc_property_attribute_t attribute = attributeList[0];
        NSString *typeString = [NSString stringWithUTF8String:attribute.value];
        if ([typeString isEqualToString:@"@\"TestModel\""]) {
            value = [self objectWithKeyValues:value];
        }
        /**********************/
        //生成setter方法,并用objc_msgSend调用
        NSString *methodName = [NSString stringWithFormat:@"set%@%@:",[key substringToIndex:1].uppercaseString,[key substringFromIndex:1]];
        SEL setter = sel_registerName(methodName.UTF8String);
        if ([objc respondsToSelector:setter]) {
            ((void (*) (id,SEL,id)) objc_msgSend) (objc,setter,value);
        }
    }
    return objc;
}
//模型转字典
-(NSDictionary *)keyValuesWithObject{
    unsigned int outCount = 0;
    objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &outCount);
    NSMutableDictionary *dict = [NSMutableDictionary dictionary];
    for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
        objc_property_t property = propertyList[i];
        //生成getter方法,并用objc_msgSend调用
        const char *propertyName = property_getName(property);
        SEL getter = sel_registerName(propertyName);
        if ([self respondsToSelector:getter]) {
            id value = ((id (*) (id,SEL)) objc_msgSend) (self,getter);
            /*判断当前属性是不是Model*/
            if ([value isKindOfClass:[self class]] && value) {
                value = [value keyValuesWithObject];
            }
            /**********************/
            if (value) {
                NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:propertyName];
                [dict setObject:value forKey:key];
            }
        }
    }
    return dict;
}
@end
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