Runtime梳理(五)

挖就挖底层.png

继上Runtime梳理(四)

通过前面的学习,我们了解到Objective-C的动态特性:Objective-C不仅需要一个编译器,还需要一个运行时系统来执行编译的代码,这个运行时系统就像一个操作系统一样:它让所有的工作可以正常的运行。这个运行时系统即Objc Runtime。Objc Runtime其实是一个Runtime库。

这个库主要做了两件事:

  1. 封装:在这个库中,对象可以用C语言中的结构体表示,而方法可以用C函数来实现,另外再加上了一些额外的特性。这些结构体和函数被runtime函数封装后,我们就可以在程序运行时创建,检查,修改类、对象和它们的方法了。
  2. 找出方法的最终执行代码:当程序执行[object doSomething]时,会向消息接收者(object)发送一条消息(doSomething),runtime会根据消息接收者是否能响应该消息而做出不同的反应。这将在后面详细介绍。

复习几个定义:isa super cache version

第一部分:概念性的新东西

新东西 1 :

NSString *string = [[NSString alloc] init]; 
  • 注意流程:
1.  [NSString alloc]先被执行。因为NSString没有+alloc方法,于是去父类NSObject去查找。
2.  检测NSObject是否响应+alloc方法,发现响应,于是检测NSString类,并根据其所需的内存空间大小开始分配内存空间,然后把isa指针指向NSString类。同时,+alloc也被加进cache列表里面。
3.  接着,执行-init方法,如果NSString响应该方法,则直接将其加入cache;如果不响应,则去父类查找。
4.  在后期的操作中,如果再以[[NSString alloc] init]这种方式来创建数组,则会直接从cache中取出相应的方法,直接调用。

补充:

  • objc_object 结构体指针:当创建一个特定类的实例对象时,分配的内存包含一个objc_object数据结构,然后是类的实例变量的数据。NSObject类的alloc和allocWithZone:方法使用函数class_createInstance来创建objc_object数据结构。id 也是这类指针

新东西 2 :

struct objc_cache {
    unsigned int mask /* total = mask + 1 */                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    unsigned int occupied                                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    Method buckets[1]                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
}; 
  • 这段代码的解读:
    1. mask:一个整数,指定分配的缓存bucket的总数。在方法查找过程中,Objective-C runtime使用这个字段来确定开始线性查找数组的索引位置。指向方法selector的指针与该字段做一个AND位操作(index = (mask & selector))。这可以作为一个简单的hash散列算法。
    2. occupied:一个整数,指定实际占用的缓存bucket的总数。
    3. buckets:指向Method数据结构指针的数组。这个数组可能包含不超过mask+1个元素。需要注意的是,指针可能是NULL,表示这个缓存bucket没有被占用,另外被占用的bucket可能是不连续的。这个数组可能会随着时间而增长。

补充:元类(Meta Class)

NSString *string = [[NSString string];
  +string消息发送给了NSString类,而这个NSString也是一个对象。既然是对象,那么它也是一个objc_object指针,它包含一个指向其类的一个isa指针。那么这些就有一个问题了,这个isa指针指向什么呢?为了调用+string方法,这个类的isa指针必须指向一个包含这些类方法的一个objc_class结构体。这就引出了meta-class的概念

meta-class是一个类对象的类。
当我们向一个对象发送消息时,runtime会在这个对象所属的这个类的方法列表中查找方法;而向一个类发送消息时,会在这个类的meta-class的方法列表中查找。
meta-class之所以重要,是因为它存储着一个类的所有类方法。每个类都会有一个单独的meta-class,因为每个类的类方法基本不可能完全相同。

新东西 3 :

// 获取类中指定名称实例成员变量的信息
Ivar class_getInstanceVariable ( Class cls, const char *name );
// 获取类成员变量的信息
Ivar class_getClassVariable ( Class cls, const char *name );
// 添加成员变量
BOOL class_addIvar ( Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types ) ;
// 获取整个成员变量列表
Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount );
  • class_getInstanceVariable函数,它返回一个指向包含name指定的成员变量信息的objc_ivar结构体的指针(Ivar)。
  • class_getClassVariable函数,目前没有找到关于Objective-C中类变量的信息,一般认为Objective-C不支持类变量。注意,返回的列表不包含父类的成员变量和属性。
  • Objective-C不支持往已存在的类中添加实例变量,因此不管是系统库提供的提供的类,还是我们自定义的类,都无法动态添加成员变量。但如果我们通过运行时来创建一个类的话,又应该如何给它添加成员变量呢?这时我们就可以使用class_addIvar函数了。不过需要注意的是,这个方法只能在objc_allocateClassPair函数与objc_registerClassPair之间调用。另外,这个类也不能是元类。成员变量的按字节最小对齐量是1<<alignment。这取决于ivar的类型和机器的架构。如果变量的类型是指针类型,则传递log2(sizeof(pointer_type))。
  • class_copyIvarList函数,它返回一个指向成员变量信息的数组,数组中每个元素是指向该成员变量信息的objc_ivar结构体的指针。这个数组不包含在父类中声明的变量。outCount指针返回数组的大小。需要注意的是,我们必须使用free()来释放这个数组。

有个注意点:

// 替代方法的实现
IMP class_replaceMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );
// 返回方法的具体实现
IMP class_getMethodImplementation ( Class cls, SEL name );
IMP class_getMethodImplementation_stret ( Class cls, SEL name );
// 类实例是否响应指定的selector
BOOL class_respondsToSelector ( Class cls, SEL sel );

class_addMethod的实现会覆盖父类的方法实现,但不会取代本类中已存在的实现,如果本类中包含一个同名的实现,则函数会返回NO。如果要修改已存在实现,可以使用method_setImplementation。一个Objective-C方法是一个简单的C函数,它至少包含两个参数—self和_cmd。所以,我们的实现函数(IMP参数指向的函数)至少需要两个参数,如下所示:
void myMethodIMP(id self, SEL _cmd) { // implementation .... }

新东西 4:

参数types是一个描述传递给方法的参数类型的字符数组,这就涉及到类型编码(后面再讲)

  1. class_getInstanceMethod、class_getClassMethod函数,与class_copyMethodList不同的是,这两个函数都会去搜索父类的实现。
  2. class_copyMethodList函数,返回包含所有实例方法的数组,如果需要获取类方法,则可以使用class_copyMethodList(object_getClass(cls), &count)(一个类的实例方法是定义在元类里面)。该列表不包含父类实现的方法。outCount参数返回方法的个数。在获取到列表后,我们需要使用free()方法来释放它。
  3. class_replaceMethod函数,该函数的行为可以分为两种:如果类中不存在name指定的方法,则类似于class_addMethod函数一样会添加方法;如果类中已存在name指定的方法,则类似于 4. method_setImplementation一样替代原方法的实现。
    class_getMethodImplementation函数,该函数在向类实例发送消息时会被调用,并返回一个指向方法实现函数的指针。这个函数会比method_getImplementation(class_getInstanceMethod(cls, name))更快。返回的函数指针可能是一个指向runtime内部的函数,而不一定是方法的实际实现。例如,如果类实例无法响应selector,则返回的函数指针将是运行时消息转发机制的一部分。
  4. class_respondsToSelector函数,我们通常使用NSObject类的respondsToSelector:或instancesRespondToSelector:方法来达到相同目的。

补充:
runtime还提供了两个函数来供CoreFoundation的tool-free bridging使用:

Class objc_getFutureClass ( const char *name );
void objc_setFutureClass ( Class cls, const char *name );

新东西 5 :

// 获取已注册的类定义的列表
int objc_getClassList ( Class *buffer, int bufferCount );
// 创建并返回一个指向所有已注册类的指针列表
Class * objc_copyClassList ( unsigned int *outCount );
// 返回指定类的类定义
Class objc_lookUpClass ( const char *name );
Class objc_getClass ( const char *name );
Class objc_getRequiredClass ( const char *name );
// 返回指定类的元类
Class objc_getMetaClass ( const char *name );

代码解析:
获取类定义的方法有三个:objc_lookUpClass, objc_getClass和objc_getRequiredClass。如果类在运行时未注册,则objc_lookUpClass会返回nil,而objc_getClass会调用类处理回调,并再次确认类是否注册,如果确认未注册,再返回nil。而objc_getRequiredClass函数的操作与objc_getClass相同,只不过如果没有找到类,则会杀死进程。

objc_getMetaClass函数:如果指定的类没有注册,则该函数会调用类处理回调,并再次确认类是否注册,如果确认未注册,再返回nil。不过,每个类定义都必须有一个有效的元类定义,所以这个函数总是会返回一个元类定义,不管它是否有效。

第二部分:关联对象

1. 关联对象

把关联对象想象成一个Objective-C对象(如字典),这个对象通过给定的key连接到类的一个实例上。不过由于使用的是C接口,所以key是一个void指针(const void *)。我们还需要指定一个内存管理策略,以告诉Runtime如何管理这个对象的内存。这个内存管理的策略可以由以下值指定:

OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN
OBJC_ASSOCIATION_COPY

就是这样的,前面我们讲过的,只是没有这种认识罢了

  • 当宿主对象被释放时,会根据指定的内存管理策略来处理关联对象。如果指定的策略是assign,则宿主释放时,关联对象不会被释放;而如果指定的是retain或者是copy,则宿主释放时,关联对象会被释放。我们甚至可以选择是否是自动retain/copy。当我们需要在多个线程中处理访问关联对象的多线程代码时,这就非常有用了。
  • 我们将一个对象连接到其它对象所需要做的就是下面两行代码:
static char myKey;
objc_setAssociatedObject(self, &myKey, anObject, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
  • 在这种情况下,self对象将获取一个新的关联的对象anObject,且内存管理策略是自动retain关联对象,当self对象释放时,会自动release关联对象。另外,如果我们使用同一个key来关联另外一个对象时,也会自动释放之前关联的对象,这种情况下,先前的关联对象会被妥善地处理掉,并且新的对象会使用它的内存。
  • 案例:动态地将一个Tap手势操作连接到任何UIView中,并且根据需要指定点击后的实际操作。这时候我们就可以将一个手势对象及操作的block对象关联到我们的UIView对象中。这项任务分两部分。首先,如果需要,我们要创建一个手势识别对象并将它及block做为关联对象。
- (void)setTapActionWithBlock:(void(^)(void))block
{
    UITapGestureRecognizer *gesture = objc_getAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapGestureKey);
    if (!gesture)
    {
        gesture = [[UITapGestureRecognizer alloc] initWithTarget:self action:@selector(__handleActionForTapGesture:)];
        [self addGestureRecognizer:gesture];
        objc_setAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapGestureKey, gesture, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
    }
    objc_setAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapBlockKey, block, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}
````检测了手势识别的关联对象。如果没有,则创建并建立关联关系。同时,将传入的块对象连接到指定的key上。注意block对象的关联内存管理策略。手势识别对象需要一个target和action,所以接下来我们定义处理方法:
  • (void)__handleActionForTapGesture:(UITapGestureRecognizer *)gesture
    {
    if (gesture.state == UIGestureRecognizerStateRecognized)
    {
    void(^action)(void) = objc_getAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapBlockKey);
    if (action)
    {
    action();
    }
    }
    }
解说:检测手势识别对象的状态,因为我们只需要在点击手势被识别出来时才执行操作。关联对象使用起来并不复杂。它让我们可以动态地增强类现有的功能。我们可以在实际编码中灵活地运用这一特性

#### 2. 移除关联:

对比:
`
// 设置关联对象
void objc_setAssociatedObject ( id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy );
// 获取关联对象
id objc_getAssociatedObject ( id object, const void *key );
// 移除关联对象
void objc_removeAssociatedObjects ( id object );`

#### 3. 映射对象
案例:假定这样一个场景,我们从服务端两个不同的接口获取相同的字典数据,但这两个接口是由两个人写的,相同的信息使用了不同的字段表示。我们在接收到数据时,可将这些数据保存在相同的对象中。对象类如下定义:

@interface MyObject: NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString * name;
@property (nonatomic, copy) NSString * status;
@end

接口A、B返回的字典数据如下所示:JSON
`@{@"name1": "张三", @"status1": @"start"}
@{@"name2": "张三", @"status2": @"end"}`

> 通常的方法是写两个方法分别做转换,不过如果能灵活地运用Runtime的话,可以只实现一个转换方法,为此,我们需要先定义一个映射字典(全局变量)
static NSMutableDictionary *map = nil;
@implementation MyObject
+ (void)load
{
    map = [NSMutableDictionary dictionary];
    map[@"name1"]                = @"name";
    map[@"status1"]              = @"status";
    map[@"name2"]                = @"name";
    map[@"status2"]              = @"status";
}
@end

上面的代码将两个字典中不同的字段映射到MyObject中相同的属性上,这样,转换方法可如下处理:
  • (void)setDataWithDic:(NSDictionary *)dic
    {
    [dic enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(NSString *key, id obj, BOOL *stop) {
    NSString *propertyKey = [self propertyForKey:key];
    if (propertyKey)
    {
    objc_property_t property = class_getProperty([self class], [propertyKey UTF8String]);
    // TODO: 针对特殊数据类型做处理
    NSString *attributeString = [NSString stringWithCString:property_getAttributes(property) encoding:NSUTF8StringEncoding];
    ...
    [self setValue:obj forKey:propertyKey];
    }
    }];
    }
这部分前面讲过了,但是是实现有关前提:一个属性能否通过上面这种方式来处理的前提是其支持KVC。

### 第三部分 :消息机制(发送与转发)
#### 1. SEL

> SEL又叫选择器,是表示一个方法的selector的指针,Objective-C在编译时,会依据每一个方法的名字、参数序列,生成一个唯一的整型标识(Int类型的地址),这个标识就是SEL。那么:Objective-C同一个类(及类的继承体系)中,不能存在2个同名的方法,即使参数类型不同也不行。相同的方法只能对应一个SEL。这也就导致Objective-C在处理相同方法名且参数个数相同但类型不同的方法方面的能力很差。
举例:
`- (void)setWidth:(int)width;
- (void)setWidth:(double)width;`
这样的定义被认为是一种编译错误
纠正:
`-(void)setWidthIntValue:(int)width;
-(void)setWidthDoubleValue:(double)width;
`

但是:不同的类可以拥有相同的selector,这个没有问题。不同类的实例对象执行相同的selector时,会在各自的方法列表中去根据selector去寻找自己对应的IMP。
sel:
sel_registerName函数
Objective-C编译器提供的@selector()
NSSelectorFromString()方法

#### 2. IMP
> IMP实际上是一个函数指针,指向方法实现的首地址。`id (*IMP)(id, SEL, ...)`SEL就是为了查找方法的最终实现IMP的。由于每个方法对应唯一的SEL,因此我们可以通过SEL方便快速准确地获得它所对应的IMP.

取巧:通过取得IMP,我们可以跳过Runtime的消息传递机制,直接执行IMP指向的函数实现,这样省去了Runtime消息传递过程中所做的一系列查找操作,会比直接向对象发送消息高效一些。

#### 3. Method 
1. 结构: 

SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法名
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法实现

解析:结构体中包含一个SEL和IMP,实际上相当于在SEL和IMP之间作了一个映射。有了SEL,我们便可以找到对应的IMP

2. 一些常见方法相关操作函数:

// 调用指定方法的实现
id method_invoke ( id receiver, Method m, ... );
// 调用返回一个数据结构的方法的实现
void method_invoke_stret ( id receiver, Method m, ... );
// 获取方法名
SEL method_getName ( Method m );
// 返回方法的实现
IMP method_getImplementation ( Method m );
// 获取描述方法参数和返回值类型的字符串
const char * method_getTypeEncoding ( Method m );
// 获取方法的返回值类型的字符串
char * method_copyReturnType ( Method m );
// 获取方法的指定位置参数的类型字符串
char * method_copyArgumentType ( Method m, unsigned int index );
// 通过引用返回方法的返回值类型字符串
void method_getReturnType ( Method m, char *dst, size_t dst_len );
// 返回方法的参数的个数
unsigned int method_getNumberOfArguments ( Method m );
// 通过引用返回方法指定位置参数的类型字符串
void method_getArgumentType ( Method m, unsigned int index, char *dst, size_t dst_len );
// 返回指定方法的方法描述结构体
struct objc_method_description * method_getDescription ( Method m );
// 设置方法的实现
IMP method_setImplementation ( Method m, IMP imp );
// 交换两个方法的实现
void method_exchangeImplementations ( Method m1, Method m2 );


发现:
  - method_invoke函数,返回的是实际实现的返回值。参数receiver不能为空。这个方法的效率会比method_getImplementation和method_getName更快。
  -  method_getName函数,返回的是一个SEL。如果想获取方法名的C字符串,可以使用sel_getName(method_getName(method))。
  -  method_getReturnType函数,类型字符串会被拷贝到dst中。
  -  method_setImplementation函数,注意该函数返回值是方法之前的实现。

#### 4. 方法选择器
1. 函数

// 返回给定选择器指定的方法的名称
const char * sel_getName ( SEL sel );
// 在Objective-C Runtime系统中注册一个方法,将方法名映射到一个选择器,并返回这个选择器
SEL sel_registerName ( const char *str );
// 在Objective-C Runtime系统中注册一个方法
SEL sel_getUid ( const char *str );
// 比较两个选择器
BOOL sel_isEqual ( SEL lhs, SEL rhs );

sel_registerName函数:在我们将一个方法添加到类定义时,我们必须在Objective-C Runtime系统中注册一个方法名以获取方法的选择器

2. 方法调用流程
消息直到运行时才绑定到方法实现上。编译器会将消息表达式[receiver message]转化为一个消息函数的调用,即objc_msgSend。这个函数将消息接收者和方法名作为其基础参数,有两种形式:
`objc_msgSend(receiver, selector)
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)`
这个函数完成了动态绑定的所有事情:

> 首先它找到selector对应的方法实现。因为同一个方法可能在不同的类中有不同的实现,所以我们需要依赖于接收者的类来找到的确切的实现。
它调用方法实现,并将接收者对象及方法的所有参数传给它。
最后,它将实现返回的值作为它自己的返回值。

3. 隐藏参数
objc_msgSend有两个隐藏参数:1.消息接收对象 2. 方法的selector 这两个参数为方法的实现提供了调用者的信息。在定义方法的源代码中没有声明。它们是在编译期被插入实现代码的。
虽然这些参数没有显示声明,但在代码中仍然可以引用它们。我们可以使用self来引用接收者对象,使用_cmd来引用选择器。
  • strange
    {
    id target = getTheReceiver();
    SEL method = getTheMethod();
    if ( target == self || method == _cmd )
    return nil;
    return [target performSelector:method];
    }
然而,这两个参数我们用得比较多的是self,_cmd在实际中用得比较少。

#### 5. 消息转发

> 一个对象能接收一个消息时,就会走正常的方法调用流程。但如果一个对象无法接收指定消息时,又会发生什么事呢?默认情况下,如果是以[object message]的方式调用方法,如果object无法响应message消息时,编译器会报错。但如果是以perform…的形式来调用,则需要等到运行时才能确定object是否能接收message消息。如果不能,则程序崩溃。`if ([self respondsToSelector:@selector(method)]) { [self performSelector:@selector(method)];}`
发生:当一个对象无法接收某一消息时,就会启动所谓”消息转发(message forwarding)“机制,通过这一机制,我们可以告诉对象如何处理未知的消息。默认情况下,对象接收到未知的消息,会导致程序崩溃,通过控制台,我们可以看到以下异常信息:
`unrecognized selector sent to instance 0x100111940
Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[SUTRuntimeMethod method]: unrecognized selector sent to instance 0x100111940'`
这段异常信息实际上是由NSObject的”doesNotRecognizeSelector”方法抛出的。

呵呵:
消息转发机制基本上分为三个步骤:1.动态方法解析 2.备用接收者 3.完整转发

1. 动态方法解析

对象在接收到未知的消息时,首先会调用所属类的类方法+resolveInstanceMethod:(实例方法)或者+resolveClassMethod:(类方法)。在这个方法中,我们有机会为该未知消息新增一个”处理方法”“。不过使用该方法的前提是我们已经实现了该”处理方法”,只需要在运行时通过class_addMethod函数动态添加到类里面就可以了。如下代码所示:

void functionForMethod1(id self, SEL _cmd) {
NSLog(@"%@, %p", self, _cmd);
}

  • (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    NSString *selectorString = NSStringFromSelector(sel);
    if ([selectorString isEqualToString:@"method1"]) {
    class_addMethod(self.class, @selector(method1), (IMP)functionForMethod1, "@:");
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
    }

不过这种方案更多的是为了实现@dynamic属性。

2. 备用接收者

如果在上一步无法处理消息,则Runtime会继续调以下方法:`- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector`

如果一个对象实现了这个方法,并返回一个非nil的结果,则这个对象会作为消息的新接收者,且消息会被分发到这个对象。当然这个对象不能是self自身,否则就是出现无限循环。当然,如果我们没有指定相应的对象来处理aSelector,则应该调用父类的实现来返回结果。

使用这个方法通常是在对象内部,可能还有一系列其它对象能处理该消息,我们便可借这些对象来处理消息并返回,这样在对象外部看来,还是由该对象亲自处理了这一消息。如下代码所示:

@interface SUTRuntimeMethodHelper : NSObject

  • (void)method2;
    @end
    @implementation SUTRuntimeMethodHelper
  • (void)method2 {
    NSLog(@"%@, %p", self, _cmd);
    }
    @end

pragma mark -

@interface SUTRuntimeMethod () {
SUTRuntimeMethodHelper *_helper;
}
@end
@implementation SUTRuntimeMethod

  • (instancetype)object {
    return [[self alloc] init];
    }
  • (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self != nil) {
    _helper = [[SUTRuntimeMethodHelper alloc] init];
    }
    return self;
    }
  • (void)test {
    [self performSelector:@selector(method2)];
    }
  • (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    NSLog(@"forwardingTargetForSelector");
    NSString *selectorString = NSStringFromSelector(aSelector);
    // 将消息转发给_helper来处理
    if ([selectorString isEqualToString:@"method2"]) {
    return _helper;
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
    }
    @end

这一步合适于我们只想将消息转发到另一个能处理该消息的对象上。但这一步无法对消息进行处理,如操作消息的参数和返回值。

3. 完整消息转发
如果在上一步还不能处理未知消息,则唯一能做的就是启用完整的消息转发机制了。此时会调用以下方法:

`- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
`

运行时系统会在这一步给消息接收者最后一次机会将消息转发给其它对象。对象会创建一个表示消息的NSInvocation对象,把与尚未处理的消息有关的全部细节都封装在anInvocation中,包括selector,目标(target)和参数。我们可以在forwardInvocation方法中选择将消息转发给其它对象。

forwardInvocation:方法的实现有两个任务:

1. 定位可以响应封装在anInvocation中的消息的对象。这个对象不需要能处理所有未知消息。
2.使用anInvocation作为参数,将消息发送到选中的对象。anInvocation将会保留调用结果,运行时系统会提取这一结果并将其发送到消息的原始发送者。
不过,在这个方法中我们可以实现一些更复杂的功能,我们可以对消息的内容进行修改,比如追回一个参数等,然后再去触发消息。另外,若发现某个消息不应由本类处理,则应调用父类的同名方法,以便继承体系中的每个类都有机会处理此调用请求。

还有一个很重要的问题,我们必须重写以下方法:
`- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector`

消息转发机制使用从这个方法中获取的信息来创建NSInvocation对象。因此我们必须重写这个方法,为给定的selector提供一个合适的方法签名。

完整的示例如下所示:
  • (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    NSMethodSignature *signature = [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    if (!signature) {
    if ([SUTRuntimeMethodHelper instancesRespondToSelector:aSelector]) {
    signature = [SUTRuntimeMethodHelper instanceMethodSignatureForSelector:aSelector];
    }
    }
    return signature;
    }
  • (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    if ([SUTRuntimeMethodHelper instancesRespondToSelector:anInvocation.selector]) {
    [anInvocation invokeWithTarget:_helper];
    }
    }
NSObject的forwardInvocation:方法实现只是简单调用了doesNotRecognizeSelector:方法,它不会转发任何消息。这样,如果不在以上所述的三个步骤中处理未知消息,则会引发一个异常。

从某种意义上来讲,forwardInvocation:就像一个未知消息的分发中心,将这些未知的消息转发给其它对象。或者也可以像一个运输站一样将所有未知消息都发送给同一个接收对象。这取决于具体的实现。

###### 补充:消息转发与多重继承

矛盾与逻辑:回过头来看第二和第三步,通过这两个方法我们可以允许一个对象与其它对象建立关系,以处理某些未知消息,而表面上看仍然是该对象在处理消息。通过这种关系,我们可以模拟“多重继承”的某些特性,让对象可以“继承”其它对象的特性来处理一些事情。不过,这两者间有一个重要的区别:多重继承将不同的功能集成到一个对象中,它会让对象变得过大,涉及的东西过多;而消息转发将功能分解到独立的小的对象中,并通过某种方式将这些对象连接起来,并做相应的消息转发。

不过消息转发虽然类似于继承,但NSObject的一些方法还是能区分两者。如respondsToSelector:和isKindOfClass:只能用于继承体系,而不能用于转发链。便如果我们想让这种消息转发看起来像是继承,则可以重写这些方法,如以下代码所示:
`- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector
{
    if ( [super respondsToSelector:aSelector])
        return YES;
    else {
        // Here, test whether the aSelector message can     
        // be forwarded to another object and whether that  
        // object can respond to it. Return YES if it can.  
    }
    return NO;  }
`

### 第四部分: Method Swizzling(新知识点)
Method Swizzling是什么鬼? 我也不知道,感觉很牛逼就对了

其实呢:Method Swizzling是改变一个selector的实际实现的技术。通过这一技术,我们可以在运行时通过修改类的分发表中selector对应的函数,来修改方法的实现。

例如,我们想跟踪在程序中每一个view controller展示给用户的次数:当然,我们可以在每个view controller的viewDidAppear中添加跟踪代码;但是这太过麻烦,需要在每个view controller中写重复的代码。创建一个子类可能是一种实现方式,但需要同时创建UIViewController, UITableViewController, UINavigationController及其它UIKit中view controller的子类,这同样会产生许多重复的代码。

那么直接上代码:

@implementation UIViewController (Tracking)

  • (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
    Class class = [self class];
    // When swizzling a class method, use the following:
    // Class class = object_getClass((id)self);
    SEL originalSelector = @selector(viewWillAppear:);
    SEL swizzledSelector = @selector(xxx_viewWillAppear:);
    Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
    Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);
    BOOL didAddMethod = class_addMethod(class, originalSelector,
    method_getImplementation(swizzledMethod), method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
    if (didAddMethod) {class_replaceMethod(class, swizzledSelector, method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod));
    } else
    {
    method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
    }
    });
    }

pragma mark - Method Swizzling

  • (void)xxx_viewWillAppear:(BOOL)animated {
    [self xxx_viewWillAppear:animated];
    NSLog(@"viewWillAppear: %@", self);
    }

method swizzling修改了UIViewController的@selector(viewWillAppear:)对应的函数指针,使其实现指向了我们自定义的xxx_viewWillAppear的实现。这样,当UIViewController及其子类的对象调用viewWillAppear时,都会打印一条日志信息。

##### Swizzling应该总是在+load中执行

在Objective-C中,运行时会自动调用每个类的两个方法。+load会在类初始加载时调用,+initialize会在第一次调用类的类方法或实例方法之前被调用。这两个方法是可选的,且只有在实现了它们时才会被调用。由于method swizzling会影响到类的全局状态,因此要尽量避免在并发处理中出现竞争的情况。+load能保证在类的初始化过程中被加载,并保证这种改变应用级别的行为的一致性。相比之下,+initialize在其执行时不提供这种保证—事实上,如果在应用中没为给这个类发送消息,则它可能永远不会被调用。

##### Swizzling应该总是在dispatch_once中执行
与上面相同,因为swizzling会改变全局状态,所以我们需要在运行时采取一些预防措施。原子性就是这样一种措施,它确保代码只被执行一次,不管有多少个线程。GCD的dispatch_once可以确保这种行为,我们应该将其作为method swizzling的最佳实践。

#####选择器、方法与实现
在Objective-C中,选择器(selector)、方法(method)和实现(implementation)是运行时中一个特殊点,虽然在一般情况下,这些术语更多的是用在消息发送的过程描述中。

以下是Objective-C Runtime Reference中的对这几个术语一些描述:

1. Selector(typedef struct objc_selector *SEL):用于在运行时中表示一个方法的名称。一个方法选择器是一个C字符串,它是在Objective-C运行时被注册的。选择器由编译器生成,并且在类被加载时由运行时自动做映射操作。
2. Method(typedef struct objc_method *Method):在类定义中表示方法的类型
3. Implementation(typedef id (*IMP)(id, SEL, …)):这是一个指针类型,指向方法实现函数的开始位置。这个函数使用为当前CPU架构实现的标准C调用规范。每一个参数是指向对象自身的指针(self),第二个参数是方法选择器。然后是方法的实际参数。

理解这几个术语之间的关系最好的方式是:一个类维护一个运行时可接收的消息分发表;分发表中的每个入口是一个方法(Method),其中key是一个特定名称,即选择器(SEL),其对应一个实现(IMP),即指向底层C函数的指针。

为了swizzle一个方法,我们可以在分发表中将一个方法的现有的选择器映射到不同的实现,而将该选择器对应的原始实现关联到一个新的选择器中。

##### 调用_cmd
` - (void)xxx_viewWillAppear:(BOOL)animated {
    [self xxx_viewWillAppear:animated];
    NSLog(@"viewWillAppear: %@", NSStringFromClass([self class]));
}`
咋看上去是会导致无限循环的。但令人惊奇的是,并没有出现这种情况。在swizzling的过程中,方法中的[self xxx_viewWillAppear:animated]已经被重新指定到UIViewController类的-viewWillAppear:中。在这种情况下,不会产生无限循环。不过如果我们调用的是[self viewWillAppear:animated],则会产生无限循环,因为这个方法的实现在运行时已经被重新指定为xxx_viewWillAppear:了。

##注意事项
Swizzling通常被称作是一种黑魔法,容易产生不可预知的行为和无法预见的后果。虽然它不是最安全的,但如果遵从以下几点预防措施的话,还是比较安全的:

1. 总是调用方法的原始实现(除非有更好的理由不这么做):API提供了一个输入与输出约定,但其内部实现是一个黑盒。Swizzle一个方法而不调用原始实现可能会打破私有状态底层操作,从而影响到程序的其它部分。
2. 避免冲突:给自定义的分类方法加前缀,从而使其与所依赖的代码库不会存在命名冲突。
3. 明白是怎么回事:简单地拷贝粘贴swizzle代码而不理解它是如何工作的,不仅危险,而且会浪费学习Objective-C运行时的机会。阅读Objective-C Runtime Reference和查看<objc/runtime.h>头文件以了解事件是如何发生的。
4. 小心操作:无论我们对Foundation, UIKit或其它内建框架执行Swizzle操作抱有多大信心,需要知道在下一版本中许多事可能会不一样。

### 第四部分:Runtime 总补充

1. super
`@interface MyViewController: UIViewController
@end
@implementation MyViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
// do something
    ...
}
@end`

super的工作:
首先我们需要知道的是super与self不同。self是类的一个隐藏参数,每个方法的实现的第一个参数即为self。而super并不是隐藏参数,它实际上只是一个”编译器标示符”,它负责告诉编译器,当调用viewDidLoad方法时,去调用父类的方法,而不是本类中的方法。而它实际上与self指向的是相同的消息接收者。为了理解这一点,我们先来看看super的定义:
`struct objc_super { id receiver; Class superClass; };`
这个结构体有两个成员:
receiver:即消息的实际接收者
superClass:指针当前类的父类

当我们使用super来接收消息时,编译器会生成一个objc_super结构体。就上面的例子而言,这个结构体的receiver就是MyViewController对象,与self相同;superClass指向MyViewController的父类UIViewController。

接下来,发送消息时,不是调用objc_msgSend函数,而是调用objc_msgSendSuper函数,其声明如下:
`id objc_msgSendSuper ( struct objc_super *super, SEL op, ... );`

该函数第一个参数即为前面生成的objc_super结构体,第二个参数是方法的selector。该函数实际的操作是:从objc_super结构体指向的superClass的方法列表开始查找viewDidLoad的selector,找到后以objc->receiver去调用这个selector,而此时的操作流程就是如下方式了
`objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(viewDidLoad))`

由于objc_super->receiver就是self本身,所以该方法实际与下面这个调用是相同的:`objc_msgSend(self, @selector(viewDidLoad))`

通俗版本:
`@interface MyClass : NSObject
@end
@implementation MyClass
- (void)test {
    NSLog(@"self class: %@", self.class);
    NSLog(@"super class: %@", super.class);
}
@end`

2. 库相关操作
库相关的操作主要是用于获取由系统提供的库相关的信息,主要包含以下函数:
`// 获取所有加载的Objective-C框架和动态库的名称
const char ** objc_copyImageNames ( unsigned int *outCount );
// 获取指定类所在动态库
const char * class_getImageName ( Class cls );
// 获取指定库或框架中所有类的类名
const char ** objc_copyClassNamesForImage ( const char *image, unsigned int *outCount );
`

通过这几个函数,我们可以了解到某个类所有的库,以及某个库中包含哪些类。如下代码所示:
`
NSLog(@"获取指定类所在动态库");NSLog(@"UIView's Framework: %s", class_getImageName(NSClassFromString(@"UIView")));NSLog(@"获取指定库或框架中所有类的类名");const char ** classes = objc_copyClassNamesForImage(class_getImageName(NSClassFromString(@"UIView")), &outCount);for (int i = 0; i < outCount; i++) { NSLog(@"class name: %s", classes[i]);}
`
> 我们来看一下输出:
`2014-11-08 12:57:32.689 [747:184013] 获取指定类所在动态库
2014-11-08 12:57:32.690 [747:184013] UIView's Framework: /System/Library/Frameworks/UIKit.framework/UIKit
2014-11-08 12:57:32.690 [747:184013] 获取指定库或框架中所有类的类名
2014-11-08 12:57:32.691 [747:184013] class name: UIKeyboardPredictiveSettings
2014-11-08 12:57:32.691 [747:184013] class name: _UIPickerViewTopFrame
2014-11-08 12:57:32.691 [747:184013] class name: _UIOnePartImageView
2014-11-08 12:57:32.692 [747:184013] class name: _UIPickerViewSelectionBar
2014-11-08 12:57:32.692 [747:184013] class name: _UIPickerWheelView
2014-11-08 12:57:32.692 [747:184013] class name: _UIPickerViewTestParameters

......`

3. 块操作
我们都知道block给我们带到极大的方便,苹果也不断提供一些使用block的新的API。同时,苹果在runtime中也提供了一些函数来支持针对block的操作,这些函数包括:`// 创建一个指针函数的指针,该函数调用时会调用特定的block
IMP imp_implementationWithBlock ( id block );
// 返回与IMP(使用imp_implementationWithBlock创建的)相关的block
id imp_getBlock ( IMP anImp );
// 解除block与IMP(使用imp_implementationWithBlock创建的)的关联关系,并释放block的拷贝
BOOL imp_removeBlock ( IMP anImp );`

mp_implementationWithBlock函数:参数block的签名必须是method_return_type ^(id self, method_args …)形式的。该方法能让我们使用block作为IMP。如下代码所示:
`@interface MyRuntimeBlock : NSObject
@end
@implementation MyRuntimeBlock
@end
`


`
// 测试代码
IMP imp = imp_implementationWithBlock(^(id obj, NSString *str) { NSLog(@"%@", str);});class_addMethod(MyRuntimeBlock.class, @selector(testBlock:), imp, "v@:@");MyRuntimeBlock *runtime = [[MyRuntimeBlock alloc] init];[runtime performSelector:@selector(testBlock:) withObject:@"hello world!"];
`

4. 弱引用操作
`// 加载弱引用指针引用的对象并返回
id objc_loadWeak ( id *location );
// 存储__weak变量的新值
id objc_storeWeak ( id *location, id obj );
`
1. objc_loadWeak函数:该函数加载一个弱指针引用的对象,并在对其做retain和autoreleasing操作后返回它。这样,对象就可以在调用者使用它时保持足够长的生命周期。该函数典型的用法是在任何有使用__weak变量的表达式中使用。
2. objc_storeWeak函数:该函数的典型用法是用于__weak变量做为赋值对象时。
3. 这两个函数的具体实施在此不举例,有兴趣的小伙伴可以参考《Objective-C高级编程:iOS与OS X多线程和内存管理》中对__weak实现的介绍。

5. 宏定义
在runtime中,还定义了一些宏定义供我们使用,有些值我们会经常用到,如表示BOOL值的YES/NO;而有些值不常用,如OBJC_ROOT_CLASS。在此我们做一个简单的介绍。

布尔值 `#define YES  (BOOL)1 #define NO   (BOOL)0 `
这两个宏定义定义了表示布尔值的常量,需要注意的是YES的值是1,而不是非0值。

 空值 `#define nil  __DARWIN_NULL #define Nil  __DARWIN_NULL`
其中nil用于空的实例对象,而Nil用于空类对象。

分发函数原型 `#define OBJC_OLD_DISPATCH_PROTOTYPES  1`
该宏指明分发函数是否必须转换为合适的函数指针类型。当值为0时,必须进行转换

Objective-C根类 `#define OBJC_ROOT_CLASS `
如果我们定义了一个Objective-C根类,则编译器会报错,指明我们定义的类没有指定一个基类。这种情况下,我们就可以使用这个宏定义来避过这个编译错误。该宏在iOS 7.0后可用。
其实在NSObject的声明中,我们就可以看到这个宏的身影,如下所示:

__OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_0, __IPHONE_2_0)
OBJC_ROOT_CLASS
OBJC_EXPORT
@interface NSObject <NSObject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}


局部变量存储时长: #define NS_VALID_UNTIL_END_OF_SCOPE 
该宏表明存储在某些局部变量中的值在优化时不应该被编译器强制释放。

我们将局部变量标记为id类型或者是指向ObjC对象类型的指针,以便存储在这些局部变量中的值在优化时不会被编译器强制释放。相反,这些值会在变量再次被赋值之前或者局部变量的作用域结束之前都会被保存。
 
代码原出处:

[Objective-C Runtime1](http://southpeak.github.io/blog/2014/10/25/objective-c-runtime-yun-xing-shi-zhi-lei-yu-dui-xiang/)
[Objective-C Runtime2](http://southpeak.github.io/blog/2014/10/30/objective-c-runtime-yun-xing-shi-zhi-er-:cheng-yuan-bian-liang-yu-shu-xing/)
[Objective-C Runtime3](http://southpeak.github.io/blog/2014/11/03/objective-c-runtime-yun-xing-shi-zhi-san-:fang-fa-yu-xiao-xi-zhuan-fa/)
[Objective-C Runtime4](http://southpeak.github.io/blog/2014/11/06/objective-c-runtime-yun-xing-shi-zhi-si-:method-swizzling/)
[Objective-C Runtime5](http://southpeak.github.io/blog/2014/11/08/objective-c-runtime-yun-xing-shi-zhi-wu-:xie-yi-yu-fen-lei/)
[Objective-C Runtime6](http://southpeak.github.io/blog/2014/11/09/objective-c-runtime-yun-xing-shi-zhi-liu-:shi-yi/)

向原著致敬!

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