【iOS】Runtime 知识点

1.前言

  • 带着问题来学习Runtime：

    Q1：什么是runtime运行时

    Q2：什么是isa指针

    Q3：什么是SEL，什么是IMP， 什么是Method

    Q4：什么是消息机制

    Q5：runtime运行时的使用场景

2.概念

  • runtime

    Objective-C是动态语言，它将很多静态语言在编译和链接时做的事放到了运行时，这个运行时系统就是runtime。

    runtime其实就是一个库，它基本上是用C和汇编写的一套API，这个库使C语言有了面向对象的能力。

    静态语言：在编译的时候会决定调用哪个函数。

    动态语言（OC）：在运行的时候根据函数的名称找到对应的函数来调用。

  • isa

    OC中，类和类的实例在本质上没有区别，都是对象，任何对象都有isa指针，它指向类或元类（元类后面会讲解）。

  • SEL

    SEL（又叫选择器）是方法的selector的指针。方法的selector表示运行时方法的名字。OC在编译时，会依据每一个方法的名字、参数，生成一个唯一的整型标识(Int类型的地址)，这个标识就是SEL。

  • IMP

    IMP是一个函数指针，指向方法最终实现的首地址。SEL就是为了查找方法的最终实现IMP。

  • Method

    用于表示类定义中的方法，它的结构体中包含一个SEL和IMP，相当于在SEL和IMP之间作了一个映射。

  • 消息机制

    任何方法的调用本质就是发送一个消息。编译器会将消息表达式[receiver message]转化为一个消息函数objc_msgSend(receiver, selector)。

  • Runtime的使用

    获取属性列表，获取成员变量列表，获得方法列表，获取协议列表，方法交换（黑魔法），动态的添加方法，调用私有方法，为分类添加属性。

    ​

Runtime消息传递

一个对象的方法像这样 [obj foo]，编译器转成消息发送 objc_msgSend(obj, foo)，Runtime 时执行的流程是这样的：

  • 首先，通过obj的isa指针找到它的 class ;
  • 在 class 的 method list 找 foo ;
  • 如果 class 中没到 foo，继续往它的 superclass 中找 ;
  • 一旦找到 foo 这个函数，就去执行它的实现IMP （方法的实现，IMP是执行方法实现的内存地址的指针）。

3.应用场景

  • 关联对象(Objective-C Associated Objects)给分类增加属性

  • 方法交换 / 黑魔法(Method Swizzling)

  • 实现NSCoding的自动归档和自动解档

  • 实现字典和模型的自动转换(MJExtension)

    [图片上传失败...(image-d4c782-1601391094073)]

1》关联对象(Objective-C Associated Objects)给分类增加属性

我们都是知道分类是不能自定义属性和变量的。下面通过关联对象实现给分类添加属性。

关联对象Runtime提供了下面几个接口：

// 关联对象
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
// 获取关联的对象
id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key)
// 移除关联的对象
void objc_removeAssociatedObjects(id object)
  
// 参数解释
// id object：被关联的对象
// const void *key：关联的key，要求唯一
// id value：关联的对象
// objc_AssociationPolicy policy：内存管理的策略

Demo：

///-----------------------
/// NSObject+BRModel.h
///-----------------------
#import <Foundation/Foundation.h>

@interface NSObject (BRModel)
/** 1.获取类的属性列表数组 */
+ (NSArray *)br_objectProperties;

/** 2.字典转模型：给定一个字典，返回 self 类对应的模型对象 */
+ (instancetype)br_objectWithDictionary:(NSDictionary *)dict;

@end

///-----------------------
/// NSObject+BRModel.m
///-----------------------
#import "NSObject+BRModel.h"
#import <objc/runtime.h>

const char *kPropertyListKey = "kPropertyListKey";

@implementation NSObject (BRModel)

/// 所有字典转模型框架的核心算法（这里只是实现简单的字典转模型。扩展：要考虑字典的嵌套）
/// 在字典转模型框架中，如果字典嵌套层次结构非常深，框架由于利用递归实现转换，内存消耗大，执行性能不好！
/// YYModel 因为功能简单（在功能上做了取舍，满足大多数情况下使用），所以速度快！

// 1.动态（通过Runtime形式）获取类的属性列表
+ (NSArray *)br_objectProperties {
    /// 1.利用“关联对象”获取属性的值，如果有，直接返回！(这里获取对象类似于懒加载，只不过分类里面不能创建属性，用“关联对象”来替代)
    /// 这里使用“关联对象”其目的是提高效率（懒加载思想）！
    /**
     *  获取关联对象（相当于属性的getter方法）
     *  参数1：对象
     *  参数2：动态添加属性的key（相当于属性名）
     *  返回值：动态添加的“属性值”
     */
    NSArray *pList = objc_getAssociatedObject(self, kPropertyListKey);
    if (pList != nil) {
        return pList;
    }
    
    /**
     *  调用运行时方法，获取类的属性列表
     *  class_copyPropertyList():   获取类的 属性 列表方法
     *  class_copyIvarList():       获取类的 成员变量 列表方法
     *  class_copyMethodList():     获取类的 方法 列表方法
     *  class_copyProtocolList():   获取类的 协议 列表方法
     *  参数1：要获取的类
     *  参数2：类属性的个数指针（&属性个数）
     *  返回值：所有属性的数组
     */
    unsigned int count = 0;
    // 获取属性数组（这里objc_property_t接收的是数组，需要带 *）
    objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([self class], &count);
    NSMutableArray *propertyNameArr = [[NSMutableArray alloc]init];
    // 遍历属性数组
    for (unsigned int i = 0; i < count; i++) {
        // 1> 获取属性(C语言中的结构体指针，通常不需要带 *)
        objc_property_t property = properties[i];
        // 2> 从property中获取属性的名称（即C语言字符串）
        const char *cName = property_getName(property);
        // 将C语言字符串转成OC字符串
        NSString *name = [NSString stringWithCString:cName encoding:NSUTF8StringEncoding];
        // 3> 添加OC属性名到数组
        [propertyNameArr addObject:name];
    }
    // 释放数组（C语言中用到了包含create/copy/...的方法，都需要释放内存）
    free(properties);
    
    /**
     *  2.利用“关联对象”保存属性的值
     *  参数1：self 对象
     *  参数2：动态添加属性的key（相当于属性名）
     *  参数3：动态添加属性的值
     *  参数4：对象的引用关系（类似于属性中的 nonatomic,assign/copy/retain）
     */
    objc_setAssociatedObject(self, kPropertyListKey, [propertyNameArr copy], OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
    
    return [propertyNameArr copy];
}

// 2.字典转模型：给定一个字典，返回 self 类对应的模型对象
+ (instancetype)br_objectWithDictionary:(NSDictionary *)dict {
    id object = [[self alloc]init];
    // 获取当前对象的属性列表
    // 优化：使用关联对象 pList 的值保存起来，不用每次都去获取
    NSArray *pList = [self br_objectProperties];
    // 1> 遍历属性数组
    [pList enumerateObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull pName, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
        id pValue = [dict objectForKey:pName];
        // 使用KVC给对象属性赋值
        [object setValue:pValue forKey:pName];
    }];
/*
    // 2> 遍历字典
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull key, id  _Nonnull value, BOOL * _Nonnull stop) {
        if ([pList containsObject:key]) {
            // 使用KVC给对象属性赋值
            [object setValue:value forKey:key];
        }
    }];
*/
    return object;
}

@end

2》方法交换（黑魔法）

下面就是runtime的重头戏了，被称作黑魔法的方法交换Swizzling。交换方法是在method_exchangeImplementations里发生的。

使用Swizzling的过程中要注意两个问题：

  • Swizzling要在+load方法中执行

    运行时会自动调用每个类的两个方法，+load与+initialize。

    +load会在main函数之前调用，并且一定会调用。

    +initialize是在第一次调用类方法或实例方法之前被调用，有可能一直不被调用。

    一般使用Swizzling是为了影响全局，所以为了方法交换一定成功，Swizzling要放在+load中执行。

  • Swizzling要在dispatch_once中执行

    Swzzling是为了影响全局，所以只让它执行一次就可以了，所以要放在dispatch_once中。

Demo：

///-----------------------
/// UIImageView+BRAdd.h
///-----------------------
#import <UIKit/UIKit.h>

@interface UIImageView (BRAdd)
- (void)br_setImage:(UIImage *)image;
@end

///-----------------------
/// UIImageView+BRAdd.m
///-----------------------
#import "UIImageView+BRAdd.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation UIImageView (BRAdd)
/**
 *  load方法 会在类第一次加载的时候（类被加载到运行时的时候）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, ^{
        // 1.获取 UIImageView 类的实例方法 setImage:
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(setImage:));
        // 2.获取 UIImageView 类的实例方法 br_setImage: （这个方法本身定义在分类中，所以能获取到）
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(br_setImage:));
        // 3.交换方法 setImage: 和 br_setImage:
        method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
    });
}

// 当在其它位置调用 setImage: 方法时，就会自动调用 br_setImage: 方法
- (void)br_setImage:(UIImage *)image {
    NSLog(@"%s", __FUNCTION__);
    
    // 在这里我们可以添加自己想添加的内容...
    // 调整图片大小：生成一张和imageView一样大的图片
    UIImage *newImage = [self newImage:image size:self.bounds.size];
    
    // 调用系统默认的setImage:方法
    /**
     *  注意：交换了方法（互换身份），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
     *  调用系统的setImage:方法时，会执行br_setImage:方法
     *  调用br_setImage:方法时，会执行系统的setImage:方法（要注意区分！）
     */
    [self br_setImage:newImage];
}

// 重新生成指定大小的图片
- (UIImage *)newImage:(UIImage *)image size:(CGSize)size {
    UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(size, YES, 0);
    // 重新绘制图片
    [image drawInRect:CGRectMake(0, 0, size.width, size.height)];
    // 取得结果
    UIImage *newImage = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
    // 关闭上下文
    UIGraphicsEndImageContext();
    return newImage;
}

@end


// 扩展：方法交换还有不少应用场景，比如记录页面被点开的次数：只要在UIViewController的分类的+load中交换viewDidAppear方法，在交换的方法中添加记录代码就可以了。
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