IOS Object-C 中Runtime詳解

最近了解了一下OC的Runtime，真的是OC中很強(qiáng)大的一個(gè)機(jī)制，看起來(lái)比較底層，但其實(shí)可以有很多活用的方式。

什么是Runtime

我們雖然是用Objective-C寫(xiě)的代碼，其實(shí)在運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)被轉(zhuǎn)化成C代碼去執(zhí)行。比如說(shuō)OC的方法調(diào)用都會(huì)轉(zhuǎn)成C函數(shù) id objc_msgSend ( id self, SEL op, … ); 而OC中的對(duì)象其實(shí)在Runtime中都會(huì)用結(jié)構(gòu)體來(lái)表示，這個(gè)結(jié)構(gòu)體中包含了類名、成員變量列表、方法列表、協(xié)議列表、緩存等。

類在Runtime中的表示：

struct objc_class {
 Class isa;//指針，顧名思義，表示是一個(gè)什么，
 //實(shí)例的isa指向類對(duì)象，類對(duì)象的isa指向元類

#if !__OBJC2__
 Class super_class; //指向父類
 const char *name; //類名
 long version;
 long info;
 long instance_size
 struct objc_ivar_list *ivars //成員變量列表
 struct objc_method_list **methodLists; //方法列表
 struct objc_cache *cache;//緩存
 //一種優(yōu)化，調(diào)用過(guò)的方法存入緩存列表，下次調(diào)用先找緩存
 struct objc_protocol_list *protocols //協(xié)議列表
 #endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

整個(gè)Runtime機(jī)制其實(shí)可以挖的點(diǎn)很多，這里只是簡(jiǎn)單的介紹一些常見(jiàn)的用法，如果將其細(xì)細(xì)解析，相信一定會(huì)對(duì)OC的理解加深幾個(gè)層面。

獲取屬性/方法/協(xié)議列表

最直接的一種用法，就是獲取我們的結(jié)構(gòu)體中存儲(chǔ)的對(duì)象的屬性、方法、協(xié)議等列表，從而獲取其所有這些信息。

要獲取也比較簡(jiǎn)單，但是自己嘗試之前需要注意幾點(diǎn)：

一定要自己給類加幾個(gè)屬性、方法，遵循一些協(xié)議，否則當(dāng)然是看不到輸出信息的。

要使用這些獲取的方法，需要導(dǎo)入頭文件 #import

#import <objc/runtime.h>

// 輸出類的一些信息
- (void)logInfo {
 unsigned int count;// 用于記錄列表內(nèi)的數(shù)量，進(jìn)行循環(huán)輸出

 // 獲取屬性列表
 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]);
 }

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

 // 獲取成員變量列表
 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]);
 }

 // 獲取協(xié)議列表
 __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]);
 }
}

方法調(diào)用的過(guò)程

調(diào)用方法分為調(diào)用實(shí)例方法和調(diào)用類方法，在結(jié)構(gòu)體我們可以看到第一個(gè)就是一個(gè) isa 指針，會(huì)指向類對(duì)象或者元類，什么叫元類呢？

每個(gè)實(shí)例對(duì)象有個(gè)isa的指針，他指向?qū)ο蟮念?，而類里也有個(gè)isa的指針, 指向meteClass(元類)。元類保存了類方法的列表。當(dāng)類方法被調(diào)用時(shí)，先會(huì)從本身查找類方法的實(shí)現(xiàn)，如果沒(méi)有，元類會(huì)向他父類查找該方法。同時(shí)注意的是：元類（meteClass）也是類，它也是對(duì)象。元類也有isa指針,它的isa指針最終指向的是一個(gè)根元類(root meteClass)。根元類的isa指針指向本身，這樣形成了一個(gè)封閉的內(nèi)循環(huán)。

通過(guò)isa，就可以不斷往上方去回溯自己的父類等，而方法的調(diào)用也利用了這個(gè)過(guò)程：

1. 首先，當(dāng)然在對(duì)象自己緩存的方法列表中去找要調(diào)用的方法，找到了就直接執(zhí)行其實(shí)現(xiàn)。
2. 緩存里沒(méi)找到，就去上面說(shuō)的它的方法列表里找，找到了就執(zhí)行其實(shí)現(xiàn)。
3. 還沒(méi)找到，說(shuō)明這個(gè)類自己沒(méi)有了，就會(huì)通過(guò)isa去向其父類里執(zhí)行1、2。
4. 如果找到了根類還沒(méi)找到，那么就是沒(méi)有了，會(huì)轉(zhuǎn)向一個(gè)攔截調(diào)用的方法，我們可以自己在攔截調(diào)用方法里面做一些處理。
5. 如果沒(méi)有在攔截調(diào)用里做處理，那么就會(huì)報(bào)錯(cuò)崩潰。
   

以上就是方法調(diào)用的過(guò)程。我們可以看到的是，所謂重寫(xiě)父類方法，并不是抹除了父類方法，父類的方法還是存在的，只是我們?cè)谧宇惱锩嬲业搅司筒粫?huì)再去父類里找了，是這個(gè)層面的“覆蓋”。而我們熟悉的 super 調(diào)用父類的方法實(shí)現(xiàn)，就是告知要去調(diào)用父類實(shí)現(xiàn)的標(biāo)識(shí)。

攔截調(diào)用與動(dòng)態(tài)添加

上面說(shuō)到了攔截調(diào)用，就是在所有地方都找不到方法的實(shí)現(xiàn)的話，會(huì)出發(fā)攔截調(diào)用，可以自己去做一些處理避免程序崩潰。那在什么地方做處理呢？NSObject有四個(gè)方法可以用來(lái)做處理：

// 調(diào)用不存在的類方法時(shí)觸發(fā)，默認(rèn)返回NO，可以加上自己的處理后返回YES
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;

// 調(diào)用不存在的實(shí)例方法時(shí)觸發(fā)，默認(rèn)返回NO，可以加上自己的處理后返回YES
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;

// 將調(diào)用的不存在的方法重定向到一個(gè)其他聲明了這個(gè)方法的類里去，返回那個(gè)類的target
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;

// 將調(diào)用的不存在的方法打包成 NSInvocation 給你，自己處理后調(diào)用 invokeWithTarget: 方法讓某個(gè)類來(lái)觸發(fā)
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

假設(shè)我們成功攔截下來(lái)了，那我們可以做什么處理呢？這個(gè)其實(shí)就是根據(jù)具體情況看你要怎么處理了。但這里有一個(gè)久聞其名的東西就可以派上用場(chǎng)了：動(dòng)態(tài)添加方法。

我們知道OC是動(dòng)態(tài)的，也就是說(shuō)很多東西它不是在編譯時(shí)去判斷，而是在運(yùn)行時(shí)去處理的，這其實(shí)帶來(lái)了很大的靈活性，比如這里我們對(duì)于一些不存在的方法的調(diào)用，就可以動(dòng)態(tài)去添加上一個(gè)方法來(lái)代替我們要調(diào)用的方法。

比如我們添加一個(gè)Button，點(diǎn)擊事件我們關(guān)聯(lián)到一個(gè)沒(méi)有具體實(shí)現(xiàn)的實(shí)例方法，這種情況下如果不做任何處理那么點(diǎn)擊Button后一定會(huì)崩潰，但是如果我們攔截并動(dòng)態(tài)添加一個(gè)方法來(lái)報(bào)警，就不會(huì)崩潰了：

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) UIButton *logBtn;

- (void)notHas;// 要調(diào)用的實(shí)例方法，沒(méi)有具體實(shí)現(xiàn)
@end

- (void)viewDidLoad {
 [super viewDidLoad];

 // 添加按鈕
 self.logBtn = [[UIButton alloc] initWithFrame:CGRectMake(100, 200, 100, 20)];
 [self.logBtn setTitle:@"測(cè) 試" forState:UIControlStateNormal];
 [self.logBtn setTitleColor:[UIColor lightGrayColor] forState:UIControlStateNormal];
 // 添加沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)擊事件
 [self.logBtn addTarget:self action:@selector(notHas) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
 [self.view addSubview:self.logBtn];

}

// 攔截對(duì)不存在的方法的調(diào)用
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
 NSLog(@"notFind!");
 // 給本類動(dòng)態(tài)添加一個(gè)方法
 if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"notHas"]) {
 class_addMethod(self, sel, (IMP)runAddMethod, "v@:*");
 }
 // 注意要返回YES
 return YES;
}

// 要?jiǎng)討B(tài)添加的方法，這是一個(gè)C方法
 void runAddMethod(id self, SEL _cmd, NSString *string) {
 NSLog(@"動(dòng)態(tài)添加一個(gè)方法來(lái)提示");
}

按照上面的處理，點(diǎn)擊按鈕后就不會(huì)崩潰，而是轉(zhuǎn)到了對(duì) runAddMethod 方法的調(diào)用。其實(shí)更明確地說(shuō)，應(yīng)該是重現(xiàn)了對(duì)要調(diào)用的方法的實(shí)現(xiàn)，將原本要調(diào)用的方法的實(shí)現(xiàn)，改為了一個(gè)新的實(shí)現(xiàn)。class_addMethod 方法的第二個(gè)參數(shù)是要重寫(xiě)的方法，這里用的就是傳進(jìn)來(lái)的參數(shù)sel，第三個(gè)參數(shù)就是重寫(xiě)后的實(shí)現(xiàn)。第四個(gè)參數(shù)是方法的簽名。

關(guān)聯(lián)對(duì)象

什么叫關(guān)聯(lián)對(duì)象？說(shuō)通俗一點(diǎn)，我們都知道用Category類別可以給一些已經(jīng)存在的，比如系統(tǒng)的類添加方法，但是不能添加新屬性，那怎么添加屬性呢？一種直接的方法是繼承，但如果只是為了添加一個(gè)屬性就去做一次繼承，還是有點(diǎn)重，這時(shí)候，就可以用關(guān)聯(lián)對(duì)象的方法。

有兩個(gè)相關(guān)的方法：

objc_setAssociatedObject 方法用來(lái)給類關(guān)聯(lián)一個(gè)屬性；
objc_getAssociatedObject 方法用來(lái)獲取之前關(guān)聯(lián)的屬性。

比如說(shuō)給自己這個(gè)類關(guān)聯(lián)一個(gè)字符串：

 // 關(guān)聯(lián)對(duì)象
 static char associatedObjectKey;
 objc_setAssociatedObject(self, &associatedObjectKey, @"我就是要關(guān)聯(lián)的字符串對(duì)象內(nèi)容", OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
 NSString *theString = objc_getAssociatedObject(self, &associatedObjectKey);
 NSLog(@"關(guān)聯(lián)對(duì)象：%@", theString);

我們先給self關(guān)聯(lián)了一個(gè)字符串內(nèi)容，然后通過(guò)get方法獲取了關(guān)聯(lián)的字符串內(nèi)容，并輸出。

從代碼中其實(shí)也可以猜到各個(gè)參數(shù)的意思，self的參數(shù)就是要處理的類；associatedObjectKey 的參數(shù)其實(shí)就類似于key，用來(lái)標(biāo)識(shí)區(qū)分你要關(guān)聯(lián)的這個(gè)對(duì)象；第三個(gè)參數(shù)是要關(guān)聯(lián)的對(duì)象；第四個(gè)參數(shù)是關(guān)聯(lián)的策略，用命名就可以看出來(lái)全是在添加@property屬性時(shí)用到的一些修飾符，有五種策略：

enum {
 OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,
 OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, 
 OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,
 OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,
 OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403 
};

熟悉@property屬性修飾符的應(yīng)該能直接明白了，不熟悉的可以看這篇文章：傳送門(mén)：iOS中assign、retain、copy、weak、strong的區(qū)別以及nonatomic的含義

當(dāng)然，你也可以和類別一起用，創(chuàng)建兩個(gè)方法用來(lái)關(guān)聯(lián)和獲取對(duì)象，比如下面這樣：

//添加關(guān)聯(lián)對(duì)象
- (void)addAssociatedObject:(id)object{
 objc_setAssociatedObject(self, @selector(getAssociatedObject), object, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

//獲取關(guān)聯(lián)對(duì)象
- (id)getAssociatedObject{
 return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}

這樣就既能通過(guò)Category類別來(lái)添加方法，用一起順便提供了對(duì)屬性的添加了。

結(jié)

以上是對(duì)Runtime的一點(diǎn)淺薄的理解和使用，Runtime的天地應(yīng)該是很廣闊的，也能挖出很多高級(jí)的使用方法來(lái)，對(duì)于理解OC的運(yùn)行機(jī)制是很有幫助的。

源碼下載：http://xiazai.jb51.net/201703/yuanma/RuntimeDemo-master(jb51.net).rar

感謝閱讀，希望能幫助到大家，謝謝大家對(duì)本站的支持！

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