1.Runtime基础
1.1 Class, Meta Class,objc_object与id
Class 在OC中定义其实是一个结构体指针类型
typedef struct objc_class *Class;
objc_class 结构体内部
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;
其中Class中也有一个isa指针,指向其所属的元类(meta).
super_class: 指向其父类。
name: 类名
version: 类的版本信息 默认为0
info: 类的详情
instance_size: 该类的实例对象的大小
ivars: 指向该类的成员变量列表
methodLists: 指向该类的实例方法列表。它将方法选择器(SEL)和方法实现地址联系起来了。
methodLists: 是指向objc_method_list 指针的指针(指向 methodlist,方法列表的地址),可以动态的修改*methodlist的值来添加成员方法,也是Category实现的原理.同样也解释了Category不能添加属性的原因。
cache: Runtime 系统会把被调用到的方法存到cache中(一个方法如果被调用,那么它有可能以后还会被调用),为了下次查找的时候更加的高效。
protocols: 指向该类的协议列表。
OC中任何一个类都是用objc_class这样一个结构体来描述的。
meta Class(元类)
一个class实例化成instance,instance中会有一个isa指针指向class。class也是一个对象,称为类对象,它的isa指针指向哪?
为了解决这个问题:runtime 创造了元类(Meta Class)。当我们向一个类发送消息的时候,isa指针会在元类中以及元类的父类方法列表寻找对应的方法执行。
那meta Class的元类又该指向哪边?
从图中我们可以知道以下几点:
1.任何一个元类都是根元类的对象。
2.任何一个元类的isa指针都指向了根元类。
3.根元类的父类是NSOject,而根元类的isa指针又指向了它自己。 NSObject的超类为nil,而isa指向自己。
objc_object与id
id在OC定义中是一个objc_object结构体类型的指针
typedef struct objc_object *id;
objc_object 内部
struct objc_object{
Class isa OBJC_ISA_AVAILABLEITY;
};
对象的内部就是这样子,包含一个指向类对象的isa指针,对象可以通过isa指针找到其所属的类。然后在类的方法列表以及父类的方法列表中寻找对应的方法运行。
id是一个objc_object结构类型的指针,这个类型的对象可以转换成任何一种对象。
1.2 methodLists 和 cache
methodLists
OC中,定义类的结构体里面有一个methodLists,这是一个二级指针,一个指向指针的指针,即指针变量中存的是一个地址。
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
methodLists表示方法列表,一个指向结构体objc_method_list的二级指针,可以动态的修改*methodList的值来添加方法,这就是Category的原理。
具体先看objc_method_list
struct objc_method_list {
struct objc_method_list *obsolete OBJC2_UNAVAILABLE;
int method_count OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
}
objc_method_list 是一个链表,存储多个objc_method,而objc_method结构体存储类的某个方法的信息。
cache
cache用来缓存方法,当调用方法时,优先在cache中查找,如果没有找到,再到methodList查找。
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;
structobjc_cache {
unsigned int mask/* total = mask + 1 */ OBJC2_UNAVAILABLE;
unsigned int occupied OBJC2_UNAVAILABLE;
Method buckets[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
};
cache必要性:
为什么搞一个这个东西出来,为什么不直接在类的methodLists直接搜索呢?
原因是那样效率太低了,一个类经常被调用的方法大概只有20%,会占到总调用次数的80%。所以缓存就很有必要了,cache用来缓存经常访问的方法,会很高提升查找到方法的效率。
1.3 SEL, IMP, Method
SEL
SEL是selector在Objct-C中的表示类型。selector可以理解为区别方法的ID。
SEL就是对方法的一种包装。包装的SEL类型数据它对应相应的方法地址,找到方法地址就可以调用方法。
typedef struct objc_selector *SEL;
objc_selector的定义如下:
struct objc_selector {
char *name; OBJC2_UNAVAILABLE;// 名称
char *types; OBJC2_UNAVAILABLE;// 类型
};
通过SEL可以迅速的定位到IMP。
IMP
在objc.h中IMP有如下定义:
typedef id (*IMP)(id, SEL,...);
IMP是“implementation”的缩写,它是一个有编译器生成的一个函数指针。这个函数指针决定了最终执行哪段代码。
Method
Method的定义:
typedef struct objc_method *Method;
objc_method的定义如下:
struct obj_method{
SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE;//方法名
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE;//方法类型;
method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;//方法实现 IMP类型
}
在method中 method_name,method_imp, method_types三者的关系。SEL是一个key,IMP为一个value,而Method可以想成key到value的映射方法。这样就可以通过SEL迅速的定位到IMP。
1.4 调用方法时大致流程
关于消息发送的runtime函数 objc_msgSend原型
OBJC_EXPORT void objc_msgSend(void /* id self, SEL op, ... */ )
1.Runtime系统会把方法调用转换为消息发送,即objc_msgSend,并且把方法的调用者和方法选择器当做参数传递过去。
2.方法的调用者会通过isa指针找到其所属的类,然后在cache或者mothodLists中查找该方法。如果找到了该方法就执行,如果找不到该方法就通过super_class往上一级的超类查找。如果一直找到NSObject都没有找到该方法的话,就会进行消息转发。
1.5 objc_msgSendSuper
当[super selector]调用时,就不是转换为objc_msgSend函数了,而是转换为objc_msgSendSuper
OBJC_EXPORT void objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ )
super是一个objc_super结构体指针,objc_super结构体定义如下
struct objc_super {
__unsafe_unretained id receiver;
__unsafe_unretained Class super_class;
};
参数1 receiver 类似objc_msg的第一个参数receiver,第二个成员记录写super这个类的父类是什么。
如以下例子:
@implementation Son : Father
- (id)init
{
self = [super init];
if (self)
{
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
}
return self;
}
@end
打印结果:都是“Son”
[super class] 调用时开始做了这几个事情
1.构建objc_super,此时结构体的第一个参数receiver 就是self(Son对象),第二个成员变量super_class就是Son类的父类Father。
2.调用objc_msgSenfSuper的方法,将构造的objc_super结构体和 class的sel传递过去。从objc_super结构体指向的superClass的方法列表开始找class的selector,找到以后再已objc_super->receiver去调用这个selector,可能也会使用objc_msgSend这个函数,不过此时的第一个参数就是objc_receiver,第二个参数就是从objc_super->super_class中吵到的selector。
关于[super init],为什么要调用self = [super init];
符合oc 继承类 初始化规范 super 同样也是这样,[super init] 去self 的super 中调用init,super 调用 superSuper 的init 。直到根类 NSObject 中的init ,
根类中init 负责初始化内存区域 向里面添加一些必要的属性,返回内存指针,这样 延着继承链 初始化的内存指针 被从上 到 下 传递,在不同的子类中向块内存添加子类必要的属性,直到 我们的 A类 中得到内存指针,赋值给slef 参数, 在if (slef){//添加A 的属性 }
2.成员变量和属性
2.1 成员变量和属性定义
成员变量
成员变量定义:
Ivar:实例变量类型,是一个指向objc_ivar结构体的指针。
typedef struct objc_ivar *Ivar;
成员变量用到的函数
class_copyIvarList //获取类中所有的成员变量 返回值 Ivar *
class_getInstanceVariable //获取类中指定名称的成员变量 返回值 Ivar
ivar_getName //获取成员变量名 返回值 const char *
ivar_getTypeEncoding //获取成员变量类型编码 返回值const char *
object_getIvar // 获取某个对象成员变量的值 返回值 id
object_setIvar //设置某个对象成员变量的值 无返回值
成员属性
成员属性定义:
objc_property_t: 声明属性的类型,是一个指向objc_property结构体的指针。
typedef struct objc_property *objc_property_t;
成员属性相关函数
class_copyPropertyList //获取所有属性 说明:并不会获取无@property声明的成员变量
property_name //获取成员属性名
property_copyAttributeList //获取所有属性特性
property_getAttributes //获取成员属性特性描述字符串
2.2 通过runtime获取属性和成员变量
#import "Person.h"
@interface Person : NSObject
{
NSString *_ID;
}
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
成员变量:
Person *p = [[Person alloc] init];
//1.获取名为“_name”的成员变量
Ivar ivar = class_getInstanceVariable([Person class], "_name");
//2.设置值
object_setIvar(p, ivar, @"Hayder");
NSLog(@"%@",object_getIvar(p, ivar));
打印结果:Hayder;
-----------------------------------------------
获取成员变量:
-----------------------------------------------
Ivar *ivars = class_copyIvarList([Person class], &number);
for (unsigned int i=0; i < number; i++) {
Ivar ivar = ivars[i];
const char *name = ivar_getName(ivar);
const char *type = ivar_getTypeEncoding(ivar);
NSLog(@"name---%s,type-----%s",name,type);
}
free(ivars);
打印结果:
name---_ID,type-----@"NSString"
name---_name,type-----@"NSString"
name---_age,type-----q
成员属性:
unsigned int number = 0;
objc_property_t *propertys = class_copyPropertyList([Person class], &number);
for (unsigned int i=0; i < number; i++) {
objc_property_t property = propertys[i];
//字典转模型里面的key value就是dict[key]
const char *name = property_getName(property);
const char *attribute = property_getAttributes(property);
NSLog(@"name---%s,type-----%s",name,type);
}
free(propertys);
打印结果:
name---name, attribute-----T@"NSString",&,N,V_name
name---age, attribute-----Tq,N,V_age
property_getAttribute属性说明
property_getAttributes函数返回objc_property_attribute_t结构体列表,objc_property_attribute_t结构体包含name和value,常用的属性如下:
属性类型 name值:T value:变化
编码类型 name值:C(copy) &(strong) W(weak)空(assign) 等 value:无
非/原子性 name值:空(atomic) N(Nonatomic) value:无
变量名称 name值:V value:变化
使用property_getAttributes获得的描述是property_copyAttributeList能获取到的所有的name和value的总体描述,如 T@"NSString",&,N,V_name
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
小结:class_copyIvarList 包含成员变量+属性 class_copyPropertyList只包含成员变量
2.3 应用场景
快速归档
在model中实现
- (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder {
if (self = [super init]) {
unsigned int outCount;
Ivar * ivars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
Ivar ivar = ivars[i];
NSString * key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
[self setValue:[aDecoder decodeObjectForKey:key] forKey:key];
}
}
return self;
}
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder {
unsigned int outCount;
Ivar * ivars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
Ivar ivar = ivars[i];
NSString * key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
[aCoder encodeObject:[self valueForKey:key] forKey:key];
}
}
访问私有变量
OC中没有真正意义上面的私有变量和方法,要让成员变量私有,就要放在.m中声明,不要对外暴露。如果我们知道这个成员变量的名称,就可以同过runtime获取成员变量,再通过getIvar来获取它的值。
方法:
Ivar ivar = class_getInstanceVariable([Model class], "_str1");
NSString * str1 = object_getIvar(model, ivar);
3.消息机制
3.1消息机制介绍
在前面说到,如果向某个对象发消息,从对象的isa指针指向的类中寻找没有找到,到super_class中寻找,如果一直找到NSObject都没有找到,就会进行消息转发。如图:
1.对象在收到无法解读的消息后,首先会调用所属类
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
在这个方法在运行时,没有找到SEL的IMP时就会执行。如果实现了添加函数代码返回YES,未实现返回NO。
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self performSelector:@selector(doSomething)];
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
if (sel == @selector(doSomething)) {
//add code here
NSLog(@"do something");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
代码中执行@selector(doSomething)方法,但是并没有实现,会首先执行resolveInstanceMethod。
应用场景:动态添加方法。
实现了resolveInstanceMethod 方法还是会崩溃,需要在打印的地方做一些操作,使这个方法得到响应,不至于走到 - (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector 这个方法中崩溃。
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self performSelector:@selector(doSomething)];
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
if (sel == @selector(doSomething)) {
class_addMethod([self class], sel, (IMP)addMethod, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
void addMethod(id self, SEL _cmd)
{
NSLog(@"添加方法");
}
关于class_addMethod方法:
OBJC_EXPORT BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
其中:
cls :在哪个类中添加方法,也就是方法所添加的类
name :方法名,这个随便起
imp :实现这个方法的函数
types :定义改书返回值类型和参数类型的字符串。
比如: v就是void,代表返回类型就是空,@代表参数,这里指的是id(self),这里:指的是方法SEL(_cmd)。
比如:
int Method (id self, SEL _cmd, NSString *str) {
return 100;
}
此时添加这个函数的方法就应该是
class_addMethod([self class],@selector(Method),(IMP)Method,@"i@:@");
2.如果在+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel中没有找到或者添加方法,消息就会传递到- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法。
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;
这个方法返回的是可以执行aSelector的对象。
比如:
#import "ViewController.h"
#import <objc/runtime.h>
@interface ViewController ()
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self performSelector:@selector(secondVCMethod)];
}
//第一步转发
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
//第二步转发
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
Class class = NSClassFromString(@"ViewController2");
UIViewController *vc = class.new;
if (aSelector == NSSelectorFromString(@"secondVCMethod")) {
NSLog(@"secondVC do this !");
return vc;
}
return nil;
}
@end
执行secondVCMethod,并没有实现这个方法。于是消息转发给+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel,但是第一步转发的消息并没有执行,于是转发给第二步,在这个方法里面创建了一个ViewController2对象,并判断这个方法为secondVCMethod方法时,就返回ViewController2对象。通过forwardingTargetForSelector这个方法就把消息传递给了secondVCMethod。
3.如果不实现forwardingTargetForSelector,系统就会调用methodSignatureForSelector和forwardInvocation这两个方法。
1.methodSignatureForSelector用来生成方法签名
2.forwardInvocation中的参数NSInvocation使用生成的签名。
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self performSelector:@selector(run)];
}
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
//1.先转成字符串
NSString *sel = NSStringFromSelector(aSelector);
if ([sel isEqualToString:@"run"]) {
//如果是则签名,返回类类型 v->void @ -> id(self) :-> SEL _cmd
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
SEL selector = [anInvocation selector];
Person *person = [[Person alloc] init];
//如果person实现了这个方法则执行这个方法
if ([person respondsToSelector:selector]) {
//执行run这个方法
[anInvocation invokeWithTarget:person];
}
}
3.2 NSProxy
NSProxy这个类干嘛用的?
NSProxy 负责将消息转发到真正的target的代理类。 作用:OC只支持单继承 NSPorxy可模拟多继承
如何理解NSProxy这个类进行多继承
假设类A,类B,类C中各有一个方法类D需要使用,但是OC又是单继承,可以利用NSPorxy作为代理,类D去向NSPorxy类中调用。
类D是顾客 NSPorxy是经销商 类A,类B,类C是供应商.
需要实现什么方法?
-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel;
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;
Demo地址
https://github.com/WzhGoSky/MyCode/tree/master/Demo/OC/NSProxy
4.Runtime具体使用场景
4.1 设置分类属性
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
// 给系统NSObject类动态添加属性name
NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
objc.name = @"Hayder";
NSLog(@"%@",objc.name);
}
@end
// 定义关联的key
static const char *key = "name";
@implementation NSObject (Property)
- (NSString *)name
{
// 根据关联的key,获取关联的值。
return objc_getAssociatedObject(self, key);
}
- (void)setName:(NSString *)name
{
// 第一个参数:给哪个对象添加关联
// 第二个参数:关联的key,通过这个key获取
// 第三个参数:关联的value
// 第四个参数:关联的策略
objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
@end
4.2 交换方法
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
// 需求:给imageNamed方法提供功能,每次加载图片就判断下图片是否加载成功。
// 步骤一:先搞个分类,定义一个能加载图片并且能打印的方法+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name;
// 步骤二:交换imageNamed和imageWithName的实现,就能调用imageWithName,间接调用imageWithName的实现。
UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"123"];
}
@end
@implementation UIImage (Image)
// 加载分类到内存的时候调用
+ (void)load
{
// 交换方法
// 获取imageWithName方法地址
Method imageWithName = class_getClassMethod(self, @selector(imageWithName:));
// 获取imageWithName方法地址
Method imageName = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));
// 交换方法地址,相当于交换实现方式
method_exchangeImplementations(imageWithName, imageName);
}
// 不能在分类中重写系统方法imageNamed,因为会把系统的功能给覆盖掉,而且分类中不能调用super.
// 既能加载图片又能打印
+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name
{
// 这里调用imageWithName,相当于调用imageName
UIImage *image = [self imageWithName:name];
if (image == nil) {
NSLog(@"加载空的图片");
}
return image;
}
@end