method swizzling

Objective-C对象收到消息之后,究竟会调用何种方法需要在运行期才能解析出来。那你也许会问:与给定的选择子名称相对应的方法是不是也可以在运行期改变呢?没错,就是这样。若能善用此特性,则可发挥出巨大优势,因为我们既不需要源代码,也不需要通过继承子类来覆写方法就能改变这个类本身的功能。这样一来,新功能将在本类的所有实例中生效,而不是仅限于覆写了相关方法的那些子类实例。此方案经常称为“方法调配”(method swizzling)。

类的方法列表会把选择子的名称映射到相关的方法实现之上,使得“动态消息派发系统”能够据此找到应该调用的方法。这些方法均以函数指针的形式来表示,这种指针叫做IMP,其原型如下:

NSString类可以响应lowercaseString、uppercaseString、capitalizedString等选择子。这张映射表中的每个选择子都映射到了不同的IMP之上,如图1所示。

图1-NSString类选择子映射关系

Objective-C运行期系统提供的几个方法都能够用来操作这张表。开发者可以向其中新增选择子,也可以改变某选择子所对应的方法实现,还可以交换两个选择子所映射到的指针。经过几次操作之后,类的方法表就会变成图2这个样子。

图2-操作后的NSString类选择子映射关系

在新的映射表中,多了一个名为newSelector的选择子,capitalizedString的实现也变了,而lowercaseString与uppercaseString的实现则互换了。上述修改均无须编写子类,只要修改了“方法表”的布局,就会反映到程序中所有的NSString实例之上。这下大家见识到此特性的强大之处了吧?
本条将会谈到如何互换两个方法实现。通过此操作,可为已有方法添加新功能。不过在讲解怎样添加新功能之前,我们先来看看怎样互换两个已经写好的方法实现。想交换方法实现,可用下列函数:

void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2);

此函数的两个参数表示待交换的两个方法实现,而方法实现则可通过下列函数获得:

Method class_getInstanceMethod(Class aClass,SEL aSelector);

此函数根据给定的选择从类中取出与之相关的方法。执行下列代码,即可交换前面提到的lowercaseString与uppercaseString方法实现:

Method originalMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(lowercaseString));
Method swappedMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(my_lowercaseString));

method_exchangeImplementations(originalMethod, swappedMethod);

从现在开始,如果在NSString实例上调用lowercaseString,那么执行的将是uppercaseString的原有实现,反之亦然:

        NSString *lowercaseString = [string lowercaseString];
        NSLog(@"lowercaseString = %@",lowercaseString);
    // Output: lowercaseString = STRING  
        NSString *uppercaseString = [string uppercaseString];
        NSLog(@"uppercaseString = %@",uppercaseString);
    // Output: uppercaseString = string

笔者刚才向大家演示了如何交换两个方法实现,然而在实际应用中,像这样直接交换两个方法实现的,意义并不大。因为lowercaseString与uppercaseString这两个方法已经各自实现得很好了,没必要再交换了。但是,可以通过这一手段来为既有的方法实现增添新功能。比方说,想要在调用lowercaseString时记录某些信息,这时就可以通过交换方法实现来达成此目标。我们新编写一个方法,在此方法中实现所需的附加功能,并调用原有实现。
新方法可以添加至NSString的一个“分类”(category)中:

@interface NSString (myAdditions)

- (NSString *)my_lowercaseString;

@end

上述新方法将与原有的lowercaseString方法互换,交换之后的方法表如图2-5所示。

图3-交换lowercaseString与my_lowercaseString方法的实现

新方法的实现代码可以这样写:

@implementation NSString (myAdditions)

- (NSString *)my_lowercaseString {
    NSString *lowercase = [self my_lowercaseString];
    NSLog(@" %@ ==> %@",self,lowercase);
    return lowercase;
}

@end

这段代码看上去好像会陷入递归调用的死循环,不过大家要记住,此方法是准备和lowercaseString方法互换的。所以,在运行期,eoc_myLowercaseString选择子实际上对应于原有的lowercaseString方法实现。最后,通过下列代码来交换这两个方法实现:

Method class_getInstanceMethod(Class aClass,SEL aSelector);
    
Method originalMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(lowercaseString));
Method swappedMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(my_lowercaseString));
    
method_exchangeImplementations(originalMethod, swappedMethod);

执行完上述代码之后,只要在NSString实例上调用lowercaseString方法,就会输出一行记录消息:

    NSString *string  = @"stRiNg";
    NSString *lowercaseString = [string lowercaseString];
// Output: stRiNg ==> string

通过此方案,开发者可以为那些“完全不知道其具体实现的”(completely opaque,“完全不透明的”)黑盒方法增加日志记录功能,这非常有助于程序调试。然而,此做法只在调试程序时有用。很少有人在调试程序之外的场合用上述“方法调配技术”来永久改动某个类的功能。不能仅仅因为Objective-C语言里有这个特性就一定要用它。若是滥用,反而会令代码变得不易读懂且难于维护。

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