Type Encodings 、NSMethodSignature 、NSInvocation三部曲

前言

一般来说，写东西都是由上而下顶层联想，由于这次是知识总结，准备从浅入深，一点一点写下去。文章段落之间好想关系耦合度有点低，见谅。


Type Encodings

Type Encodings作为对Runtime的补充，编译器将每个方法的返回值和参数类型编码成一个C字符串，并将这个字符串和OC的selector进行关联。我们可以用编译器指令@encode来获取这个C字符串。当你给一个指定的类型(这个类型可以是基本数据类型，如int，可以是一个指针，一个结构体，类名等，也就是可以作为sizeof()参数的任何类型),@encode会返回一个将这个类型编码后的C字符串。总结为一句话：用一个C字符串来表示一个数据类型

在Objective-C Runtime Programming Guide中的Type Encoding一节中，列出了Objective-C中所有的类型编码。需要注意的是这些类型很多是与我们用于存档和分发的编码类型是相同的。但有一些不能在存档时使用。

注：Objective-C不支持long double类型。@encode(long double)返回d，与double是一样的。

下面这个列表列出了一些类型码及其代表的意义：

Code Meaning
c A char
i An int
s A short
l A long
l is treated as a 32-bit quantity on 64-bit programs.
q A long long
C An unsigned char
I An unsigned int
S An unsigned short
L An unsigned long
Q An unsigned long long
f A float
d A double
B A C++ bool or a C99 _Bool
v A void
* A character string (char *)
@ An object (whether statically typed or typed id)
# A class object (Class)
: A method selector (SEL)
[array type] An array
{name=type...} A structure
(name=type...) A union
bnum A bit field of num bits
^type A pointer to type
? An unknown type (among other things, this code is used for function pointers)

打印出来看看：

    NSLog(@"char --> %s",@encode(char));
    NSLog(@"int --> %s",@encode(int));
    NSLog(@"short --> %s",@encode(short));
    NSLog(@"long --> %s",@encode(long));
    NSLog(@"long long --> %s",@encode(long long));
    NSLog(@"unsigned char --> %s",@encode(unsigned char));
    NSLog(@"unsigned int --> %s",@encode(unsigned int));
    NSLog(@"unsigned short --> %s",@encode(unsigned short));
    NSLog(@"unsigned long --> %s",@encode(unsigned long long));
    NSLog(@"float --> %s",@encode(float));
    NSLog(@"bool --> %s",@encode(bool));
    NSLog(@"void --> %s",@encode(void));
    NSLog(@"char * --> %s",@encode(char *));
    NSLog(@"id --> %s",@encode(id));
    NSLog(@"Class --> %s",@encode(Class));
    NSLog(@"SEL --> %s",@encode(SEL));
    int array[] = {1,2,3};
    NSLog(@"int[] --> %s",@encode(typeof(array)));
    typedef struct person{
        char *name;
        int age;
    }Person;
    NSLog(@"struct --> %s",@encode(Person));
    
    typedef union union_type{
        char *name;
        int a;
    }Union;
    NSLog(@"union --> %s",@encode(Union));

    int a = 2;
    int *b = {&a};
    NSLog(@"int[] --> %s",@encode(typeof(b)));

打印结果：

2020-06-29 18:21:07.002557+0800 LibanayCollection[4116:440746] char --> c
2020-06-29 18:21:07.002640+0800 LibanayCollection[4116:440746] int --> i
2020-06-29 18:21:07.002702+0800 LibanayCollection[4116:440746] short --> s
2020-06-29 18:21:07.002762+0800 LibanayCollection[4116:440746] long --> q
2020-06-29 18:21:07.002828+0800 LibanayCollection[4116:440746] long long --> q
2020-06-29 18:21:07.002883+0800 LibanayCollection[4116:440746] unsigned char --> C
2020-06-29 18:21:07.002940+0800 LibanayCollection[4116:440746] unsigned int --> I
2020-06-29 18:21:07.002994+0800 LibanayCollection[4116:440746] unsigned short --> S
2020-06-29 18:21:07.003052+0800 LibanayCollection[4116:440746] unsigned long --> Q
2020-06-29 18:21:07.003115+0800 LibanayCollection[4116:440746] float --> f
2020-06-29 18:21:07.003177+0800 LibanayCollection[4116:440746] bool --> B
2020-06-29 18:21:07.003250+0800 LibanayCollection[4116:440746] void --> v
2020-06-29 18:21:07.003333+0800 LibanayCollection[4116:440746] char * --> *
2020-06-29 18:21:07.003455+0800 LibanayCollection[4116:440746] id --> @
2020-06-29 18:21:07.003600+0800 LibanayCollection[4116:440746] Class --> #
2020-06-29 18:21:07.003723+0800 LibanayCollection[4116:440746] SEL --> :
2020-06-29 18:21:07.003811+0800 LibanayCollection[4116:440746] int[] --> [3i]
2020-06-29 18:21:07.003903+0800 LibanayCollection[4116:440746] struct --> {person=*i}
2020-06-29 18:21:07.007271+0800 LibanayCollection[4116:440746] union --> (union_type=*i)
2020-06-29 18:21:07.007343+0800 LibanayCollection[4116:440746] int[] --> ^i

此时我们能想到最简单的使用，类型判断：

    NSNumber *num1 = [NSNumber numberWithInt:1];
    if (strcmp([num1 objCType], @encode(int)) == 0 ) {
        NSLog(@"--- num1 是int类型 ---");
    }
    
    NSNumber *num2 = [NSNumber numberWithFloat:1.0];
    if (strcmp([num2 objCType], @encode(float)) == 0 ) {
        NSLog(@"--- num2 是float类型 ---");
    }
    
    NSNumber *num3 = [NSNumber numberWithChar:'A'];
    if (strcmp([num3 objCType], @encode(char)) == 0 ) {
        NSLog(@"--- num3 是char类型 ---");
    }

结论：

2020-06-29 19:08:14.655418+0800 LibanayCollection[4269:463051] --- num1 是int类型 ---
2020-06-29 19:08:14.655496+0800 LibanayCollection[4269:463051] --- num2 是float类型 ---
2020-06-29 19:08:14.655569+0800 LibanayCollection[4269:463051] --- num3 是char类型 ---

当然，它的主要用处我们也提到了，将返回值和参数类型编码成字符串，我们一点一点来看。

NSMethodSignature

顾名思义, NSMethodSignature就是“方法签名”，苹果官方定义该类为对方法的参数类型、返回值类型进行封装 .

扒一下api:

#import <Foundation/NSObject.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

NS_SWIFT_UNAVAILABLE("NSInvocation and related APIs not available")
@interface NSMethodSignature : NSObject

//初始化方法
+ (nullable NSMethodSignature *)signatureWithObjCTypes:(const char *)types;

//参数数量
@property (readonly) NSUInteger numberOfArguments;

//获取参数类型
- (const char *)getArgumentTypeAtIndex:(NSUInteger)idx NS_RETURNS_INNER_POINTER;

@property (readonly) NSUInteger frameLength;

//是否是单向
- (BOOL)isOneway;

//返回值类型
@property (readonly) const char *methodReturnType NS_RETURNS_INNER_POINTER;

//返回长度
@property (readonly) NSUInteger methodReturnLength;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

我们可以清晰的查看到，只有一个初始化方法，+ (nullable NSMethodSignature *)signatureWithObjCTypes:(const char *)types;我们来看一下：

 NSMethodSignature *signature = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"@@:*"];

看下里边的@@:*，结合Type Encodings我们能看出第一个@是返回一个id类型。那么其它的东西是什么呢?

OC为支持消息的转发和动态调用，Objective-C Method 的 Type 信息以 “返回值 Type + 参数 Types” 的形式组合编码，还需要考虑到 self和 _cmd 这两个隐含参数：

即：@@:* 可以分解为 id(返回值) + self + _cmd + char*(参数)

当然，我们查看NSObject类的定义api，会惊喜的发现这两个几个方法：

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector OBJC_SWIFT_UNAVAILABLE("");

+ (NSMethodSignature *)instanceMethodSignatureForSelector:(SEL)aSelector OBJC_SWIFT_UNAVAILABLE("");

所以我们可以在类中轻松的获取签名对象：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //获取实例方法签名
    NSMethodSignature * signature1 = [self methodSignatureForSelector:@selector(instanceLog)];
    NSMethodSignature * signature2 = [ViewController instanceMethodSignatureForSelector:@selector(instanceLog)];
    //获取类方法签名
    NSMethodSignature * signature3 = [ViewController methodSignatureForSelector:@selector(classLog)];
}

- (void)instanceLog{
    NSLog(@"---instanceLog----");
}

+ (void)classLog{
    NSLog(@"--classLog--");
}

NSInvocation

NSInvocation是一个消息调用类，主要作用是存储和传递消息。它存储的信息包含了一个iOS消息全部的成分：target、selector、参数、返回值、方法签名。也就是说，NSInvocation可以将传统的iOS消息发送这个过程转换成一个对象，然后执行这个对象的发送消息的方法就可以发送消息，NSInvocation对象包含的每一个组成部分能够直接设定（如消息target，参数之类的）。

先上api:

@interface NSInvocation : NSObject
//初始化方法
+ (NSInvocation *)invocationWithMethodSignature:(NSMethodSignature *)sig;
//方法签名
@property (readonly, retain) NSMethodSignature *methodSignature;
//防止参数释放掉
- (void)retainArguments;
@property (readonly) BOOL argumentsRetained;
//target
@property (nullable, assign) id target;
//SEL
@property SEL selector;
//获取返回值
- (void)getReturnValue:(void *)retLoc;
//设置返回值
- (void)setReturnValue:(void *)retLoc;
//获取参数
- (void)getArgument:(void *)argumentLocation atIndex:(NSInteger)idx;
//设置参数
- (void)setArgument:(void *)argumentLocation atIndex:(NSInteger)idx;
//执行
- (void)invoke;
// target发送消息，即target执行方法
- (void)invokeWithTarget:(id)target;
@end

初始化方法需要传递一个NSMethodSignature对象，我们在上文中已经掌握了 NSMethodSignature，就不多做解释了，那么我们如何使用呢，我们开始修改上边的代码：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // -- 获取instanceLog的签名
    NSMethodSignature * signature = [self methodSignatureForSelector:@selector(instanceLog)];
    // -- 根据方法签名创建一个NSInvocation
    NSInvocation * invocation = [NSInvocation  invocationWithMethodSignature:signature];
    // -- 设置调用者
    [invocation setTarget:self];
    // -- 设在被调用的消息
    [invocation setSelector:@selector(instanceLog)];
    // --  执行
    [invocation invoke];
}

- (void)instanceLog{
    NSLog(@"---instanceLog----");
}

执行结果：

2020-06-30 15:48:55.647225+0800 LibanayCollection[6359:869723] ---instanceLog----

结论：
NSInvocation可以看做命令模式在iOS中的实现，即将目标（target）、选择器（selector）、方法签名（NSMethodSignature）、参数（argument）等信息打包在一起使用。

用于消息转发

最初对于NSInvocation和NSMethodSignature的认知，我是从消息转发流程开始的，不知道大家是否是一样的。不太了解的可以看我另一篇文章 iOS消息机制消息转发详解。

与performSelector:的联系与区别

iOS中可以直接调用某个对象的消息方式有两种：一种是performSelector:withObject；另一种就是NSInvocation, 关于performSelector能完成简单调用，我们无需多言。但是对于>2个的参数或者有返回值的处理，那performSelector:withObject就显得有点有心无力了，那么在这种情况下，我们就可以使用NSInvocation来进行这些相对复杂的操作。我们继续修改上边代码：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // -- 获取instanceLog的签名
    NSMethodSignature * signature = [self methodSignatureForSelector:@selector(instanceLogStr1:andStr2:)];
    // -- 根据方法签名创建一个NSInvocation
    NSInvocation * invocation = [NSInvocation  invocationWithMethodSignature:signature];
    // -- 设置调用者
    [invocation setTarget:self];
    // -- 设在被调用的消息
    [invocation setSelector:@selector(instanceLogStr1:andStr2:)];
    NSString * str1 = @"test1";
    NSString * str2 = @"test2";
    // -- 添加参数
    [invocation setArgument:&str1 atIndex:2];
    [invocation setArgument:&str2 atIndex:3];
    // -- 执行
    [invocation invoke];
}

- (void)instanceLogStr1:(NSString *)str1 andStr2:(NSString *)str2{
    NSLog(@"---instanceLog || %@ || %@----",str1,str2);
}

执行结果：

2020-06-30 16:32:27.277291+0800 LibanayCollection[6488:890762] ---instanceLog || test1 || test2----

这里要注意点是添加参数从Index2开始，这是因为还需要考虑到 self和 _cmd 这两个隐含参数。

结语：

这篇写的大部分都是概念性的东西，也找了很多文章来学习进行归纳。写好一篇文章不容易，本文最下方的参考文献希望各位看官有机会也去读一下，互相印证。

文献参考

OC-类型编码(TypeEncodings)
iOS 如何实现Aspect Oriented Programming
NSMethodSignature与NSInvocation使用
NSInvocation NSMethodSignature 全面解析
NSInvocation的基本用法

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