09_Runtime

一、isa指针

要想学习Runtime，首先要了解它底层的一些常用数据结构，比如isa指针

  • 在arm64架构之前，isa就是一个普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址

  • 从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，还使用位域来存储更多的信息，如下图


    Snip20200621_14.png
    • nonpointer
      0，代表普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
      1，代表优化过，使用位域存储更多的信息

    • has_assoc
      是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快

    • has_cxx_dtor
      是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快

    • shiftcls
      存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息

    • magic
      用于在调试时分辨对象是否未完成初始化

    • weakly_referenced
      是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快

    • deallocating
      对象是否正在释放

    • extra_rc
      里面存储的值是引用计数器减1

    • has_sidetable_rc
      引用计数器是否过大无法存储在isa中
      如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中

二、Class的结构

Snip20200621_15.png

  • class_rw_t里面的methods、properties、protocols是二维数组，是可读可写的，包含了类的初始内容、分类的内容


    Snip20200621_16.png

  • class_ro_t里面的baseMethodList、baseProtocols、ivars、baseProperties是一维数组，是只读的，包含了类的初始内容


    Snip20200621_19.png

  • method_t是对方法\函数的封装

    Snip20200621_21.png

    - SEL代表方法/函数名,一般叫做方法选择器，底层结构和char *类似，可以通过@selector()和sel_registerName()获得,可以通过sel_getName()和NSStringFromSelector()转成字符串,不同类中相同名字的方法，所对应的方法选择器是相同的
    -IMP代表函数的具体实现
    - types包含了函数返回值、参数编码的字符串,

    Snip20200621_24.png

  • Class内部结构中有个方法缓存（cache_t），用散列表（哈希表）来缓存曾经调用过的方法，可以提高方法的查找速度，空间换时间


    Snip20200621_23.png

三、objc_msgSend执行流程

Objective-C是一门动态性比较强的编程语言,OC中的方法调用，都是转换为objc_msgSend函数的调用,给receiver（方法调用者）发送了一条消息（selector方法名）,objc_msgSend的执行流程可以分为3大阶段,消息发送、动态方法解析、消息转发

1、 消息发送

屏幕快照 2018-07-16 下午12.17.28.png

2、动态方法解析

屏幕快照 2018-07-16 下午12.22.48.png

示例代码：

@implementation Person
- (void) other {
    NSLog(@"%s", __func__);
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    // 动态的添加方法实现
    if (sel == @selector(test)) {
        // 获取其他方法 指向method_t的指针
        Method otherMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(other));
        
        // 动态添加test方法的实现
        class_addMethod(self, sel, method_getImplementation(otherMethod), method_getTypeEncoding(otherMethod));
        
        // 返回YES表示有动态添加方法
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end

void other(id self, SEL _cmd)
{
    NSLog(@"other - %@ - %@", self, NSStringFromSelector(_cmd));
}

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == @selector(test)) {
        // 第一个参数是object_getClass(self)，传入元类对象。
        class_addMethod(object_getClass(self), sel, (IMP)other, "v16@0:8");
        return YES;
    }
    return [super resolveClassMethod:sel];
}

3、消息转发

屏幕快照 2018-07-16 下午12.36.44.png

示例代码:

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    if (aSelector == @selector(test)) {
        return [[MJCat alloc] init];
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

// 方法签名：返回值类型、参数类型
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
    if (aSelector == @selector(test)) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v16@0:8"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

// NSInvocation封装了一个方法调用，包括：方法调用者、方法名、方法参数
//    anInvocation.target 方法调用者
//    anInvocation.selector 方法名
//    [anInvocation getArgument:NULL atIndex:0]
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
//    anInvocation.target = [[MJCat alloc] init];
//    [anInvocation invoke];
    [anInvocation invokeWithTarget:[[MJCat alloc] init]];
}

Runtime相关API

1、 类相关

//动态创建一个类（参数：父类，类名，额外的内存空间）
Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)
//注册一个类（要在类注册之前添加成员变量）
void objc_registerClassPair(Class cls)
//销毁一个类
void objc_disposeClassPair(Class cls)
//获取isa指向的Class
Class object_getClass(id obj)
//设置isa指向的Class
Class object_setClass(id obj, Class cls)
//判断一个OC对象是否为Class
BOOL object_isClass(id obj)
//判断一个Class是否为元类
BOOL class_isMetaClass(Class cls)
//获取父类
Class class_getSuperclass(Class cls)

2、成员变量相关

//获取一个实例变量信息
Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)
//拷贝实例变量列表（最后需要调用free释放）
Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)
//设置和获取成员变量的值
void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)
//动态添加成员变量（已经注册的类是不能动态添加成员变量的）
BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)
//获取成员变量的相关信息
const char *ivar_getName(Ivar v)
const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)

3、属性相关

//获取一个属性
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)
//拷贝属性列表（最后需要调用free释放）
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
//动态添加属性
BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
                       unsigned int attributeCount)
//动态替换属性
void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
                           unsigned int attributeCount)
//获取属性的一些信息
const char *property_getName(objc_property_t property)
const char *property_getAttributes(objc_property_t property)

4、方法相关

//获得一个实例方法、类方法
Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name)
//方法实现相关操作
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name)
IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)
void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)
//拷贝方法列表（最后需要调用free释放）
Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)
//动态添加方法
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
//动态替换方法
IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
//获取方法的相关信息（带有copy的需要调用free去释放）
SEL method_getName(Method m)
IMP method_getImplementation(Method m)
const char *method_getTypeEncoding(Method m)
unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)
char *method_copyReturnType(Method m)
char *method_copyArgumentType(Method m, unsigned int index)
//选择器相关
const char *sel_getName(SEL sel)
SEL sel_registerName(const char *str)
//用block作为方法实现
IMP imp_implementationWithBlock(id block)
id imp_getBlock(IMP anImp)
BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)

Runtime的应用

1、 遍历类的所有成员变量，以Person类为例，代码如下
  // 成员变量的数量
  unsigned int count;
  Ivar *ivars = class_copyIvarList([Person class], &count);
  for (int i = 0; i < count; i++) {
      // 取出i位置的成员变量
      Ivar ivar = ivars[i];
      NSLog(@"%s %s", ivar_getName(ivar), ivar_getTypeEncoding(ivar));
  }
  free(ivars);

1、设置UITextField占位文字的颜色
2、字典转模型

2、 替换方法实现，hook系统方法实现
  • 解决检查页面创建释放问题 （检查项目中的页面推出时dealloc是否调用)
  • 拦截所有的点击事件 
     #import "UIControl+Extension.h"
 #import <objc/runtime.h>

 @implementation UIControl (Extension)

 + (void)load
 {
      Method method1 = class_getInstanceMethod(self, @selector(sendAction:to:forEvent:));
      Method method2 = class_getInstanceMethod(self, @selector(lz_sendAction:to:forEvent:));
      method_exchangeImplementations(method1, method2);
 }

 - (void)lz_sendAction:(SEL)action to:(id)target forEvent:(UIEvent *)event
{
     // 调用系统原来的实现
     [self lz_sendAction:action to:target forEvent:event];
  
     if ([self isKindOfClass:[UIButton class]]) { // 拦截了所有按钮的事件
      NSLog(@"%@-%@-%@", self, target, NSStringFromSelector(action));
  }
}

@end
  • 按钮重复点击设置
  • 处理异常崩溃（NSDictionary, NSMutableDictionary, NSArray, NSMutableArray 的处理），处理数组越界，空值等问题。
  • 做用户埋点统计
  • 服务端控制页面跳转
3、 利用关联对象间接实现Category有成员变量的效果。
4、 动态创建类，例如KVO
5、 通过实现消息转发的方法，解决方法找不到造成的程序崩溃
@implementation NSObject (runtime)

#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-protocol-method-implementation"

// 方法签名：返回值类型、参数类型
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
    if ([self respondsToSelector:aSelector]) {
        return [self methodSignatureForSelector:aSelector];
    }
    
    // 找不到的方法
    return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
    
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{ NSLog(@"####找不到%@类的%@方法",anInvocation.target,NSStringFromSelector(anInvocation.selector));
}

#pragma clang diagnostic pop

@end
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