本文参考七七 iOS Runtime原理及使用，非常感谢该作者
runtime简介
因为Objc是一门动态语言，所以它总是想办法把一些决定工作从编译连接推迟到运行时。也就是说只有编译器是不够的，还需要一个运行时系统 (runtime system) 来执行编译后的代码。这就是 Objective-C Runtime 系统存在的意义，它是整个Objc运行框架的一块基石。
RunTime简称运行时。OC就是运行时机制，其中最主要的是消息机制。对于C语言，函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数。对于OC的函数，属于动态调用过程，在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数，只有在真正运行的时候才会根据函数的名称找到对应的函数来调用。
Runtime基本是用C和汇编写的，可见苹果为了动态系统的高效而作出的努力。你可以在这里下到苹果维护的开源代码。苹果和GNU各自维护一个开源的runtime版本，这两个版本之间都在努力的保持一致。
Objctive-C Runtime是个运行时的库，由C和汇编实现。通过Runtime封装的C结构体和函数可以在程序运行时创建、检查和修改类以及对象及其方法，甚至可以替换或交换方法的实现。
Runtime相关的头文件
使用时，需要导入文件，导入如：
#import <objc/message.h>
#import <objc/runtime.h>
runtime.h是运行时最重要的文件，其中包含了对运行时进行操作的方法。 主要包括：
函数的定义
- 对对象进行操作的方法一般以object_开头
- 对类进行操作的方法一般以class_开头
- 对类或对象的方法进行操作的方法一般以method_开头
- 对成员变量进行操作的方法一般以ivar_开头
- 对属性进行操作的方法一般以property_开头开头
- 对协议进行操作的方法一般以protocol_开头
根据以上的函数的前缀 可以大致了解到层级关系。
对于以objc_开头的方法，则是runtime最终的管家，可以获取内存中类的加载信息,类的列表，关联对象和关联属性等操作。
runtime应用
1 消息机制
在OOP术语中，消息传递是指一种在对象之间发送和接收消息的通信模式。在Objective-C中，消息传递用于在调用类和类实例的方法，即接收者接收需要执行的消息。
使用案例
// 通过类名获取类
Class catClass = objc_getClass("Cat");
//注意Class实际上也是对象，所以同样能够接受消息，向Class发送alloc消息
Cat *cat = objc_msgSend(catClass, @selector(alloc));
//发送init消息给Cat实例cat
cat = objc_msgSend(cat, @selector(init));
//发送eat消息给cat，即调用eat方法
objc_msgSend(cat, @selector(eat));
//汇总消息传递过程
objc_msgSend(objc_msgSend(objc_msgSend(objc_getClass("Cat"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init")), sel_registerName("eat"));
2. 发送消息
方法调用的本质，就是让对象发送消息。
objc_msgSend,只有对象才能发送消息，因此以objc开头.
使用消息机制前提，必须导入#import <objc/message.h>
消息机制简单使用：
// 创建person对象
Person *p = [[Person alloc] init];
// 调用对象方法
[p eat];
// 本质：让对象发送消息
objc_msgSend(p, @selector(eat));
// 调用类方法的方式：两种
// 第一种通过类名调用
[Person eat];
// 第二种通过类对象调用
[[Person class] eat];
// 用类名调用类方法，底层会自动把类名转换成类对象调用
// 本质：让类对象发送消息
objc_msgSend([Person class], @selector(eat));
3. 交换方法
交换方法实现的需求场景：自己创建了一个功能性的方法，在项目中多次被引用，当项目的需求发生改变时，要使用另一种功能代替这个功能，要求是不改变旧的项目(也就是不改变原来方法的实现)。
可以在类的分类中，再写一个新的方法(是符合新的需求的),然后交换两个方法的实现。这样，在不改变项目的代码，而只是增加了新的代码 的情况下，就完成了项目的改进。
交换两个方法的实现一般写在类的load方法里面，因为load方法会在程序运行前加载一次，而initialize方法会在类或者子类在 第一次使用的时候调用，当有分类的时候会调用多次。
Objective-C 提供了一下API用于动态替换类方法或者实例方法的实现：
-
class_replaceMethod替换类方法的定义 -
method_exchangeImplementations交换两个方法的实现（具体使用案例如下） -
method_setImplementation设置一个方法的实现
注：class_replaceMethod 试图替换一个不存在的方法时候，会调用class_addMethod为该类增加一个新方法
- 使用案例一
@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
- 使用案例二
//Cat.m
+ (void) load {
Method eatMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(eat));
Method shirtMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(shirt));
method_exchangeImplementations(eatMethod, shirtMethod);
}
- (void) eat {
NSLog(@"cat eat....");
}
- (void) shirt {
NSLog(@"cat shirt....");
}
4.类\对象的关联对象(动态关联属性)
关联对象不是为类\对象添加属性或者成员变量(因为在设置关联后也无法通过ivarList或者propertyList取得) ，而是为类添加一个相关的对象，通常用于存储类信息，例如存储类的属性列表数组，为将来字典转模型的方便。
对象在内存中的排布可以看成一个结构体，该结构体的大小并不能动态变化，所以无法在运行时动态给对象增加成员变量。相对的，对象的方法定义都保存在类的可变区域中。
如下图所示为Class 的描述信息，其中methodList为可访问类中定义的方法的指针的指针，通过修改该指针所指向的指针的值，我们可以实现为类动态增加方法实现。
因此，我们可以实现动态为一个类增加成员方法，但是却不能直接为类增加成员变量，这就是category的实现原理。
- 原理
//<objc/runtime.h>
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;
使用方式一：给分类添加属性
@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 = @"小码哥";
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
使用方式二：给对象添加关联对象
比如alertView,一般传值，使用的是alertView的tag属性。我们想把更多的参数传给alertView代理：
/**
* 删除点击
* @param recId 购物车ID
*/
- (void)shopCartCell:(BSShopCartCell *)shopCartCell didDeleteClickedAtRecId:(NSString *)recId
{
UIAlertView *alert = [[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"" message:@"确认要删除这个宝贝" delegate:self cancelButtonTitle:@"取消" otherButtonTitles:@"确定", nil];
// 传递多参数
objc_setAssociatedObject(alert, "suppliers_id", @"1", OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
objc_setAssociatedObject(alert, "warehouse_id", @"2", OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
alert.tag = [recId intValue];
[alert show];
}
/**
* 确定删除操作
*/
- (void)alertView:(UIAlertView *)alertView clickedButtonAtIndex:(NSInteger)buttonIndex {
if (buttonIndex == 1) {
NSString *warehouse_id = objc_getAssociatedObject(alertView, "warehouse_id");
NSString *suppliers_id = objc_getAssociatedObject(alertView, "suppliers_id");
NSString *recId = [NSString stringWithFormat:@"%ld",(long)alertView.tag];
}
}
objc_setAssociatedObject方法的参数解释:
1.第一个参数id object, 当前对象
2.第二个参数const void *key, 关联的key，是c字符串
3.第三个参数id value, 被关联的对象的值
4.第四个参数objc_AssociationPolicy policy关联引用的规则
5. 动态添加方法
开发使用场景：如果一个类方法非常多，加载类到内存的时候也比较耗费资源，需要给每个方法生成映射表，可以使用动态给某个类，添加方法解决。
经典面试题：有没有使用performSelector，其实主要想问你有没有动态添加过方法。
- 使用案例一
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
Person *p = [[Person alloc] init];
// 默认person，没有实现eat方法，可以通过performSelector调用，但是会报错。
// 动态添加方法就不会报错
[p performSelector:@selector(eat)];
}
@end
@implementation Person
// void(*)()
// 默认方法都有两个隐式参数，
void eat(id self,SEL sel)
{
NSLog(@"%@ %@",self,NSStringFromSelector(sel));
}
// 当一个对象调用未实现的方法，会调用这个方法处理,并且会把对应的方法列表传过来.
// 刚好可以用来判断，未实现的方法是不是我们想要动态添加的方法
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
if (sel == @selector(eat)) {
// 动态添加eat方法
// 第一个参数：给哪个类添加方法
// 第二个参数：添加方法的方法编号
// 第三个参数：添加方法的函数实现（函数地址）
// 第四个参数：函数的类型，(返回值+参数类型) v:void @:对象->self :表示SEL->_cmd
class_addMethod(self, @selector(eat), eat, "v@:");
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end
当调用一个未实现的方法，或者说发送未知的消息给接收者时候，消息的接受者会调用resolveInstanceMethod
- 使用案例二
// Cat.m
//An Objective-C method is simply a C function that take at least two arguments—self and _cmd.
void run (id self, SEL _cmd, NSNumber *number) {
NSLog(@"run for %@", number);
}
//收到run:消息时候，为该类添加一个方法实现
+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
if(sel == NSSelectorFromString(@"run:")) {
class_addMethod(self, @selector(run:), run, "v@:@");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
//另外针对类方法的为 resolveClassMethod
6. 字典转模型KVC实现
通过Class的结构体内容，可以看到ivars指针指向包含了类中成员变量的结构体，通过它可以得到类中定义的成员变量，而Objective-C中提供了相应的API方法: class_copyIvarList
- 原理
//<objc/runtime.h>
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;
KVC：把字典中所有值给模型的属性赋值。这个是要求字典中的Key,必须要在模型里能找到相应的值，如果找不到就会报错。基本原理如：
// KVC原理:
// 1.遍历字典中所有key,去模型中查找有没有对应的属性
[dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id _Nonnull key, id _Nonnull value, BOOL * _Nonnull stop) {
// 2.去模型中查找有没有对应属性 KVC
// key:source value:来自即刻笔记
// [item setValue:@"来自即刻笔记" forKey:@"source"]
[item setValue:value forKey:key];
}];
但是，在实际开发中，从字典中取值,不一定要全部取出来。因此，我们可以通过重写KVC 中的 forUndefinedKey这个方法，就不会进行报错处理。
// 重写系统方法? 1.想给系统方法添加额外功能 2.不想要系统方法实现
// 系统找不到就会调用这个方法,报错
- (void)setValue:(id)value forUndefinedKey:(NSString *)key
{
}
另外，我们可以通过runtime的方式去实现。我们把KVC的原理倒过来，通过遍历模型的值，从字典中取值
原理描述：用runtime提供的函数遍历Model自身所有属性，如果属性在json中有对应的值，则将其赋值。
核心方法：在NSObject的分类中添加方法
// Ivar:成员变量 以下划线开头
// Property:属性
+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict
{
id objc = [[self alloc] init];
// runtime:根据模型中属性,去字典中取出对应的value给模型属性赋值
// 1.获取模型中所有成员变量 key
// 获取哪个类的成员变量
// count:成员变量个数
unsigned int count = 0;
// 获取成员变量数组
Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);
// 遍历所有成员变量
for (int i = 0; i < count; i++) {
// 获取成员变量
Ivar ivar = ivarList[i];
// 获取成员变量名字
NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
// 获取成员变量类型
NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
// @\"User\" -> User
ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\"" withString:@""];
ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@" withString:@""];
// 获取key
NSString *key = [ivarName substringFromIndex:1];
// 去字典中查找对应value
// key:user value:NSDictionary
id value = dict[key];
// 二级转换:判断下value是否是字典,如果是,字典转换层对应的模型
// 并且是自定义对象才需要转换
if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]] && ![ivarType hasPrefix:@"NS"]) {
// 字典转换成模型 userDict => User模型
// 转换成哪个模型
// 获取类
Class modelClass = NSClassFromString(ivarType);
value = [modelClass modelWithDict:value];
}
// 给模型中属性赋值
if (value) {
[objc setValue:value forKey:key];
}
}
return objc;
}
7. 消息转发
- 使用案例
// 第一步，消息接收者没有找到对应的方法时候，会先调用此方法，可在此方法实现中动态添加新的方法
// 返回YES表示相应selector的实现已经被找到，或者添加新方法到了类中，否则返回NO
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
return YES;
}
// 第二步， 如果第一步的返回NO或者直接返回了YES而没有添加方法，该方法被调用
// 在这个方法中，我们可以指定一个可以返回一个可以响应该方法的对象， 注意如果返回self就会死循环
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
return nil;
}
// 第三步， 如果forwardingTargetForSelector:返回了nil，则该方法会被调用，系统会询问我们要一个合法的『类型编码(Type Encoding)』
// 若返回 nil，则不会进入下一步，而是无法处理消息
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
// 当实现了此方法后，-doesNotRecognizeSelector: 将不会被调用
// 在这里进行消息转发
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
// 在这里可以改变方法选择器
[anInvocation setSelector:@selector(unknown)];
// 改变方法选择器后，需要指定消息的接收者
[anInvocation invokeWithTarget:self];
}
- (void)unknown {
NSLog(@"unkown method.......");
}
// 如果没有实现消息转发 forwardInvocation 则调用此方法
- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
NSLog(@"unresolved method ：%@", NSStringFromSelector(aSelector));
}
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iOS-runtime-API详解+使用
iOS - runtime -详解
iOS - runtime如何通过selector找到对应的 IMP地址(分别考虑类方法和实例方法)
iOS - Runtime之面试题详解一
iOS-runtime之面试题详解二
iOS runtime的使用场景-实战篇
