Objective-C特性：Runtime
Method Swizzling 和 AOP 实践

引子：在OC中如何运用运行时编程

运行时系统通过三种形式在应用中出现：

Level-1：OC源码

OC编译器会捕获class和category定义、protocol声明中的以下信息
　◈ method selectors
　◈ instance variable templates
　◈ ……
并转化成运行时结构，你需要知道编写的OC代码会变成什么；其中最常见的运行时函数就是发送消息

Level-2：NSObject Methods - 动态类型

有一些NSObject方法通过对RTS执行introspection来查询信息，相信大家都用过这些属性/函数：
　▣ 类型识别：-class和-superclass
　▣ 测试对象的继承、行为和规范
　　　◈ - isKindOfClass:
　　　◈ - isMemberOfClass:
　　　◈ - respondsToSelector:
　　　◈ - conformsToProtocol:
　▣ 获取方法的信息
　　　◈ - methodForSelector: // 包含实例方法和类方法
　　　◈ + instanceMethodForSelector: // 仅限于实例方法
　　　◈ - methodSignatureForSelector: // 包含实例方法和类方法
　　　◈ + instanceMethodSignatureForSelector: // 仅限于实例方法

Level-3：Runtime Functions

所有的函数可以在Objective-C Runtime Reference找到，这些函数大概可以分为两类：
　◈ 通过C语言来做一些类似编译器的工作，比如动态生成类、动态为一个已有类添加一个新属性等
　◈ 另一部分函数构成了NSObject函数的基础
注意：在这个level使用运行时，需要引入头文件：#import <objc/runtime.h>

1 动态创建协议、类、对象

#动态创建类

// 步骤一：给类分配内存
Class objc_allocateClassPair ( Class superclass, const char *name, size_t extraBytes );

-----------------------------------------------------------------------------------
// 步骤二：配置类的成员变量、属性、方法和遵守的协议
BOOL class_addIvar ( Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types );

BOOL class_addProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );
void class_replaceProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );

SEL sel_registerName ( const char *str ); // 也可使用更方便的语法糖 @selector
IMP imp_implementationWithBlock(id block);
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types);
IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types);

BOOL class_addProtocol(Class cls, Protocol *protocol) ; // 如果实现了协议的required方法，可以此声明class遵守了协议
-----------------------------------------------------------------------------------

// 步骤三：将类注册到应用中
void objc_registerClassPair ( Class cls );

// 步骤四：销毁类及其子类 => 确保调用前没有类/子类的实例！！！
objc_disposeClassPair ( Class cls );

#动态创建对象 - 最佳实例：Json转Model

// 步骤一：给类(结构体的实例)分配内存 - 类似于+alloc
id class_createInstance ( Class cls, size_t extraBytes );
id objc_constructInstance ( Class cls, void *bytes ); // 在指定位置创建类实例
id object_copy ( id obj, size_t size );

// 步骤二：设置对象的类型
Class object_setClass ( id obj, Class cls );

// 步骤三：设置对象的成员变量（需根据类型(OC对象/其他)用不同的方法）
Ivar class_getInstanceVariable ( Class cls, const char *name );　　　// 实例成员变量
Ivar class_getClassVariable ( Class cls, const char *name ); 　　　　// 类变量
void object_setIvar ( id obj, Ivar ivar, id value );　　　　　　　　　// 也可使用KVC
或
Ivar object_setInstanceVariable ( id obj, const char *name, void *value );

// 步骤四：销毁类实例 - 注意：不会移除相关引用
void * objc_destructInstance ( id obj );
id object_dispose ( id obj );

#动态创建协议

// 步骤一：创建新的协议（如果同名的协议已经存在，则返回nil）
Protocol * objc_allocateProtocol ( const char *name ); 

// 步骤二：操作协议的属性、方法
void protocol_addProperty ( Protocol *proto, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount, BOOL isRequiredProperty, BOOL isInstanceProperty );
void protocol_addMethodDescription ( Protocol *proto, SEL name, const char *types, BOOL isRequiredMethod, BOOL isInstanceMethod );
void protocol_addProtocol ( Protocol *proto, Protocol *addition );

// 步骤三：注册协议（注意：不同于类，协议注册到运行时系统后不可再修改 and ready to use. ）
void objc_registerProtocol ( Protocol *proto );

// 步骤四：协议关联到类
BOOL class_addProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );

2 遍历属性/成员变量

#遍历成员变量

// 步骤一：获取成员变量列表
Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount );　

// 步骤二：获取成员变量的名字和类型编码
const char * ivar_getName ( Ivar v );
const char * ivar_getTypeEncoding ( Ivar v ); // 比如"@\"NSString\""

#遍历属性

// 步骤一：获取属性列表
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
objc_property_t * protocol_copyPropertyList ( Protocol *proto, unsigned int *outCount );

// 步骤二：获取属性的名字和特性信息
const char * property_getName ( objc_property_t property ); // 返回属性名(区别于成员变量名)
const char * property_getAttributes ( objc_property_t property ); 
char * property_copyAttributeValue ( objc_property_t property, const char *attributeName ); 
objc_property_attribute_t * property_copyAttributeList ( objc_property_t property, unsigned int *outCount );

3 方法变形（Method Swizzling）

通过这一技术，我们可以在运行时通过修改类的分发表中SEL和IMP的对应关系，来修改方法的实现。
举例：跟踪在程序中每一个view controller展示给用户的次数，其中的5个关键点有标注

#import <objc/runtime.h>

@implementation UIViewController (Tracking)

// 1. Swizzling应该总是在+load的dispatch_once中执行
+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class class = [self class];  // 类方法：Class class = object_getClass((id)self);

        SEL originalSelector = @selector(viewWillAppear:);
        SEL swizzledSelector = @selector(xxx_viewWillAppear:);

        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);

        // 2. 要做什么？- 修改映射关系为：originalSelector->IMP(swizzledMethod), swizzledSelector->IMP(originalMethod)
        BOOL didAddMethod = class_addMethod(class,
                                            originalSelector,
                                            method_getImplementation(swizzledMethod),
                                            method_getTypeEncoding(swizzledMethod));

        if (didAddMethod) {
            class_replaceMethod(class,
                                swizzledSelector,
                                method_getImplementation(originalMethod),
                                method_getTypeEncoding(originalMethod));
        } else {
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        }
    });
}

#pragma mark - Method Swizzling

// 3. 避免冲突：给自定义的分类方法加前缀，从而使其与所依赖的代码库不会存在命名冲突。
- (void)xxx_viewWillAppear:(BOOL)animated {
　　// 4. 总是调用方法的原始实现(除非有更好的理由不这么做)：这意味着通常我们只是给原来的实现附加一些代码
　　[self xxx_viewWillAppear:animated];
　　// 5. 输出viewWillAppear:而不是xxx_viewWillAppear:，说明对象是通过viewWillAppear:进入到实现的
　　NSLog(@"real SEL name is %@", NSStringFromSelector(_cmd)); 
}

@end

知识扩展：
Aspect-Oriented Programming(AOP)
类似记录日志、身份验证、缓存等事务非常琐碎，与业务逻辑无关，很多地方都有，又很难抽象出一个模块，这种程序设计问题，业界给它们起了一个名字叫横向关注点(Cross-cutting concern)，AOP的作用就是分离横向关注点来提高模块复用性，它可以在既有的代码添加一些额外的行为(记录日志、身份验证、缓存)而无需修改代码。
开源工具
Aspects
危险性
Method Swizzling就像一把瑞士小刀，如果使用得当，它会有效地解决问题。但使用不当，将带来很多麻烦。它的危险性主要体现以下几个方面：
　◈ Method swizzling is not atomic
　◈ Changes behavior of un-owned code
　◈ Possible naming conflicts
　◈ Swizzling changes the method’s arguments
　◈ The order of swizzles matters
　◈ Difficult to understand (looks recursive)
　◈ Difficult to debug
参考
从AOP框架学习iOS Runtime

4 关联对象

@interface NSObject (CategoryName)

@property (nonatomic,copy) NSString *name;

@end
----------------------------------------------------
@implementation NSObject (CategoryName)

static void *nameKey = "nameKey";  // 设置为静态私有变量，避免外界修改
- (void)setName:(NSString *)name
{
    objc_setAssociatedObject(self, &nameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

- (NSString *)name
{
     return objc_getAssociatedObject(self, &nameKey);
}

@end