Objective-C 基础: Runtime

最近没什么事情,又把Objective-C相对于底层的内容拿出来翻阅,这里尝试做个总结。

Objective-C将很多的编译工作和链接工作,推迟到运行时才决定,它更倾向于动态执行所有可能的任务,包括动态加载新类、动态转发消息、查看类对象信息等,所以Objective-C需要一种机制来执行编译后的代码,这个机制就是Runtime。

这篇从下面几个方面说说对Runtime的理解:

  • obj_msgSend 函数
  • 使用associated object给类添加实例变量
  • AOP 或者 method swizzling 的方法

类方法的调用

Objective-C 是 C 的超集。在C中其实也有一种实现相对灵活的函数动态绑定(在运行时才知道要调用的函数)的方式,就是使用 函数指针 的方式。

下面是一段C代码。调用 `printHello` 还是 `printGoodbye` 
在编译期间并不知道,而只在运行时,由传入的参数决定。
#import <stdio.h>

void printHello() {
 printf("Hello, world!\n");
}
void printGoodbye() {
 printf("Goodbye, world!\n");
}

void doTheThing(int type) {
 void (*fnc)();
 if (type == 0) {
fnc = printHello;
} else {
fnc = printGoodbye;
}
 fnc();
 return 0;
}”

本质上来说,Objective-C也是运用上述的原理,实现了运行时才决定调用哪个方法的。

先说一下,objc的类实例调用实例方法的路径,看下图。首先每个类实例都有一个isa指向所属的类,而类中保存着可以调用的方法列表,找到对应的方法后可以调用,如果没找到,就到该类的父类中去查找。而如果调用类方法,就到所属类的metaclass中查找对应类方法。

objc 类关系图.png

一般的objc调用方法:
id = returnValue = [someObject messageName:parameter];
经过编译后,编译器把他翻译成C函数的方式,如下:
id returnValue = objc_msgSend(someObject, @selector(messageName:), parameter)的形式

objc_msgSend原型:
objc_msgSend(id self, SEL cmd, ...)

SEL可以理解为方法的名字,如例子中的"messageName:"

associated object

有时候,为了扩展类的功能,我们希望能给类添加实例变量。显然,如果这个类是别人写的,或者是添加这个变量,只是为了你自己代码的需求,直接修改别人代码,是很不实际的一种做法,好在objc给我们提供了一种方法。

刚开始学习objc时,发现是能够在category中添加property的,编译器也没报错,但在setter或getter中是不能使用_instance的,编译器会提醒你没有_instance定义,而且在category中并不支持@synthesize的。

所以只剩下使用category + associated object的反式。

.h
@property (nonatomic, strong) NSString *assocationStr;

.m
- (NSString *)assocationStr {
    return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}

- (void)setAssocationStr:(NSString *)assocationStr {
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(assocationStr), assocationStr, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

这里说下,associated object与实例变量的储存方式是不一样的。实例变量在储存在对象指针那块类结构中。而assocated object的储存方式是,每个类都有一个hash表,而每个此类的对象都在hash表中有一个值,而值本身也是一个hash表,此时就可以通过传入的不可变的key,查找到对应的value。

AOP 或者 method swizzling 的方法

一般以下情况,可能使用此类技术:

  • 项目进行到一半,决定对每个页面做统计,两种方案:1、我们不可能对所有VC的viewWillAppear进行修改,容易遗漏,2、自定义一个子类实现,所有VC继承此类,这时也需要做大量的代码修改。此时method swizzling是一个很好的方式
  • 网络请求函数swizzling,对所有请求加上特定的header

每个类中,都保存着类的方法表,形象上说就是一个 名字 与 实现 的查找表,如图


NSString类方法表.png

lowercaseString 的函数名字指向着自己的实现,我们也可以使用Runtime赋予我们的能力,将lowercaseString替换为我们自己的实现,如图:

交换后的方法表.png

这样当我们再调用 lowercaseString ,其实调用的是eoc_myLowercaseString这个实现

使用代码,swizzling viewDidLoad函数:

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Method viewDidLoad = class_getInstanceMethod([ViewController class], @selector(viewDidLoad));
        Method myViewDidLoad = class_getInstanceMethod([ViewController class], @selector(my_viewDidLoad));
        
        //添加成功代表子类没有实现
        //为什么需要判断呢?考虑这种情形VC继承至VCSuperClass,VC实现了swizzling且VC没有重载viewDidLoad
        //直接交换的话,会报错-[ViewControllerSuperclass my_viewDidLoad]: unrecognized selector sent to instance
        //相当于把父类的实现替换掉了,而父类并没有my_viewDidLoad
        BOOL success = class_addMethod([ViewController class], @selector(viewDidLoad), method_getImplementation(myViewDidLoad), method_getTypeEncoding(myViewDidLoad));
        if (success) {
            //此时把父类方法添加到子类中,把需要swizzling的函数指向父类实现
            class_replaceMethod([ViewController class], @selector(my_viewDidLoad), method_getImplementation(viewDidLoad), method_getTypeEncoding(viewDidLoad));
        } else {
            method_exchangeImplementations(viewDidLoad, myViewDidLoad);
        }
        
    });
}

消息转发流程

大多数做iOS开发都遇到过这种错误:unrecognized selector sent to,这是因为,对象在所属类没找到selector对应实现,也没在父类中找到实现,而且该类也没实现消息转发对应方法。

消息转发.png

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)name
可以使用该方法,给类添加(SEL)name对应的实现

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
将(SEL)aSelector转发给其他target

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
发出unrecognized selector sent to前最后一步,可以修改invocation的targer、参数,更或者直接修改sel。

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