Runtime簡介

Runtime 概念

runtime（簡稱運行時），是一套純C(C和匯編寫的) 的API。而 OC 就是運行時機制（消息機制）。
在編譯階段，OC 調用并未實現的函數，只要聲明過就不會報錯，只有當運行的時候才會報錯，這是因為OC是運行時動態調用的。而C語言，函數的調用在編譯的時候會決定調用哪個函數，調用未實現的函數就會報錯

runtime 消息機制

OC方法調用本質：就是用 runtime發送一個消息，每一個 OC 的方法底層必然有一個與之對應的 runtime 方法.
消息機制原理：對象根據方法編號SEL去映射表查找對應的方法實現。

  1. 例子：
創建一個macos工程,就在main.m里寫下面簡單的代碼
Dog *dog = [[Dog alloc] init];
[dog run];
1. 導入 #import <objc/message.h>，因為這個里面包含下面兩個
#include <objc/objc.h>
#include <objc/runtime.h>
2.去到 build setting -> 搜索msg ->將Enable Strict Checking of objc_msgSend Calls 改為no 
否則使用 objc_msgSend 編譯出錯，因為xcode默認不建議使用
3.去到main.m所在的目錄，在終端用下面命令編譯一下
clang -rewrite-objc main.m
就會生成一個main.cpp文件
4.打開該文件看最下面main方法，可以看到編譯后的代碼就是runtime
  1. 使用：
    objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
    參數：oc對象，方法編號，其他參數...
Dog *dog = [[Dog alloc] init];
[dog run];
可以寫成下面的
//Class 類類型  就是一個特殊的對象
Dog *dog = objc_msgSend([Dog class], @selector(alloc));
dog = objc_msgSend(dog, @selector(init));
objc_msgSend(dog, @selector(run));
//
// 底層的實際寫法
Dog *dog = objc_msgSend(objc_getClass("Dog"),sel_registerName("alloc"));
dog = objc_msgSend(dog, sel_registerName("init"));
objc_msgSend(dog, @selector(run));
  1. 消息機制方法調用流程
    對象方法：(保存到類對象的方法列表) ，類方法：(保存到元類(Meta Class)中方法列表)。
    OC 在向一個對象發送消息時，runtime 庫會根據對象的 isa指針找到該對象對應的類或其父類中根據方法編號(SEL)去查找對應方法,找到只是最終函數實現地址(IMP)，根據地址去方法區調用對應函數。
    補充：每一個對象內部都有一個isa指針，這個指針是指向它的真實類型，根據這個指針就能知道將來調用哪個類的方法。
runtime 使用場景
  1. 動態交換兩個方法的實現（method swizzling）HOOK思想
    需求：給系統的imageNamed添加額外功能（是否加載圖片成功）
    方案一：繼承系統的類，重寫方法.（弊端：每次使用都需要導入）
    方案二：搞個分類，定義一個能加載圖片并且能打印的方法（弊端：不能在分類中重寫系統方法imageNamed，因為會把系統的功能給覆蓋掉，而且分類中不能調用super，所以要 自己實現一個帶有擴展功能的方法.但這樣就得改調用的方法，改動大）
    runtime方式實現步驟：
    1.給UIImageView添加分類
    2.自定義并實現帶有擴展功能的方法
    3.交換方法
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"123"];
}

#import <objc/message.h>
@implementation UIImage (Image)
+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
    // 獲取方法地址
    Method imageNamedMethod = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));
    Method ln_imageNamedMethod = class_getClassMethod(self, @selector(ln_imageNamed:));
    // 交換方法地址
    if (!class_addMethod([self class], @selector(ln_imageNamed:), method_getImplementation(ln_imageNamedMethod), method_getTypeEncoding(ln_imageNamedMethod))) {
        method_exchangeImplementations(imageNamedMethod, ln_imageNamedMethod);
    }
    });
}
// 自己定義的方法
+ (UIImage *)ln_imageNamed:(NSString *)name {
    UIImage *image = [UIImage ln_imageNamed:name];
    if (image) {
        NSLog(@"load image success");
    } else {
        NSLog(@"load image failed");
    }
    return image;
}
@end

上面代碼執行過程,會先執行load方法，這個時候imageNamed:和ln_imageNamed:就交換了，走到viewDidLoad的 [UIImage imageNamed:@"123"] 時，實際上執行的是ln_imageNamed:，ln_imageNamed:里面又調用ln_imageNamed:,實際上調用的是imageNamed:，這樣就根據imageNamed:的返回值來判斷。

屏幕快照 2017-08-10 上午12.43.14.png

說明以及注意事項：

  • 方法交換為什么寫在load方法
    load 把類加載進內存的時候調用,只會調用一次
  • 為了避免Swizzling的代碼被重復執行(調用[super load])，利用dispatch_once函數內代碼只會執行一次的特性。
  • class_getClassMethod（獲取某個類的方法）
    class_getInstanceMethod （獲取某個對象的方法）
  • IMP本質上就是函數指針，所以我們可以通過打印函數地址的方式，查看SEL和IMP的交換流程
Method imageNamedMethod = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));
Method ln_imageNamedMethod = class_getClassMethod(self, @selector(ln_imageNamed:));
NSLog(@"%p", method_getImplementation(imageNamedMethod));
NSLog(@"%p", method_getImplementation(ln_imageNamedMethod));
method_exchangeImplementations(imageNamedMethod, ln_imageNamedMethod);
  • 使用class_addMethod()函數對Method Swizzling做了一層驗證，如果self沒有實現被交換的方法，會導致失敗。而且self沒有交換的方法實現，但是父類有這個方法(或者自己有這個方法)，這樣就會調用父類的方法，結果就不是我們想要的結果了。所以我們在這里通過class_addMethod()的驗證，如果self實現了這個方法，class_addMethod()函數將會返回NO，我們就可以對其進行交換了
  1. runtime結合kvc實現NSCoding的自動歸檔和解檔
    如果一個模型有許多個屬性，那么我們需要對每個屬性都實現一遍encodeObject 和 decodeObjectForKey方法，如果這樣的模型又有很多個，就非常麻煩。
  • 原來的做法
遵守協議NSCoding
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder{
    [aCoder encodeObject:_Name forKey:@"name"];
}
- (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder{
    if (self = [super init]) {
        self.movieName = [aDecoder decodeObjectForKey:@"name"];
    }
    return self;
}
  • 新做法(主要代碼)
//解檔
- (void)decode:(NSCoder *)aDecoder {
    // 一層層父類往上查找，對父類的屬性執行歸解檔方法
    Class c = self.class;
    while (c &&c != [NSObject class]) {
        
        unsigned int outCount = 0;
        Ivar *ivars = class_copyIvarList(c, &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i++) {
            Ivar ivar = ivars[i];
            NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
            
            // 如果有實現該方法再去調用
            if ([self respondsToSelector:@selector(ignoredNames)]) {
                if ([[self ignoredNames] containsObject:key]) continue;
            }
            
            id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
            [self setValue:value forKey:key];
        }
        free(ivars);
        c = [c superclass];
    }
    
}
// 歸檔
- (void)encode:(NSCoder *)aCoder {
    // 一層層父類往上查找，對父類的屬性執行歸解檔方法
    Class c = self.class;
    while (c &&c != [NSObject class]) {
        
        unsigned int outCount = 0;
        Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i++) {
            Ivar ivar = ivars[i];
            // 獲取成員變量的名字
            const char *name = ivar_getName(ivar);
            //// C字符串 -> OC字符串
            NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
            
            // 如果有實現該方法再去調用
            if ([self respondsToSelector:@selector(ignoredNames)]) {
                if ([[self ignoredNames] containsObject:key]) continue;
            }
            
            id value = [self valueForKeyPath:key];
            [aCoder encodeObject:value forKey:key];
        }
        free(ivars);
        c = [c superclass];
    }
}
  1. 動態添加方法
    如果一個類方法非常多，因為需要給每個方法生成映射表，實際上只要一個類實現了某個方法，就會被加載進內存，加載類到內存的時候就比較耗費資源。當硬件內存過小的時候，如果我們將每個方法都直接加到內存當中去，但是很久都不用一次，這樣就造成了浪費，那如果我想像懶加載一樣，先把方法定義好，但是只有當你用的時候我再加載你，這就需要動態添加了。
    當performSelector方法調用某個sel的時候，這時候會到調用對象的+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel方法中，如果這里返回是NO，就表示找不到。
  • 看下面的例子
// 動態添加方法就不會報錯
    Person * p = [[Person alloc] init];
    [p performSelector:@selector(eat:) withObject:@"吃過了"];

//下面代碼在Person.m里
#import <objc/runtime.h>
void addEat(id self, SEL _cmd, NSString *str) {
    NSLog(@"%@", str);
}
// 任何方法默認都有兩個隱式參數,self,_cmd（當前方法的方法編號）
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    // [NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"run"];
    if (sel == NSSelectorFromString(@"eat:")) {
        BOOL isSuccess = class_addMethod(self, sel, (IMP)addEat, "v@:@");
        return isSuccess;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
  • class_addMethod參數解釋(可以command+shift+0查看官方文檔)
    class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp,const char *types)
  1. class: 給哪個類添加方法
  2. SEL: 添加方法的方法編號
  3. IMP: 方法實現 （添加方法的函數實現（函數地址））
  4. type: 方法類型，(返回值+參數類型)
    (1) v 返回值類型是void
    (2)@ 對象->self
    (3): 表示SEL->_cmd
    (4)@ 第四個參數
  • resolveInstanceMethod的作用
    當調用了沒有實現的方法沒有實現就會調用，然后就可以根據他的參數sel（參數sel就是沒有實現的方法）來做一系列的操作。

4.給分類添加屬性
在分類中，所寫的@property (nonatomic, strong) NSString *name;都僅僅是生成了get和set方法，并沒有生成對應的_name屬性，但是有時候我們會有一種需求，想要讓分類中保存一下新的屬性值，因為set和get方法只能是對已經有的東西做操作，比如說最常用的UIView的分類我們對frame中的x，y，width，height做操作。

//給Person添加一個分類addProperty
//在Person+addProperty.h中
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
//在Person+addProperty.m中
#import <objc/message.h>
@implementation Person (addProperty)
- (void)setName:(NSString *)name{
    objc_setAssociatedObject(self, @"name", name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (NSString *)name{
    return objc_getAssociatedObject(self, @"name"); 
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //給分類動態添加屬性
    Person * p1 = [[Person alloc] init];
    p1.name = @"這是給分類添加的屬性";
    NSLog(@"%@",p1.name);
}

解釋：
objc_setAssociatedObject方法

/**
     *  根據某個對象，還有key，還有對應的策略(copy,strong等) 動態的將值設置到這個對象的key上
     *  @param object 某個對象
     *  @param key    屬性名,根據key去獲取關聯的對象
     *  @param value  要設置的值
     *  @param policy 策略(copy,strong，assign等)
     */
    OBJC_EXPORT void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_1);

objc_getAssociatedObject方法

/**
     *  根據某個對象，還有key 動態的獲取到這個對象的key對應的屬性的值
     *  @param object 某個對象
     *  @param key    key
     *  @return 對象的值
     */
    OBJC_EXPORT id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key)
    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_1);

4.實現字典轉模型的自動轉換
字典轉模型KVC實現會有很多弊端，利用運行時，遍歷模型中所有屬性，根據模型的屬性名，去字典中查找key，取出對應的值，給模型的屬性賦值。
1.當字典的key和模型的屬性匹配不上。
2.模型中嵌套模型（模型屬性是另外一個模型對象）。
3.數組中裝著模型（模型的屬性是一個數組，數組中是一個個模型對象）。
注解：根據上面的三種特殊情況，先是字典的key和模型的屬性不對應的情況。不對應有兩種，一種是字典的鍵值大于模型屬性數量，這時候我們不需要任何處理，因為runtime是先遍歷模型所有屬性，再去字典中根據屬性名找對應值進行賦值，多余的鍵值對也當然不會去看了；另外一種是模型屬性數量大于字典的鍵值對，這時候由于屬性沒有對應值會被賦值為nil，就會導致crash，我們只需加一個判斷即可。考慮三種情況下面一一注解；

步驟：提供一個NSObject分類，專門字典轉模型，以后所有模型都可以通過這個分類實現字典轉模型。
MJExtension 字典轉模型實現，底層也是對 runtime 的封裝。

注：本文參考 http://www.lxweimin.com/p/19f280afcb24
更全面的例子參考 https://github.com/lizelu/ObjCRuntimeDemo

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