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Runtime簡介

Sheep.png

runtime是什么（原理）

runtime是一套比較底層的純C語言API, 屬于1個C語言庫, 包含了很多底層的C語言API。
在我們平時編寫的OC代碼中, 程序運行過程時, 其實最終都是轉成了runtime的C語言代碼, runtime算是OC的幕后工作者

發送消息(消息機制)

// 方法調用的本質，就是讓對象發送消息，使用消息機制前提，必須導入#import <objc/message.h>
// 對象方法
Person *person = [[Person alloc] init];
[person eat];
 //就是讓實例對象發送消息 objc_msgSend(person, @selector(eat));

// 類方法
[Person run];
// 等價   [[Person class] run];
// 就是讓類對象發送消息 objc_msgSend([Person class], @selector(run));

可以新建一個類MyClass證明

#import "MyClass.h"
@implementation MyClass
-(instancetype)init{
    if (self = [super init]) {
        [self showUserName];
    }
    return self;
}
-(void)showUserName{
    NSLog(@"Dave Ping");
}

然后使用clang重寫命令

clang -rewrite-objc MyClass.m

得到MyClass.cpp文件

static instancetype _I_MyClass_init(MyClass * self, SEL _cmd) {
    if (self = ((MyClass *(*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("MyClass"))}, sel_registerName("init"))) {
        ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("showUserName"));
    }
    return self;
}

消息轉發

當[person eat];時如果ea方法不存在，會報經典錯誤 unrecognized selector sent to instance，此時用消息轉發解決
消息轉發機制三個步驟（方案）： 動態方法解析，備用接受者，完整轉發

方法在調用時，系統會查看這個對象能否接收這個消息（查看這個類有沒有這個方法，或有沒有實現這個方法。），如果不能且只在不能的情況下，就會調用下面這幾個方法，給你“補救”的機會，先理解為幾套防止程序crash的備選方案，我們就是利用這幾個方案進行消息轉發，注意一點，前一套方案實現后一套方法就不會執行。如果這幾套方案你都沒有做處理，那么程序就會報錯crash。

方案一：動態方法解析

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;

方案二：備用接收者

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;

方案三：完整轉發

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

詳解：

新建一個Person的類，定義兩個未實現的方法：

@interface Person : NSObject
- (void)eat;
+ (Person *)run;
@end

1.動態方法解析
對象在接收到未知的消息時，首先會調用所屬類的類方法+resolveInstanceMethod:(實例方法)或+resolveClassMethod:(類方法)。在這個方法中，我們有機會為該未知消息新增一個”處理方法”“。不過使用該方法的前提是我們已經實現了該”處理方法”，只需要在運行時通過class_addMethod函數動態添加到類里面就可以了。

void functionForMethod(id self, SEL _cmd) {
 NSLog(@"%@:%s", self, sel_getName(_cmd));
}

Class functionForClassMethod(id self, SEL _cmd) {
 NSLog(@"%@:%s", self, sel_getName(_cmd));
 return [Person class];
}

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {
NSLog(@"resolveClassMethod");
NSString *selString = NSStringFromSelector(sel);
if ([selString isEqualToString:@"run"]) {
Class metaClass = objc_getMetaClass("Person");
// 動態添加方法
class_addMethod(metaClass, @selector(run), (IMP)functionForClassMethod, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveClassMethod:sel];
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
NSLog(@"resolveInstanceMethod");
if (sel == @selector(eat)) {
class_addMethod(self, sel, (IMP)functionForMethod, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

2備用接受者
動態方法解析無法處理消息，則會走備用接受者。這個備用接受者只能是一個新的對象，不能是self本身，否則就會出現無限循環。如果我們沒有指定相應的對象來處理aSelector，則應該調用父類的實現來返回結果。

@interface Dog : NSObject
- (void)eat;
@end

@implementation Dog
- (void)eat {
 NSLog(@"%@, %p", self, _cmd);
}
@end

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)sel {
NSLog(@"forwardingTargetForSelector");
NSString *selectorString = NSStringFromSelector(aSelector);
// 將消息交給_helper來處理
if ([selectorString isEqualToString:@"eat"]) {
 return [[Dog alloc] init];
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

3 完整轉發

// 必須重寫這個方法，消息轉發機制的使用從這個方法中獲取的信息來創建NSInvocation對象
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    NSString *sel = NSStringFromSelector(aSelector);
    if ([sel isEqualToString:@"eat"]) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    SEL sel = [anInvocation selector];
    Dog *dog = [[Dog alloc] init];
    if ([dog respondsToSelector:sel]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:dog];
    }
}

KVC

KVC全稱是Key Value Coding （鍵值編碼），定義在NSKeyValueCoding.h文件中，是一個非正式協議。KVC提供了一種間接訪問其屬性方法或成員變量的機制，可以通過字符串來訪問對應的屬性方法或成員變量，KVO 就是基于 KVC 實現的關鍵技術之一。
在NSKeyValueCoding中提供了KVC通用的訪問方法，分別是getter方法valueForKey:和setter方法setValue:forKey:，以及其衍生的keyPath方法，這兩個方法各個類通用的。并且由KVC提供默認的實現，我們也可以自己重寫對應的方法來改變實現。

KVC最典型的兩個應用場景：
1，對私有變量進行賦值(setValue:forKey:)
2，字典轉模型(如 [self setValuesForKeysWithDictionary:dict];)
但要注意
1，字典轉模型時,字典中的某個key一定要在模型中有對應的屬性，否則重寫- setValue: forUndefinedKey:
2，如果一個模型中包含了另外的模型對象,是不能直接轉化成功的。
3，通過kvc轉化模型中的模型,也是不能直接轉化成功的。

安全性檢查

KVC存在一個問題在于，因為傳入的key或keyPath是一個字符串，這樣很容易寫錯或者屬性自身修改后字符串忘記修改，這樣會導致Crash。

可以利用iOS的反射機制來規避這個問題，通過@selector()獲取到方法的SEL，然后通過NSStringFromSelector()將SEL反射為字符串。這樣在@selector()中傳入方法名的過程中，編譯器會有合法性檢查，如果方法不存在或未實現會報黃色警告。

KVC原理剖析

KVO

KVO，即key-value-observing,利用一個key來找到某個屬性并監聽其值得改變。其實這也是一種典型的觀察者模式。

KVO的用法

1，添加觀察者
2，在觀察者中實現監聽方法，observeValueForKeyPath: ofObject: change: context:
3，移除觀察者

KVO原理（底層實現）

KVO是基于runtime機制實現的，當一個類的屬性被觀察的時候，系統會通過runtime動態的創建一個該類的派生類NSKVONotifying_class，并且會在這個派生類中重寫基類被觀察的屬性的setter方法，而且系統將這個類的isa指針指向了派生類，從而實現了給監聽的屬性賦值時調用的是派生類的setter方法。重寫的setter方法會在調用原setter方法前后，通知觀察對象值得改變。
鍵值觀察通知依賴于NSObject 的兩個方法: willChangeValueForKey: 和 didChangevlueForKey:；在一個被觀察屬性發生改變之前， willChangeValueForKey:一定會被調用，這就 會記錄舊的值。而當改變發生后，didChangeValueForKey:會被調用，繼而 observeValueForKey:ofObject:change:context: 也會被調用

KVC和KVO

方法交換（Method Swizzling 黑魔法）

方法交換實現的需求場景：自己創建了一個功能性的方法，在項目中多次被引用，當項目的需求發生改變時，要使用另一種功能代替這個功能，要求是不改變舊的項目(也就是不改變原來方法的實現)。

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    // 需求：給imageNamed方法提供功能，每次加載圖片就判斷下圖片是否加載成功。
    // 步驟一：先搞個分類，定義一個能加載圖片并且能打印的方法+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name;
    // 步驟二：交換imageNamed和imageWithName的實現，就能調用imageWithName，間接調用imageWithName的實現。
    UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"123"];
}

@end

@implementation UIImage (Image)
// 加載分類到內存的時候調用
+ (void)load
{
    // 交換方法

    // 獲取imageWithName方法地址
    Method imageWithName = class_getClassMethod(self, @selector(imageWithName:));

    // 獲取imageWithName方法地址
    Method imageName = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));

    // 交換方法地址，相當于交換實現方式
    method_exchangeImplementations(imageWithName, imageName);
    // 實例方法 Method originalMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(size));
}

// 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.

// 既能加載圖片又能打印
+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name
{
    // 這里調用imageWithName，相當于調用imageName
    UIImage *image = [self imageWithName:name];

    if (image == nil) {
        NSLog(@"加載空的圖片");
    }

    return image;
}
@end

交換方法的實現原理：

這還是要從方法調用的流程說起，
1，首先會獲取當前對象的isa指針，然后去isa指向的類中查找，
2，根據傳入的SEL找到對應方法名（函數入口）
3，然后去方法區直接調用函數實現

最優實現，防止子類中交換出現unrecognized selector sent to instance 0x...
.

Method originalMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(setImage:));
    Method swizzleMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(setMaskImage:));
    BOOL didAddMethod = class_addMethod([self class], @selector(setImage:), method_getImplementation(swizzleMethod), method_getTypeEncoding(swizzleMethod));
    if (didAddMethod) {
        class_replaceMethod([self class], @selector(setMaskImage:), method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod));
    }else{
        method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzleMethod);
    }

方法關聯

1 給分類添加屬性

// 定義關聯的key
static const char *key = "name";

@implementation NSObject (Property)

- (NSString *)name
{
    // 根據關聯的key，獲取關聯的值。
    return objc_getAssociatedObject(self, key);
}

- (void)setName:(NSString *)name
{
    // 第一個參數：給哪個對象添加關聯
    // 第二個參數：關聯的key，通過這個key獲取
    // 第三個參數：關聯的value
    // 第四個參數:關聯的策略
    objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

為category添加屬性2

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface NSObject (CategoryWithProperty)
@property (nonatomic, strong) NSObject *property;
@end

@implementation NSObject (CategoryWithProperty)
- (NSObject *)property { 
return objc_getAssociatedObject(self, @selector(property));
}
- (void)setProperty:(NSObject *)value { 
objc_setAssociatedObject(self, @selector(property), value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
@end

2 給對象添加關聯對象

// block
typedef void (^testBlock)(void);
if (resultBlock) objc_setAssociatedObject(self, "testBlockKey", resultBlock, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
testBlock resultBlock = objc_getAssociatedObject(self, "testBlockKey");

// BOOL ,int,枚舉值等
objc_setAssociatedObject(self, "locationTypeKey", @(type), OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
DDYCLLocationType type = (DDYCLLocationType)[objc_getAssociatedObject(self, "locationTypeKey") integerValue];

static char const * const ObjectTagKey = "ObjectTag";
@implementation ClassName (CategoryName)
- (void) setBoolProperty:(BOOL) property {
    NSNumber *number = [NSNumber numberWithBool: property];
    objc_setAssociatedObject(self, ObjectTagKey, number , OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
}

- (BOOL) boolProperty {
    NSNumber *number = objc_getAssociatedObject(self, ObjectTagKey);
    return [number boolValue]; 
}
@end

// 用全局key
static void *testNumKey = &testNumKey;
 objc_setAssociatedObject(self, testNumKey, @(testNum), OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC); 
NSNumber *tempNum = objc_getAssociatedObject(self, testNumKey); 
NSInteger num = tempNum ? tempNum integerValue] : 0;

static const char alertKey;
typedef void (^successBlock)(NSInteger buttonIndex);
objc_setAssociatedObject(self, &alertKey, block, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
successBlock block = objc_getAssociatedObject(self, &alertKey);

比如 ：我們想把更多的參數傳給alertView代理

- (void)shopCartCell:(FFShopCartCell *)shopCartCell didDeleteClickedAtRecId:(NSString *)recId
{
    UIAlertView *alert = [[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"" message:@"確認刪除" delegate:self cancelButtonTitle:@"取消" otherButtonTitles:@"確定", nil];
    
    // 傳遞多參數
    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];
}

- (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];
    }
}

再比如讓UIButton SEL點擊轉block回調
.h

#import <UIKit/UIKit.h>

typedef void (^btnBlock)();

@interface UIButton (Block)

- (void)handelWithBlock:(btnBlock)block;

.m

#import "UIButton+Block.h"
#import <objc/runtime.h>

static const char btnKey;

@implementation UIButton (Block)

- (void)handelWithBlock:(btnBlock)block
{
    if (block)
    {
        objc_setAssociatedObject(self, &btnKey, block, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
    }

    [self addTarget:self action:@selector(btnAction) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
}

- (void)btnAction
{
    btnBlock block = objc_getAssociatedObject(self, &btnKey);
    block();
}

@end

獲取實例變量、屬性、對象方法、類方法等

#pragma mark 獲取一個類的屬性列表
- (void)getPropertiesOfClass:(NSString *)classString {
    Class class = NSClassFromString(classString);
    unsigned int count = 0;
    objc_property_t *propertys = class_copyPropertyList(class, &count);
    for(int i = 0;i < count;i ++)
    {
        objc_property_t property = propertys[i];
        NSString *propertyName = [NSString stringWithCString:property_getName(property) encoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSLog(@"uialertion.property = %@",propertyName);
    }
}
#pragma mark 獲取一個類的成員變量列表
- (void)getIvarListOfClass:(NSString *)classString {
    Class class = NSClassFromString(classString);
    unsigned int count = 0;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList(class, &count);
    for(int i =0;i < count;i ++)
    {
        Ivar ivar = ivars[i];
        NSString *ivarName = [NSString stringWithCString:ivar_getName(ivar) encoding:NSUTF8StringEncoding];
        const char *type = ivar_getTypeEncoding(ivar);
        NSLog(@"uialertion.ivarName = %@   type = %s",ivarName,type);
    }
}

#pragma mark 獲取一個類的所有方法
- (void)getMethodsOfClass:(NSString *)classString {
    Class class = NSClassFromString(classString);
    unsigned int count = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(class, &count);
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        SEL sel = method_getName(methods[i]);
        NSLog(@"Methods = %@",NSStringFromSelector(sel));
    }
    
    free(methods);
}

#pragma mark 獲取一個類的所有類方法
- (void)getClassMethodsOfClass:(NSString *)classString {
    Class class = NSClassFromString(classString);
    // Class class  = [NSString class];
    unsigned int count = 0;
    Method *classMethods = class_copyMethodList(objc_getMetaClass(class_getName(class)), &count);
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        SEL sel = method_getName(classMethods[i]);
        NSLog(@"Class Methods = %@",NSStringFromSelector(sel));
    }
}

#pragma mark 獲取協議列表
- (void)getProtocolsOfClass:(NSString *)classString {
    Class class = NSClassFromString(classString);
    unsigned int count;
    __unsafe_unretained Protocol **protocols = class_copyProtocolList(class, &count);
    for (unsigned int i = 0; i < count; i++) {
        const char *name = protocol_getName(protocols[i]);
        printf("Protocols = %s\n",name);
    }
}

SEL、Method、IMP的含義及區別

在運行時，類（Class）維護了一個消息分發列表來解決消息的正確發送。每一個消息列表的入口是一個方法（Method），這個方法映射了一對鍵值對，其中鍵是這個方法的名字（SEL），值是指向這個方法實現的函數指針 implementation（IMP）。

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