Runtime 4 isa swizzling

Objective-C Runtime（一）

• 簡介
• 對象、類的結構
• • objc_object
• • objc_class
• 消息傳遞（Messaging）
• • objc_method
• • objc_msgSend

Objective-C Runtime（二）

• 動態方法解析和轉發
• • 動態方法解析
• • 快速消息轉發
• • 標準消息轉發
• • 消息轉發與多繼承
• • 消息轉發與代理對象

Objective-C Runtime（三）

• Method Swizzling
• • class_replaceMethod
• • method_setImplementation
• • method_exchangeImplementations
• • Method Swizzling 的應用
• • Method Swizzling 注意事項

Objective-C Runtime（四）

• isa swizzling
• • 介紹
• • 應用之KVO
• • 注意

持續更新中...

介紹

對比上一篇 Runtime 3 Method Swizzling， isa swizzling 顧名思義就是把對象的 isa 指針進行替換。

根據第一篇 Runtime 1 簡介,對象、類的結構,消息傳遞，我們知道對象都有 isa 指針指向它的類，消息傳遞時也通過isa指針找到類中所對應的方法。更改對象的 isa 指針，不僅改變了它所屬于的類型，也更改了它的行為（方法）。

舉個例子：

@interface Father: NSObject
@property (nonatomic, assign) NSInteger f;
@end
@implementation Father
@end

@interface Child: Father
@property (nonatomic, assign) NSInteger c;
@end
@implementation Child
@end

然后執行：

//1
Child *child = [[Child alloc] init];
Class class = object_getClass(child); //Child
//2
NSLog(@"%ld, %ld", child.c, child.f);  //0, 0
//3
object_setClass(child, [NSObject class]);
class = object_getClass(child); //NSObject
//4
NSLog(@"%ld, %ld", child.c, child.f);  //error: -[NSObject c]: unrecognized selector sent to instance 0x60400002aaa0

上面的代碼就是將 child 對象進行 isa swizzling，具體步驟分析如下：

1. 上面代碼創建了實例 child，它的 isa 指向 Child 類。
2. child.c 和 child.f 是通過消息傳遞找到方法實現的，通過 child 的 isa 指針找到它的 Child 類，然后在 Child 類中的 method list 找 c。f 方法的查找同理，只是多了一步在 Child 類中找不到，則往它的 superclass 中找。
3. object_setClass(child, [NSObject class]) 方法將 child 對象的 isa 指向 NSObject。
4. 這時再進行消息傳遞時，查找的是 child 對象的 isa 指向的 NSObject 類，由于 NSObject 類沒有對應的 c 和 f 方法，最終找不到方法程序崩潰。

應用之KVO

KVO在調用存取方法之前總是調用 willChangeValueForKey: ，之后總是調用 didChangeValueForkey: 。怎么做到的呢?答案是通過 isa 混寫（isa-swizzling）。

Apple 的文檔對 KVO 實現的描述：

Automatic key-value observing is implemented using a technique called isa-swizzling.

...

When an observer is registered for an attribute of an object the isa pointer of the observed object is modified, pointing to an intermediate class rather than at the true class.

...

從Apple 的文檔可以看出：Apple 并不希望過多暴露 KVO 的實現細節。不過，要是借助 runtime 提供的方法去深入挖掘，所有被掩蓋的細節都會原形畢露：

當你觀察一個對象時，一個新的類會被動態創建。這個類繼承自該對象的原本的類，并重寫了被觀察屬性的 setter 方法。重寫的 setter 方法會負責在調用原 setter 方法之前和之后，通知所有觀察對象：值的更改。最后通過 isa 混寫（isa-swizzling） 把這個對象的 isa 指針 ( isa 指針告訴 Runtime 系統這個對象的類是什么 ) 指向這個新創建的子類，對象就神奇的變成了新創建的子類的實例。我畫了一張示意圖，如下所示：

isa_swizzling_kvo.png

然而 KVO 在實現中使用了 isa-swizzling 的確不是很容易發現：Apple 還重寫了-class方法并返回原來的類。企圖欺騙我們：這個類沒有變，就是原本那個類。。。如下：

Father *father = [[Father alloc] init];
[father addObserver:self forKeyPath:@"f" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
NSLog(@"%@", object_getClass(father)); //NSKVONotifying_Father
NSLog(@"%@", father.class); //Father

假設“被監聽的對象”的類對象是 MYClass ，有時候我們能看到對 NSKVONotifying_MYClass 的引用而不是對 MYClass 的引用。借此我們得以知道 Apple 使用了 isa 混寫（isa-swizzling）。具體探究過程可參考 這篇博文 。

由下面執行過程可知，通過KVO生成的中間類繼承原來的類：

Class kvoClass = object_getClass(father);
Class kvoSuperClass = class_getSuperclass(kvoClass);
NSLog(@"%@", kvoSuperClass); //Father

注意

isa-swizzling 改變了對象說屬類型，因此更改范圍比 method-swizzling 范圍更廣，使用時要更加注意。

runtime 極其尖銳，選擇使用 runtime 時要清楚每一步的真正原理。