在看一些牛逼閃閃的開源框架時發(fā)現(xiàn)都使用了Runtime黑魔法，那么究竟什么是Runtime呢？我們都知道Objective-C是一門動態(tài)語言，Objective-C最大的特色是承自Smalltalk的消息傳遞模型（message passing），這種機(jī)制和當(dāng)今C++式的主流風(fēng)格差異甚大，C++里類別與方法的關(guān)系嚴(yán)格清楚，而在Objective-C中，類別與消息的關(guān)系比較松散，調(diào)用方法視為對對象發(fā)送消息，所有方法都被視為對消息的回應(yīng)。所有消息處理直到運(yùn)行時（runtime）才會動態(tài)決定，并交由類別自行決定如何處理收到的消息。簡單地說，Runtime系統(tǒng)是一個包含由一系列函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成公共接口的動態(tài)共享庫,在頭文件位于/usr/include/objc.的目錄。當(dāng)你編寫objective - C代碼的時候,這些函數(shù)允許您使用純C代碼去復(fù)制,并在編譯時執(zhí)行這些函數(shù)。
Objective-C程序與runtime system的交互體現(xiàn)在三個不同的層次：
1.通過Objective-C源代碼；
2.通過Foundation framework的NSObject類定義的方法；
3.通過直接調(diào)用runtime函數(shù)。
一：Runtime最主要的就是消息機(jī)制。我們從The objc_msgSend Function——消息發(fā)送開始說起。
[receiver message]
在objective - c中,直到運(yùn)行時消息才會和對應(yīng)實(shí)現(xiàn)的方法綁定。消息調(diào)用時的轉(zhuǎn)換是在編譯期間進(jìn)行的。上面的代碼實(shí)際上會被編譯器轉(zhuǎn)化為:
objc_msgSend(receiver, selector)
objc_msgSend是一個消息發(fā)送傳遞的函數(shù),。這個函數(shù)需要消息接收者和消息方法名(這個方法名選擇器) 作為它的兩個主要參數(shù)。
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)
消息傳入的任何參數(shù)也會交給objc_msgSend。
在 objc/message.h文件中可以看到objc_msgSend 函數(shù)的定義：
OBJC_EXPORT id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
SEL
objc_msgSend函數(shù)第二個參數(shù)類型為SEL，它是selector在OC中的表示類型。selector是方法選擇器，可以理解為區(qū)分方法的ID，而這個 ID的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是SEL:它被定義在objc/objc.h目錄下：
/// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;
id
objc_msgSend函數(shù)第一個參數(shù)類型為id，與SEL 一樣，id也被定義在 objc/objc.h 目錄下：
/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
id 是一個結(jié)構(gòu)體指針類型，它可以指向 Objective-C中的任何對象。objc_object結(jié)構(gòu)體定義如下：
/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
objc_object結(jié)構(gòu)體包含一個isa指針，根據(jù)isa指針就可以順藤摸瓜找到對象所屬的類。
Class
之所以說isa是指針是因為Class其實(shí)是一個指向objc_class結(jié)構(gòu)體的指針：
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;
那么objc_class的廬山真面目又是什么呢？進(jìn)入objc/runtime.h我們便可一窺究竟：
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
這就是我們常說的類：
·Class也有一個 isa 指針，指向其所屬的元類（meta）.
·super_class：指向其超類.
·name：是類名.
·version：是類的版本信息.
·info：類的詳情.
·instance_size：是該類的實(shí)例對象的大小.
·ivars：指向該類的成員變量列表.
·methodLists：指向該類的實(shí)例方法列表，它將方法選擇器和方法實(shí)現(xiàn)地址聯(lián)系起來。methodLists是指向 ·objc_method_list指針的指針，也就是說可以動態(tài)修改*methodLists的值來添加成員方法，這也是Category實(shí)現(xiàn)的原理，同樣解釋了Category不能添加屬性的原因.
·cache：Runtime系統(tǒng)會把被調(diào)用的方法存到cache中（理論上講一個方法如果被調(diào)用，那么它有可能今后還會被調(diào)用），下次查找的時候效率更高.
·protocols：指向該類的協(xié)議列表.
總結(jié)一下：
首先，Runtime 系統(tǒng)會把方法調(diào)用轉(zhuǎn)化為消息發(fā)送，即 objc_msgSend，并且把方法的調(diào)用者，和方法選擇器，當(dāng)做參數(shù)傳遞過去.此時，方法的調(diào)用者會通過isa 指針來找到其所屬的類，然后在cache 或者methodLists 中查找該方法，找得到就跳到對應(yīng)的方法去執(zhí)行.
如果在類中沒有找到該方法，則通過super_class往上一級超類查找（如果一直找到NSObject都沒有找到該方法的話，就會調(diào)用下面這幾個方法，給你“補(bǔ)救”的機(jī)會，你可以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(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)，注意一點(diǎn)，前一套方案實(shí)現(xiàn)后一套方法就不會執(zhí)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：
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
方案二：
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
方案三：
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;
示意圖:
前面我們說 methodLists指向該類的實(shí)例方法列表，實(shí)例方法即-方法，那么類方法（+方法）存儲在哪兒呢？類方法被存儲在元類中，Class通過 isa 指針即可找到其所屬的元類。
上圖實(shí)線是 super_class 指針，虛線是 isa 指針。根元類的超類是NSObject，而 isa 指向了自己。NSObject 的超類為 nil，也就是它沒有超類。
介紹完理論，下面讓我們開始真正在開發(fā)中使用objc_msgSend吧！
1.創(chuàng)建Fish類并添加方法：
@interface Fish : NSObject
//游泳
+ (void)swim;
- (void)swim;
//吐泡泡
- (void)bloweBubbles:(int)num;
@end
2.使用objc_msgSend：
//類對象發(fā)送消息
- (void)testClassObject{
//獲取類對象
Class fClass = [Fish class];
//運(yùn)行時
objc_msgSend(fClass, @selector(bloweBubbles:),100);
}
//對象發(fā)送消息
- (void)testObject{
Fish * fish = [[Fish alloc]init];
// 運(yùn)行時，發(fā)送消息
objc_msgSend(fish, @selector(swim));
// 帶參數(shù)
objc_msgSend(fish, @selector(bloweBubbles:),10);
}
二：Method Swizzling
Method Swizzing是發(fā)生在運(yùn)行時的，主要用于在運(yùn)行時將兩個方法進(jìn)行交換。當(dāng)我們在開發(fā)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)自帶的方法功能不夠，需要給系統(tǒng)自帶的方法擴(kuò)展一些功能，并且保持原有的功能時，Method Swizzing便派上用場了。
用法示例：比如我們想給UIImage的imageNamed:方法增加圖片加載是否成功的提示。
1.創(chuàng)建UIImage的分類并聲明作為交換的方法：
#import <UIKit/UIKit.h>
@interface UIImage (JF)
+ (__kindof UIImage *)imageWithName:(NSString *)name;
@end
2.實(shí)現(xiàn)Method Swizzing
#import "UIImage+JF.h"
#import <objc/message.h>
@implementation UIImage (JF)
+ (void)load
{
// 交換方法
// 獲取imageWithName方法
Method imageWithName = class_getClassMethod(self, @selector(imageWithName:));
// 獲取imageNamed方法
Method imageNamed = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));
// 交換方法，相當(dāng)于交換函數(shù)地址
method_exchangeImplementations(imageWithName, imageNamed);
}
// 既能加載圖片又能提示是否加載成功
+ (__kindof UIImage *)imageWithName:(NSString *)name
{
// 這里調(diào)用imageWithName，相當(dāng)于調(diào)用imageName
UIImage * image = [self imageWithName:name];
//用打印模擬提示功能
if (image == nil) {
NSLog(@"圖片加載失敗");
}
return image;
}
三：動態(tài)方法處理
有時候,我們可能需要提供一個動態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法，具體如下：
創(chuàng)建Fish類,動態(tài)添加drink:方法
#import "Fish.h"
@implementation Fish
//定義函數(shù)
//沒有返回值，參數(shù)（id,SEL,id）
//void(id,SEL,id)
void drink(id self,SEL _cmd,id param1)
{
NSLog(@"魚兒%@,%@,%@口水",self,NSStringFromSelector(_cmd),param1);
}
//動態(tài)添加方法首先實(shí)現(xiàn)resolveInstanceMethod
/*
resolveInstanceMethod調(diào)用：當(dāng)調(diào)用了沒有實(shí)現(xiàn)的方法，就會調(diào)用該方法resolveInstanceMethod
resolveInstanceMethod的作用：知道哪些方法沒有實(shí)現(xiàn)，從而動態(tài)添加方法
sel:沒有實(shí)現(xiàn)的方法的編碼
*/
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
//動態(tài)添加drink方法
if( sel == @selector(drink:))
{
/*
cls:給哪個類添加方法
SEl:添加方法的方法編號
IMP:方法實(shí)現(xiàn)，函數(shù)入口，函數(shù)名
types:方法類型
*/
class_addMethod(self, sel, (IMP)drink, "v@:@");
}
return YES;
}
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
Fish * f = [[Fish alloc]init];
[f performSelector:@selector(drink:) withObject:@10];
}
** 四：動態(tài)添加屬性 **
在一般情況下，我們知道在分類中是無法添加屬性的，因為@property在分類中，只會生成get,set方法的聲明，不會生成下劃線成員屬性，和get,set方法的實(shí)現(xiàn)。但是，通過Runtime我們可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)地添加屬性。
1.創(chuàng)建NSObject分類
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface NSObject (JF)
@property(nonatomic,strong)NSString * name;
@end
#import "NSObject+JF.h"
#import <objc/message.h>
// 定義關(guān)聯(lián)的key
static const char *key = "name";
@implementation NSObject (JF)
- (void)setName:(NSString *)name{
// 第一個參數(shù)：給哪個對象添加關(guān)聯(lián)
// 第二個參數(shù)：關(guān)聯(lián)的key，通過這個key獲取
// 第三個參數(shù)：關(guān)聯(lián)的value
// 第四個參數(shù):關(guān)聯(lián)的策略
objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (NSString *)name{
// 根據(jù)關(guān)聯(lián)的key，獲取關(guān)聯(lián)的值。
return objc_getAssociatedObject(self, key);
}
** 五：Runtime字典轉(zhuǎn)模型 **
1.遍歷模型中所有屬性
2.給模型中的每個屬性賦值
#import "NSObject+JFExtension.h"
#import <objc/message.h>
@implementation NSObject (JFExtension)
+ (instancetype)modelWithDic:(NSDictionary *)dic{
// 思路：遍歷模型中所有屬性-》使用運(yùn)行時
// 0.創(chuàng)建對應(yīng)的對象
id objc = [[self alloc]init];
// 1.利用runtime給對象中的成員屬性賦值
unsigned int count;
// 獲取類中的所有成員屬性
Ivar * ivarList = class_copyIvarList(self, &count);
for (int i = 0; i < count; i++) {
// 根據(jù)角標(biāo)，從數(shù)組取出對應(yīng)的成員屬性
Ivar ivar = ivarList[i];
// 獲取成員屬性名
NSString * propertyName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
// 處理成員屬性名->字典中的key
// 從第一個角標(biāo)開始截取
NSString * key = [propertyName substringFromIndex:1];
// 根據(jù)成員屬性名去字典中查找對應(yīng)的value
id value = dic[key];
// 獲取成員屬性類型
NSString * propertyType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
// 二級轉(zhuǎn)換:如果字典中還有字典，也需要把對應(yīng)的字典轉(zhuǎn)換成模型
// 判斷下value是否是字典
if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]]) {
// 字典轉(zhuǎn)模型
// 1.獲取模型的類對象，調(diào)用modelWithDict
// 2.模型的類名已知，就是成員屬性的類型
// 獲取成員屬性類型
// 生成的是這種@"@\"User\"" 類型 -》 @"User" 在OC字符串中 \" -> "，\是轉(zhuǎn)義的意思，不占用字符
// 裁剪類型字符串
NSRange range = [propertyType rangeOfString:@"\""];
propertyType = [propertyType substringFromIndex:range.location + range.length];
range = [propertyType rangeOfString:@"\""];
// 裁剪到哪個角標(biāo)，不包括當(dāng)前角標(biāo)
propertyType = [propertyType substringToIndex:range.location];
// 根據(jù)字符串類名生成類對象
Class modelClass = NSClassFromString(propertyType);
// 有對應(yīng)的模型才需要轉(zhuǎn)
if (modelClass) {
// 把字典轉(zhuǎn)模型
value = [modelClass modelWithDic:value];
}
// 三級轉(zhuǎn)換：NSArray中也是字典，把數(shù)組中的字典轉(zhuǎn)換成模型.
// 判斷值是否是數(shù)組
}else if ([value isKindOfClass:[NSArray class]]){
// 判斷對應(yīng)類有沒有實(shí)現(xiàn)字典數(shù)組轉(zhuǎn)模型數(shù)組的協(xié)議
if ([self respondsToSelector:@selector(arrayContainModelClass)]) {
// 轉(zhuǎn)換成id類型，就能調(diào)用任何對象的方法
id idSelf = self;
// 獲取數(shù)組中字典對應(yīng)的模型
NSString *type = [idSelf arrayContainModelClass][key];
// 生成模型
Class classModel = NSClassFromString(type);
NSMutableArray *muArray = [NSMutableArray array];
// 遍歷字典數(shù)組，生成模型數(shù)組
for (NSDictionary * dic in value) {
// 字典轉(zhuǎn)模型
id model = [classModel modelWithDic:dic];
[muArray addObject:model];
}
// 把模型數(shù)組賦值給value
value = muArray;
}
}
// 有值，才需要給模型的屬性賦值
// 利用KVC給模型中的屬性賦值
if (value) {
[objc setValue:value forKey:key];
}
}
return objc;
}
@end
完整字典轉(zhuǎn)模型代碼請點(diǎn)這里這里。
