runtime 运行时机制

一、runtime 运行时机制

  • Objective-C 语言是一门动态语言,它将很多静态语言在编译和链接时期做的事放到了运行时来处理。这种动态语言的优势在于:我们写代码时更具灵活性,如我们可以把消息转发给我们想要的对象,或者随意交换一个方法的实现等。
  • 这种特性意味着 Objective-C 不仅需要一个编译器,还需要一个运行时系统来执行编译的代码。对于 Objective-C 来说,这个运行时系统就像一个操作系统一样:它让所有的工作可以正常的运行。这个运行时系统即 Objc Runtime。Objc Runtime 其实是一个 Runtime 库,它基本上是用 C 和汇编写的,这个库使得 C 语言有了面向对象的能力。
  • 对于 C 语言,函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数。对于 OC 的函数,属于动态调用过程,在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数,只有在真正运行的时候才会根据函数的名称找到对应的函数来调用。
  • 在编译阶段,OC 可以调用任何函数,即使这个函数并未实现,只要声明过就不会报错。
    在编译阶段,C 语言调用未实现的函数就会报错。

二、运行时的作用

  • 能获得某个类的所有成员变量
  • 能获得某个类的所有属性
  • 能获得某个类的所有方法
  • 交换方法实现
  • 能动态添加一个成员变量
  • 能动态添加一个属性
  • 字典转模型
  • runtime 归档 / 反归档

常见的函数, 头文件

#import<objc/runtime.h> : //成员变量,类,方法
class_copyIvarList : 获得某个类内部的所有成员变量
class_copyMethodList : 获得某个类内部的所有方法
class_getInstanceMethod : 获得某个具体的实例方法 (对象方法,减号-开头)
class_getClassMethod : 获得某个具体的类方法 (加号+开头)
method_exchangeImplementations : 交换两个方法的实现
#import<objc/message.h> : //消息机制
objc_msgSend(...)

三、应用场景

场景 1 ———————– runtime 发送消息 ———————-

方法的调用本质是,对象发送消息

 objc/msgSend 只有对象才能发送消息,因此以objc开头
  导入 #import <objc/message.h> 或者直接导入 #import <objc/runtime.h>
  注意 Xcode 6  之后代码检查 单独使用<objc/message.h>会报错
  builtSeting 修改 Enable Strict Checking of objc_msgSend Calls -> NO 才能调用 objc_msgSend

我们创建一个对象 Dog 自定义一个实例方法和类方法, 并实现方法

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Dog : NSObject

- (void)run;

+ (void)eat;


- (void)run
{
    NSLog(@"一只狗正在奔跑。。。。");
}

+ (void)eat
{
    NSLog(@"一只狗正在吃。。。。");
}
@end

然后我们在 vc 里面使用

// 创建对象 -> 调用方法

Dog *d = [[Dog alloc] init];
// 调用方法 -> 实例方法

// [d run];

// 系统底层本质 -> 让对象发消息
objc_msgSend(d, @selector(run));  // 等同于  [d run];

// 调用方法 -> 类方法

// [Dog eat];

objc_msgSend([Dog class], @selector(eat)); // 等同于 [Dog eat];

消息机制原理
对象根据方法编号 SEL 去映射表查找对应方法的实现, 即我们在调用实例方法的时候, 其实是实例对象 d, 在发送消息, 消息的实现, 其实是 SEL, 根据方法编号, 去映射表查找对应方法的实现. 类方法本质是 [Dog class], 发什么消息.


场景 2 ——————- runtime 交换方法 ———————-

使用场景, 系统自带方法功能不够用, 给系统自带的方法扩展一些功能, 并保存原有功能.

  • 实现方法 1 -> 继承系统的类, 重写方法.
  • 实现方法 2 -> runtime 交换方法

案例: 这里我们写一个 UIImage 的类目, 来保证 UIImage, 不会被渲染, 同时, 如果图片为空, 会打印提示.

#import <UIKit/UIKit.h>

@interface UIImage (Image)

// 创建一个类方法

// 传入 一个字符串 -> 返回 不被 渲染的原始图片

+ (id)ImageOriginalWithStrName:(NSString *)name;
@end

在.m 进行实现, 使用 method_exchangeImplementations(method1, method2) 方法交换, 详情看代码注释.

#import "UIImage+Image.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation UIImage (Image)

// 加载内存时调用

+ (void)load
{
    // 交换方法

    // 获取 ImageOriginalWithStrName: 方法
    Method imageWithName = class_getClassMethod(self, @selector(ImageOriginalWithStrName:));

    // 获取 imageName 方法
    Method imageName = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));

    // 交换方法地址, 相当于交换实现

    method_exchangeImplementations(imageWithName, imageName);

}

// 注意 // 这里 返回值是一个函数结果类型 使用instancetype 会产生类型不匹配, 所以使用id
// 不能在改分类UIImage中重写 imageNamed:因为系统会把imageNamed:原来的功能覆盖掉
// 分类中不能调用super本身

+ (id)ImageOriginalWithStrName:(NSString *)name
{
    UIImage *image = [[self ImageOriginalWithStrName:name] imageWithRenderingMode:UIImageRenderingModeAlwaysOriginal];

    if (image == nil) {
        NSLog(@"加载图片为空...");
    }

    return image;

}

@end

在 vc 中使用

 UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"123"];

    // 这里通过runtime 交换自定义方法 和 UIImage 自身的imageNamed: 来实现图片加载 不被渲染
    // 代码在 #import "UIImage+Image.h" 类目中

// 传入了一个空 123

log 日志

场景 3——————– runtime 动态添加方法 ———————

开发场景:
如果一个类方法非常多, 加载类到内存中的时候, 会比较耗费资源, 需要给给个方法生成映射表, 这里可以使用动态添加方法给某个类.
经典面试题 有没有使用过 performSelector 其实主要是想问你有没有动态添加过方法.

// 下面是简单使用,继续以Dog 对象为例

[d performSelector:@selector(jump)];
// 默认的狗 没有jump 这个方法实现, 直接调用会出错,可以使用 performSelector 调用就不会出错.
// --> 动态添加方法 不会报错

然后我们可以到 Dog 对象中进行添加动态方法

// void(*)()
// 默认方法 都有两个隐式参数

// 定义添加的方法
void jump (id self, SEL sel)
{
    NSLog(@" eat ...... %@ --- %@  ", self, NSStringFromSelector(sel));
}

// 当一个对象调用未实现的方法,会调用(+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
)这个方法处理,并且会把这个对应方法列表传过来
// 所以动态添加方法, 我们可以在这里做判断, 为我们未实现的方法动态添加自己的方法.

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == @selector(jump)) {

        // <#__unsafe_unretained Class cls#>  参数1 给哪个类添加方法
        // <#SEL name#>                       参数2 添加放啊编号
        // <#IMP imp#>                        参数3 添加方法函数实现 (函数地址)
        // <#const char *types#>    参数4 函数的类型 (返回值 + 参数类型) v:void @:对象-> self :表示SEL -> _cmd

        class_addMethod(self, @selector(jump), jump, "v@:");
    }

    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

// 实现动态添加方法后, 在 vc 中, 使用不会出错.

场景 4 ——————– runtime 给分类添加属性 —————

原理给一个类声明属性, 其实是本质就是给这个类添加关联, 并不是直接把这个值的内存空间添加到内存空间
案例 : 这里在类目中对 NSObject 扩展 name 属性 可以直接给属性赋值使用

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface NSObject (Property)
@property (nonatomic, strong) NSString *name; // 添加一个name属性
@end

在.m 中使用 objc_setAssociatedObject 动态添加方法

import "NSObject+Property.h"
#import <objc/runtime.h>

static const char *key = "name";

@implementation NSObject (Property)

- (NSString *)name
{
    // 根据关联的key,获取关联的值
    return objc_getAssociatedObject(self, key);
}


- (void)setName:(NSString *)name
{
    // 参数1 <#id object#> 给那个对象添加关联
    // 参数2 <#const void *key#> 关联的key 值,通过这个key 值获取
    // 参数3 <#id value#> 关联的value
    // 参数4 <#objc_AssociationPolicy policy#> 关联的策略

//    typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
//        OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,           /**< Specifies a weak reference to the associated object. */
//        OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object.
//                                                *   The association is not made atomically. */
//        OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,   /**< Specifies that the associated object is copied.
//                                                *   The association is not made atomically. */
//        OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,       /**< Specifies a strong reference to the associated object.
//                                                *   The association is made atomically. */
//        OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403          /**< Specifies that the associated object is copied.
//                                                *   The association is made atomically. */
//    };

    objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

@end

VC 使用. 能正常获取该属性, 并能操作使用

 NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
    objc.name = @"xxx";
    NSLog(@"%@", objc.name);

场景 5 ——————– runtime 字典转模型 —————

设计模型 : 字典转模型的第一步
模型属性, 通常需要和字典中的 key 一一对应
通过创建一个分类, 专门根据字典生成对应属性的字符串 (高效率的字典转模型)

我们可以正常通过写类目来实现 NSObject+DictionaryToModel

// 自动打印属性字符串
// 写一个类方法
+ (void)transformToModelByDictionary:(NSDictionary *)dict;

// 实现
+ (void)transformToModelByDictionary:(NSDictionary *)dict
{

    // 根据类别拼接属性字符串代码
    NSMutableString *str = [NSMutableString string];

    // 遍历字典,把字典中的所有key取出来;生成对应的属性代码

    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull key, id  _Nonnull obj, BOOL * _Nonnull stop) {

        // 对各类新进行分类, 抽取出来

        NSString *type;

        // 需要 理解 系统底层 数据结构类型
        // 可以自行断点查看 各类型底层类型

        if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSCFString")]) {
            type = @"NSString";
        } else if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSArrayI")])
        {
            type = @"NSArray";
        } else if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSArrayM")])
        {
            type = @"NSMutableArray";
        }
        else if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSCFNumber")])
        {
            type = @"NSNumber";
        } else if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSDictionaryI")])
        {
            type = @"NSDictionary";
        } else if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSDictionaryM")])
        {
            type = @"NSMutableDictionary";
        }


        // 属性字符串
        NSString *property;
        if ([type containsString:@"NS"]) {
            property = [NSString stringWithFormat:@"@property (nonatomic, strong) %@ *%@", type, key];
        }
        else
        {
             property = [NSString stringWithFormat:@"@property (nonatomic, assign) %@ %@", type, key];
        }

        // 每生成一对属性字符串 就自动换行
        [str appendFormat:@"\n%@\n", property];

    }];

    // 打印出拼接的字符串
    NSLog(@"对应属性 -> %@", str);


}

vc 中测试

 NSArray *array = [NSArray arrayWithObjects:@1, @2, @3, @4, nil];
    NSMutableArray *arr = [NSMutableArray arrayWithArray:array];

    NSDictionary *dic = [NSDictionary dictionaryWithObject:@"dfdf" forKey:@"dfsdf"];

    [NSObject transformToModelByDictionary:@{@"name" : @"str", @"num" : array, @"count" : @0, @"hah": arr, @"dic" : dic}];

打印结果

// 字典转模型 KVC 方式
dic setValuesForKeysWithDictionary:<#(nonnull NSDictionary<NSString *,id> *)#>
必须保证属性和字典中 key 值一一对应, 如果不一致 会调用 setValue:forUndefinedKey: 重写该方法可以覆盖系统方法 可以继续 KVC 字典转模型

字典转模型 -> runtime
-> MJEXtension

#import "NSObject+Model.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation NSObject (Model)

+ (instancetype)modelWithDictionary:(NSDictionary *)dictionary
{


    // 思路:遍历模型中所有属性-》使用运行时

    // 0.创建对应的对象
    id objc = [[self alloc] init];

    // 1.利用runtime给对象中的成员属性赋值

    // class_copyIvarList:获取类中的所有成员属性
    // Ivar:成员属性的意思
    // 第一个参数:表示获取哪个类中的成员属性
    // 第二个参数:表示这个类有多少成员属性,传入一个Int变量地址,会自动给这个变量赋值
    // 返回值Ivar *:指的是一个ivar数组,会把所有成员属性放在一个数组中,通过返回的数组就能全部获取到。
    /* 类似下面这种写法

     Ivar ivar;
     Ivar ivar1;
     Ivar ivar2;
     // 定义一个ivar的数组a
     Ivar a[] = {ivar,ivar1,ivar2};

     // 用一个Ivar *指针指向数组第一个元素
     Ivar *ivarList = a;

     // 根据指针访问数组第一个元素
     ivarList[0];

     */
    unsigned int count;

    // 获取类中的所有成员属性
    Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);

    for (int i = 0; i < count; i++) {
        // 根据角标,从数组取出对应的成员属性
        Ivar ivar = ivarList[i];

        // 获取成员属性名
        NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];

        // 处理成员属性名->字典中的key
        // 从第一个角标开始截取
        NSString *key = [name substringFromIndex:1];

        // 根据成员属性名去字典中查找对应的value
        id value = dictionary[key];

        // 二级转换:如果字典中还有字典,也需要把对应的字典转换成模型
        // 判断下value是否是字典
        if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]]) {
            // 字典转模型
            // 获取模型的类对象,调用modelWithDict
            // 模型的类名已知,就是成员属性的类型

            // 获取成员属性类型
            NSString *type = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
            // 生成的是这种@"@\"User\"" 类型 -》 @"User"  在OC字符串中 \" -> ",\是转义的意思,不占用字符
            // 裁剪类型字符串
            NSRange range = [type rangeOfString:@"\""];

            type = [type substringFromIndex:range.location + range.length];

            range = [type rangeOfString:@"\""];

            // 裁剪到哪个角标,不包括当前角标
            type = [type substringToIndex:range.location];


            // 根据字符串类名生成类对象
            Class modelClass = NSClassFromString(type);


            if (modelClass) { // 有对应的模型才需要转

                // 把字典转模型
                value  =  [modelClass modelWithDictionary:value];
            }


        }

        // 三级转换:NSArray中也是字典,把数组中的字典转换成模型.
        // 判断值是否是数组
        if ([value isKindOfClass:[NSArray class]]) {
            // 判断对应类有没有实现字典数组转模型数组的协议
            if ([self respondsToSelector:@selector(arrayContainModelClass)]) {

                // 转换成id类型,就能调用任何对象的方法
                id idSelf = self;

                // 获取数组中字典对应的模型
                NSString *type =  [idSelf arrayContainModelClass][key];

                // 生成模型
                Class classModel = NSClassFromString(type);
                NSMutableArray *arrM = [NSMutableArray array];
                // 遍历字典数组,生成模型数组
                for (NSDictionary *dict in value) {
                    // 字典转模型
                    id model =  [classModel modelWithDictionary:dict];
                    [arrM addObject:model];
                }

                // 把模型数组赋值给value
                value = arrM;

            }
        }  
        if (value) { // 有值,才需要给模型的属性赋值
            // 利用KVC给模型中的属性赋值
            [objc setValue:value forKey:key];
        }

    }

    return objc;

}
@end

// 测试

NSMutableDictionary *di = [NSMutableDictionary dictionary];
NSMutableArray *a = [NSMutableArray array];
[a addObject:dic];
[di setValue:a forKey:@"dic"];

id model =   [NSObject modelWithDictionary:dic];

NSLog(@"%@", model);


id dmodel =   [NSObject modelWithDictionary:di];

NSLog(@"%@", dmodel);

> 场景6 -------------------- runtime 快速归档 ---------------

主要还是通过class_copyIvarList,遍历对象属性,来做事情.

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface NSObject (Extension)

  • (NSArray *)ignoredNames;
  • (void)encode:(NSCoder *)aCoder;
  • (void)decode:(NSCoder *)aDecoder;

@end

#import "NSObject+Extension.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation NSObject (Extension)

- (void)decode:(NSCoder *)aDecoder {
    // 一层层父类往上查找,对父类的属性执行归解档方法
    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)];

            // 如果有实现该方法再去调用
            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];
    }

}

- (void)encode:(NSCoder *)aCoder {
    // 一层层父类往上查找,对父类的属性执行归解档方法
    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];
            NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];

            // 如果有实现该方法再去调用
            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];
    }
}

// 设置需要忽略的属性
- (NSArray *)ignoredNames {
    return @[@"bone"];
}

// 在需要归解档的对象中实现下面方法即可:

//// 在系统方法内来调用我们的方法
//- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder {
//    if (self = [super init]) {
//        [self decode:aDecoder];
//    }
//    return self;
//}
//
//- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder {
//    [self encode:aCoder];
//}

@end
```

> ----- 最后使用runtime 来写了通过 block回调 直接调用手势识别的action ---------------

```
#import <UIKit/UIKit.h>

typedef void(^XXWGestureBlock)(id gestureRecognizer);

@interface UIGestureRecognizer (Block)

/**
 *  使用类方法 初始化 添加手势
 *
 *  @param block 手势回调
 *
 *  @return block 内部 action 
 *
 *
 *  使用 __unsafe_unretained __typeof(self) weakSelf = self;
 *  防止循环引用
 *
 */

+ (instancetype)xxw_gestureRecognizerWithActionBlock:(XXWGestureBlock)block;

@end

#import “UIGestureRecognizer+Block.h”
#import <objc/runtime.h>

static const int target_key;
@implementation UIGestureRecognizer (Block)

  • (instancetype)xxw_gestureRecognizerWithActionBlock:(XXWGestureBlock)block {
    return [[self alloc]initWithActionBlock:block];
    }

  • (instancetype)initWithActionBlock:(XXWGestureBlock)block {
    self = [self init];
    [self addActionBlock:block];
    [self addTarget:self action:@selector(invoke:)];
    return self;
    }

/**
* Returns the value associated with a given object for a given key.
*
* @param object The source object for the association.
* @param key The key for the association.
*
* @return The value associated with the key \e key for \e object.
*
* @see objc_setAssociatedObject
*/

//OBJC_EXPORT id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key)
//__OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_1);

  • (void)addActionBlock:(XXWGestureBlock)block {
    if (block) {
    objc_setAssociatedObject(self, &target_key, block, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
    }
    }

  • (void)invoke:(id)sender {
    XXWGestureBlock block = objc_getAssociatedObject(self, &target_key);
    if (block) {
    block(sender);
    }
    }
    @end


VC 中使用,我们可以直接调用手势对象,来实现action,是不是很方便.

[self.view addGestureRecognizer:[UITapGestureRecognizer xxw_gestureRecognizerWithActionBlock:^(id gestureRecognizer) {

    NSLog(@"点击-------");
}]];

[self.view addGestureRecognizer:[UILongPressGestureRecognizer xxw_gestureRecognizerWithActionBlock:^(id gestureRecognizer) {

    NSLog(@"长按-------");
}]];

> 总结:通过学习使用 runtime,我们能更好来了解体会oc底层的运行机制,同时,我们可以使用runtime,来获取系统底层私有方法和属性来使用,动态的添加属性和方法,在有些场景下使用非常的高效,同时我们可以使用runtime,开完成很多好的Category,来高效开发.本文章只是对runtime的一些基础知识的归纳,能够让初学者,更好更快的理解runtime,力图起个抛砖引玉的作用。还有许多关于runtime有意思东西还需要读者自己去探索发现。

runtime 深入学习 推荐 ->  
顾鹏:[http://tech.glowing.com/cn/objective-c-runtime/](http://tech.glowing.com/cn/objective-c-runtime/)  
杨潇玉:[http://yulingtianxia.com/blog/2014/11/05/objective-c-runtime/](http://yulingtianxia.com/blog/2014/11/05/objective-c-runtime/)  
南峰子:[http://southpeak.github.io/blog/2014/10/25/objective-c-runtime-yun-xing-shi-zhi-lei-yu-dui-xiang/](http://southpeak.github.io/blog/2014/10/25/objective-c-runtime-yun-xing-shi-zhi-lei-yu-dui-xiang/)  
叶纯俊[http://chun.tips/blog/2014/11/05/bao-gen-wen-di-objective[nil]c-runtime(1)[nil]-self-and-super/](http://chun.tips/blog/2014/11/05/bao-gen-wen-di-objective%5Bnil%5Dc-runtime(1)%5Bnil%5D-self-and-super/)