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Runtime简介及实践

前言

今年年初的面试中,基本上超过了60%的公司会问RunTime的一些用法。
在很多开源项目中用到了RunTime的方法,使我们理解起来比较吃力。
RunTime确实很强大,借助它可以实现很酷的功能。比如JSPatch
我本身对于RunTime的理解也没有很深入,所以这里讨论的主要是RunTime的具体应用场景。此番探索希望能起到抛砖引玉的作用,大家可以将RunTime应用起来。

简介

  • RunTime简称运行时。是一套底层的C语言API,包含很多强大实用的C语言数据类型和C语言函数,平时我们编写的ObjC代码,底层都是基于runtime实现的。ObjC就是运行时机制,也就是在运行时候的一些机制,其中最主要的是消息机制。比如:
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// ***********发送消息***********
Person* p = [[Person alloc] init];
// 调用对象方法
[p eat];
// 本质是向对象发送消息: objc_msgSend(p, @selector(eat));
// 调用类方法的方式有两种
// 第一种通过类名调用
[Person eat];
// 第二种通过类对象调用
[[Person class] eat];
// 用类名调用类方法,底层会自动把类名转换成类对象调用
// 本质:让类对象发送消息:objc_msgSend([Person class], @selector(eat));
  • 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。
  • 事实证明:
    • 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。

      实践

      一. 方法交换
  • 开发使用场景:系统自带的方法功能不够,给系统自带的方法扩展一些功能,并且保持原有的功能。
    • 方式一:继承系统的类,重写方法.
    • 方式二:使用runtime,交换方法.

例如,有需求如下:
给imageNamed方法提供功能,每次加载图片就判断图片是否加载成功。

runtime实现思路:

  1. 写一个UIImage分类,在分类中定义一个能加载图片并且能打印的方法+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name;
  2. 交换imageNamed和imageWithName的实现,就能调用imageWithName,间接调用imageWithName的实现。
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@implementation UIImage (image)
+ (void)load
{
// 交换方法
// 获取imageWithName方法地址
Method imageWithName = class_getClassMethod(self, @selector(imageWithName:));
// 获取imageWithName方法地址
Method imageName = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));
// 交换方法地址,相当于交换实现方式
method_exchangeImplementations(imageWithName, imageName);
}
// 既能加载图片又能打印
+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name
{
// 这里调用imageWithName,相当于调用imageName
UIImage *image = [self imageWithName:name];
if (image == nil) {
NSLog(@"加载空的图片");
}
return image;
}
@end
二. 动态添加方法
  • 开发使用场景:如果一个类,方法非常多,加载类到内存的时候也比较耗费资源,因为需要给每个方法生成映射表。可以使用动态给某个类添加方法解决。
  • 面试题:有没有使用performSelector,其实主要想问你有没有动态添加过方法。

例如,给person类增加walk的功能, 默认person,没有实现walk方法,通过performSelector调用会报错。但当我动态添加了方法调用[p performSelector:@selector(walk)]就不会报错了:

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// 默认方法都有两个隐式参数
void walk(id self, SEL sel)
{
NSLog(@"%@ %@",self,NSStringFromSelector(sel));
}
// 当一个对象调用未实现的方法,会调用这个方法处理,并且会把对应的方法列表传过来.
// 这儿可以用来判断,未实现的方法是不是我们想要动态添加的方法
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
if (sel == @selector(walk)) {
// 动态添加walk方法
// 第一个参数:给哪个类添加方法
// 第二个参数:添加方法的方法编号
// 第三个参数:添加方法的函数实现(函数地址)
// 第四个参数:函数的类型,(返回值+参数类型) v:void @:对象->self :表示SEL->_cmd
class_addMethod(self, sel, walk, "v@:");
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
三. 给分类添加属性
  • 原理:给一个类声明属性,其实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类存空间。

例如:给NSObject添加一个name属性。
思路:在NSObject中,setName方法中设置关联值,name方法中通过取出关联值。达到添加属性的效果。

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// 定义关联的key
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
{
// 第一个参数:给哪个对象添加关联
// 第二个参数:关联的key,通过这个key获取
// 第三个参数:关联的value
// 第四个参数:关联的策略
objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
@end
四. 更便捷的archive/unarchive

需求:实现对象的归档和解档
思路:利用Runtime实现快速遍历对象的所有属性,减少大量类似于self.property=[aDecoder decodeObjectForKey:type];以及[aCoder encodeObject:self.property forKey:type]这种代码。

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- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)encoder{
//归档存储自定义对象
unsigned int count = 0;
//获得指向该类所有属性的指针
objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([Person class], &count);
for (int i =0; i < count; i ++) {
//获得
objc_property_t property = properties[i];
//根据objc_property_t获得其属性的名称--->C语言的字符串
const char *name = property_getName(property);
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
// 编码每个属性,利用kVC取出每个属性对应的数值
[encoder encodeObject:[self valueForKeyPath:key] forKey:key];
}
}
- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)decoder{
//归档存储自定义对象
unsigned int count = 0;
//获得指向该类所有属性的指针
objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([Person class], &count);
for (int i =0; i < count; i ++) {
objc_property_t property = properties[i];
//根据objc_property_t获得其属性的名称--->C语言的字符串
const char *name = property_getName(property);
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
//解码每个属性,利用kVC取出每个属性对应的数值
[self setValue:[decoder decodeObjectForKey:key] forKeyPath:key];
}
return self;
}
五. 字典转模型

需求:能不能自动根据一个字典,生成对应的属性。

  • 思路一:KVC。通过KVC方法setValuesForKeysWithDictionary可以进行转换。
    • 弊端:必须保证模型中的属性和字典中的key一一对应。
      • 如果不一致,就会调用[<Status 0x7fa74b545d60> setValue:forUndefinedKey:]报key找不到的错。
      • 分析:模型中的属性和字典的key不一一对应,系统就会调用setValue:forUndefinedKey:报错。
      • 解决:重写对象的setValue:forUndefinedKey:,把系统的方法覆盖, 就能继续使用KVC,字典转模型了。

思路二:RunTime。利用运行时,遍历模型中所有属性,根据模型的属性名,去字典中查找key,取出对应的值,给模型的属性赋值。

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@implementation NSObject (Model)
+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict
{
// 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 = dict[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 modelWithDict: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 modelWithDict: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

Swift Runtime

  • 纯Swift的类,不能通过runtime获取到属性与方法。比如tuple:纯Swift类的函数调用已经不再是OC的运行时发消息objc_msgsend,而是类似C++的vtable,在编译时就确定了调用什么函数,所以runtime获取不到。
  • 继承于NSObject的类依然拥有动态性,所以可以拿的到。
  • @objc
    • @objc是用来将Swift的API导出给OC与OC runtime使用的,如果你继承NSObject的类,将会被自动的加入这个标识。
  • dynamic
    • 加了@objc标识的方法、属性都无法保证都会被运行时调用,因为Swift会做静态优化。要想完全被动态调用就要使用dynamic修饰词了。使用这个标识也会隐形的加入@objc。这也就解释了为什么上边VC中的方法无法被替换了,被Swift优化成静态调用了,而ViewDidAppear本身为OC的方法,拥有动态特性,所以我们加入dynamic关键字

小结

  • Runtime是运行时特性 ,方法调用的本质是给对象发消息:objc_msgSend
  • class_getClassMethod: 获取类方法地址
  • class_getInstanceMethod: 获取实例方法地址
  • method_exchangeImplementations:交换方法的实现
  • + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel: 当一个对象调用未实现的方法,会调用这个方法处理,并且会把对应的方法列表传过来.
  • class_addMethod:给实例添加方法
  • objc_setAssociatedObject:给对象设置关联值
  • objc_getAssociatedObject:获取对象的关联值
  • class_copyPropertyList:获得指向该类所有属性的指针
  • property_getName:取出属性指针对应的名称,返回字符串(char*)
  • class_copyIvarList:获取指向该类所有成员属性指针
  • ivar_getName:取出成员属性对应的名称

参考

Runtime简介: http://www.jianshu.com/p/94657b7d31d0
Swift Runtime: http://www.jianshu.com/p/9c36a5b7820a
MJExtension: https://github.com/CoderMJLee/MJExtension