iOS Runtime原理及使用，iosruntime原理

iOS Runtime原理及使用，iosruntime原理
runtime簡介

因為Objc是一門動態語言，所以它總是想辦法把一些決定工作從編譯串連延遲到運行時。也就是說只有編譯器是不夠的，還需要一個運行時系統 (runtime system) 來執行編譯後的代碼。這就是 Objective-C Runtime 系統存在的意義，它是整個Objc運行架構的一塊基石。

RunTime簡稱運行時。OC就是運行時機制，其中最主要的是訊息機制。對於C語言，函數的調用在編譯的時候會決定調用哪個函數。對於OC的函數，屬於動態調用過程，在編譯的時候並不能決定真正調用哪個函數，只有在真正啟動並執行時候才會根據函數的名稱找到對應的函數來調用。

Runtime基本是用C和彙編寫的，可見蘋果為了動態系統的高效而作出的努力。你可以在這裡下到蘋果維護的開原始碼。蘋果和GNU各自維護一個開源的runtime版本，這兩個版本之間都在努力的保持一致。

Runtime相關的標頭檔

ios的sdk中 usr/include/objc檔案夾下面有這樣幾個檔案

都是和運行時相關的標頭檔，其中主要使用的函數定義在message.h和runtime.h這兩個檔案中。 在message.h中主要包含了一些向對象發送訊息的函數，這是OC對象方法調用的底層實現。

使用時，需要匯入檔案，匯入如：

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

runtime.h是運行時最重要的檔案，其中包含了對運行時進行操作的方法。 主要包括：

操作對象的類型的定義

/// An opaque type that represents a method in a class definition. 一個類型，代表著類定義中的一個方法typedef struct objc_method *Method;/// An opaque type that represents an instance variable.代表執行個體(對象)的變數typedef struct objc_ivar *Ivar;/// An opaque type that represents a category.代表一個分類typedef struct objc_category *Category;/// An opaque type that represents an Objective-C declared property.代表OC聲明的屬性typedef struct objc_property *objc_property_t;// Class代表一個類，它在objc.h中這樣定義的  typedef struct objc_class *Class;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;

這些類型的定義，對一個類進行了完全的分解，將類定義或者對象的每一個部分都抽象為一個類型type，對操作一個類屬性和方法非常方便。OBJC2_UNAVAILABLE標記的屬性是Ojective-C 2.0不支援的,但實際上可以用響應的函數擷取這些屬性，例如：如果想要擷取Class的name屬性，可以按如下方法擷取:

Class classPerson = Person.class;// printf("%s\n", classPerson->name); //用這種方法已經不能擷取name了 因為OBJC2_UNAVAILABLEconst char *cname  = class_getName(classPerson);printf("%s", cname); // 輸出:Person

 

函數的定義

• 對對象進行操作的方法一般以object_開頭
• 對類進行操作的方法一般以class_開頭
• 對類或對象的方法進行操作的方法一般以method_開頭
• 對成員變數進行操作的方法一般以ivar_開頭
• 對屬性進行操作的方法一般以property_開頭開頭
• 對協議進行操作的方法一般以protocol_開頭

根據以上的函數的首碼 可以大致瞭解到層級關係。

對於以objc_開頭的方法，則是runtime最終的管家，可以擷取記憶體中類的載入資訊,類的列表，關聯對象和關聯屬性等操作。

例如：使用runtime對當前的應用中載入的類進行列印，別被嚇一跳。

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {    unsigned int count = 0;    Class *classes = objc_copyClassList(&count);    for (int i = 0; i < count; i++) {        const char *cname = class_getName(classes[i]);        printf("%s\n", cname);    }}

 

runtime應用發送訊息

方法調用的本質，就是讓對象發送訊息。

objc_msgSend,只有對象才能發送訊息，因此以objc開頭.

使用訊息機制前提，必須匯入#import <objc/message.h>

訊息機制簡單使用：

 

     // 建立person對象    Person *p = [[Person alloc] init];    // 調用對象方法    [p eat];    // 本質：讓對象發送訊息    objc_msgSend(p, @selector(eat));    // 調用類方法的方式：兩種    // 第一種通過類名調用    [Person eat];    // 第二種通過類對象調用    [[Person class] eat];    // 用類名調用類方法，底層會自動把類名轉換成類對象調用    // 本質：讓類對象發送訊息    objc_msgSend([Person class], @selector(eat));

 

我們可以通過clang來查看代碼產生的CPP代碼。

最終代碼,需要把當前代碼重新編譯,用xcode編譯器,clang

clang -rewrite-objc main.m 查看最終產生代碼

交換方法

交換方法實現的需求情境：自己建立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)。

可以在類的分類中，再寫一個新的方法(是符合新的需求的),然後交換兩個方法的實現。這樣，在不改變項目的代碼，而只是增加了新的代碼 的情況下，就完成了項目的改進。

交換兩個方法的實現一般寫在類的load方法裡面，因為load方法會在程式運行前載入一次，而initialize方法會在類或者子類在 第一次使用的時候調用，當有分類的時候會調用多次。

@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，每次載入圖片就判斷片是否載入成功。    // 步驟一：先搞個分類，定義一個能載入圖片並且能列印的方法+ (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)// 載入分類到記憶體的時候調用+ (void)load{    // 交換方法    // 擷取imageWithName方法地址    Method imageWithName = class_getClassMethod(self, @selector(imageWithName:));    // 擷取imageWithName方法地址    Method imageName = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));    // 交換方法地址，相當於交換實現方式    method_exchangeImplementations(imageWithName, imageName);}// 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.// 既能載入圖片又能列印+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name{    // 這裡調用imageWithName，相當於調用imageName    UIImage *image = [self imageWithName:name];    if (image == nil) {        NSLog(@"載入空的圖片");    }    return image;}@end

 

類\對象的關聯對象

關聯對象不是為類\對象添加屬性或者成員變數(因為在設定關聯後也無法通過ivarList或者propertyList取得) ，而是為類添加一個相關的對象，通常用於儲存類資訊，例如儲存類的屬性列表數組，為將來字典轉模型的方便。 

使用方式一：給分類添加屬性

 

@implementation ViewController- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.    // 給系統NSObject類動態添加屬性name    NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];    objc.name = @"小碼哥";    NSLog(@"%@",objc.name);}@end// 定義關聯的keystatic const char *key = "name";@implementation NSObject (Property)- (NSString *)name{    // 根據關聯的key，擷取關聯的值。    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擷取    // 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);}@end

 

使用方式二：給對象添加關聯對象。

比如alertView,一般傳值，使用的是alertView的tag屬性。我們想把更多的參數傳給alertView代理：

/** *  刪除點擊 *  @param recId        購物車ID */- (void)shopCartCell:(BSShopCartCell *)shopCartCell didDeleteClickedAtRecId:(NSString *)recId{    UIAlertView *alert = [[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"" message:@"確認要刪除這個寶貝" 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];}/** *  確定刪除操作 */- (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];    }}

 

objc_setAssociatedObject方法的參數解釋:

 動態添加方法

開發使用情境：如果一個類方法非常多，載入類到記憶體的時候也比較耗費資源，需要給每個方法產生映射表，可以使用動態給某個類，添加方法解決。

經典面試題：有沒有使用performSelector，其實主要想問你有沒有動態添加過方法。

簡單使用:

@implementation ViewController- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.    Person *p = [[Person alloc] init];    // 預設person，沒有實現eat方法，可以通過performSelector調用，但是會報錯。    // 動態添加方法就不會報錯    [p performSelector:@selector(eat)];}@end@implementation Person// void(*)()// 預設方法都有兩個隱式參數，void eat(id self,SEL sel){    NSLog(@"%@ %@",self,NSStringFromSelector(sel));}// 當一個對象調用未實現的方法，會調用這個方法處理,並且會把對應的方法列表傳過來.// 剛好可以用來判斷，未實現的方法是不是我們想要動態添加的方法+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{    if (sel == @selector(eat)) {        // 動態添加eat方法        // 第一個參數：給哪個類添加方法        // 第二個參數：添加方法的方法編號        // 第三個參數：添加方法的函數實現（函數地址）        // 第四個參數：函數的類型，(傳回值+參數類型) v:void @:對象->self :表示SEL->_cmd        class_addMethod(self, @selector(eat), eat, "v@:");    }    return [super resolveInstanceMethod:sel];}@end

 

字典轉模型KVC實現

KVC：把字典中所有值給模型的屬性賦值。這個是要求字典中的Key,必須要在模型裡能找到相應的值，如果找不到就會報錯。基本原理如：

// KVC原理:    // 1.遍曆字典中所有key,去模型中尋找有沒有對應的屬性    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull key, id  _Nonnull value, BOOL * _Nonnull stop) {                // 2.去模型中尋找有沒有對應屬性 KVC        // key:source value:來自即刻筆記        // [item setValue:@"來自即刻筆記" forKey:@"source"]        [item setValue:value forKey:key];    }];

 

但是，在實際開發中，從字典中取值,不一定要全部取出來。因此，我們可以通過重寫KVC 中的 forUndefinedKey這個方法，就不會進行報錯處理。

// 重寫系統方法? 1.想給系統方法添加額外功能 2.不想要系統方法實現// 系統找不到就會調用這個方法,報錯- (void)setValue:(id)value forUndefinedKey:(NSString *)key{    }

 

另外，我們可以通過runtime的方式去實現。我們把KVC的原理倒過來，通過遍曆模型的值，從字典中取值。

// Ivar:成員變數 以底線開頭// Property:屬性+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict{    id objc = [[self alloc] init];        // runtime:根據模型中屬性,去字典中取出對應的value給模型屬性賦值    // 1.擷取模型中所有成員變數 key    // 擷取哪個類的成員變數    // count:成員變數個數    unsigned int count = 0;    // 擷取成員變數數組    Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);        // 遍曆所有成員變數    for (int i = 0; i < count; i++) {        // 擷取成員變數        Ivar ivar = ivarList[i];                // 擷取成員變數名字        NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];        // 擷取成員變數類型        NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];        // @\"User\" -> User        ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\"" withString:@""];        ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@" withString:@""];        // 擷取key        NSString *key = [ivarName substringFromIndex:1];                // 去字典中尋找對應value        // key:user  value:NSDictionary                id value = dict[key];                // 二級轉換:判斷下value是否是字典,如果是,字典轉換層對應的模型        // 並且是自訂對象才需要轉換        if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]] && ![ivarType hasPrefix:@"NS"]) {            // 字典轉換成模型 userDict => User模型            // 轉換成哪個模型            // 擷取類            Class modelClass = NSClassFromString(ivarType);                        value = [modelClass modelWithDict:value];        }                // 給模型中屬性賦值        if (value) {            [objc setValue:value forKey:key];        }    }            return objc;}

 

基本的代碼就是上面這樣。

面試題說說什麼是runtime

1>OC 是一個全動態語言，OC 的一切都是基於 Runtime 實現的
平時編寫的OC代碼, 在程式運行過程中, 其實最終都是轉成了runtime的C語言代碼, runtime算是OC的幕後工作者
比如:

OC :[[Person alloc] init]runtime :objc_msgSend(objc_msgSend("Person" , "alloc"), "init")

 

2>runtime是一套比較底層的純C語言API, 屬於1個C語言庫, 包含了很多底層的C語言API
3>runtimeAPI的實現是用 C++ 開發的(源碼中的實現檔案都是mm)，是一套蘋果開源的架構