（转）iOS-Runtime知识点整理

Posted 2020-08-31 徐家汇123

• runtime简介

  因为Objc是一门动态语言，所以它总是想办法把一些决定工作从编译连接推迟到运行时。也就是说只有编译器是不够的，还需要一个运行时系统 (runtime system) 来执行编译后的代码。这就是 Objective-C Runtime 系统存在的意义，它是整个Objc运行框架的一块基石。

  RunTime简称运行时。OC就是运行时机制，其中最主要的是消息机制。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。

  Runtime基本是用C和汇编写的，可见苹果为了动态系统的高效而作出的努力。你可以在这里下到苹果维护的开源代码。苹果和GNU各自维护一个开源的runtime版本，这两个版本之间都在努力的保持一致。

  Runtime相关的头文件

  ios的sdk中 usr/include/objc文件夹下面有这样几个文件

  

  都是和运行时相关的头文件，其中主要使用的函数定义在message.h和runtime.h这两个文件中。 在message.h中主要包含了一些向对象发送消息的函数，这是OC对象方法调用的底层实现。

  使用时，需要导入文件，导入如：

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

  runtime.h是运行时最重要的文件，其中包含了对运行时进行操作的方法。 主要包括：

  操作对象的类型的定义

  

  /// An opaque type that represents a method in a class definition. 一个类型，代表着类定义中的一个方法
  typedef struct objc_method *Method;
  
  /// An opaque type that represents an instance variable.代表实例(对象)的变量
  typedef struct objc_ivar *Ivar;
  
  /// An opaque type that represents a category.代表一个分类
  typedef struct objc_category *Category;
  
  /// An opaque type that represents an Objective-C declared property.代表OC声明的属性
  typedef struct objc_property *objc_property_t;
  
  // Class代表一个类，它在objc.h中这样定义的  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;

  

  这些类型的定义，对一个类进行了完全的分解，将类定义或者对象的每一个部分都抽象为一个类型type，对操作一个类属性和方法非常方便。OBJC2_UNAVAILABLE标记的属性是Ojective-C 2.0不支持的,但实际上可以用响应的函数获取这些属性，例如：如果想要获取Class的name属性，可以按如下方法获取:

  Class classPerson = Person.class;
  // printf("%s\\n", classPerson->name); //用这种方法已经不能获取name了 因为OBJC2_UNAVAILABLE
  const char *cname  = class_getName(classPerson);
  printf("%s", cname); // 输出:Person

  函数的定义

  • 对对象进行操作的方法一般以object_开头
  • 对类进行操作的方法一般以class_开头
  • 对类或对象的方法进行操作的方法一般以method_开头
  • 对成员变量进行操作的方法一般以ivar_开头
  • 对属性进行操作的方法一般以property_开头开头
  • 对协议进行操作的方法一般以protocol_开头

  根据以上的函数的前缀 可以大致了解到层级关系。

  对于以objc_开头的方法，则是runtime最终的管家，可以获取内存中类的加载信息,类的列表，关联对象和关联属性等操作。

  例如：使用runtime对当前的应用中加载的类进行打印，别被吓一跳。

  

  - (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应用

  发送消息

  方法调用的本质，就是让对象发送消息。

  objc_msgSend,只有对象才能发送消息，因此以objc开头.

  使用消息机制前提，必须导入#import <objc/message.h>

  消息机制简单使用：

   

  

       // 创建person对象
      Person *p = [[Person alloc] init];
  
      // 调用对象方法
      [p eat];
  
      // 本质：让对象发送消息
      objc_msgSend(p, @selector(eat));
  
      // 调用类方法的方式：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));

  

  我们可以通过clang来查看代码生成的CPP代码。

  最终代码,需要把当前代码重新编译,用xcode编译器,clang

  clang -rewrite-objc main.m 查看最终生成代码

  交换方法

  交换方法实现的需求场景：自己创建了一个功能性的方法，在项目中多次被引用，当项目的需求发生改变时，要使用另一种功能代替这个功能，要求是不改变旧的项目(也就是不改变原来方法的实现)。

  可以在类的分类中，再写一个新的方法(是符合新的需求的),然后交换两个方法的实现。这样，在不改变项目的代码，而只是增加了新的代码 的情况下，就完成了项目的改进。

  交换两个方法的实现一般写在类的load方法里面，因为load方法会在程序运行前加载一次，而initialize方法会在类或者子类在 第一次使用的时候调用，当有分类的时候会调用多次。

  

  @implementation ViewController
  
  - (void)viewDidLoad {
      [super viewDidLoad];
      // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
      // 需求：给imageNamed方法提供功能，每次加载图片就判断下图片是否加载成功。
      // 步骤一：先搞个分类，定义一个能加载图片并且能打印的方法+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name;
      // 步骤二：交换imageNamed和imageWithName的实现，就能调用imageWithName，间接调用imageWithName的实现。
      UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"123"];
  }
  
  @end
  
  @implementation UIImage (Image)
  // 加载分类到内存的时候调用
  + (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);
  }
  
  // 不能在分类中重写系统方法imageNamed，因为会把系统的功能给覆盖掉，而且分类中不能调用super.
  
  // 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

  

  类\\对象的关联对象

  关联对象不是为类\\对象添加属性或者成员变量(因为在设置关联后也无法通过ivarList或者propertyList取得) ，而是为类添加一个相关的对象，通常用于存储类信息，例如存储类的属性列表数组，为将来字典转模型的方便。 

  使用方式一：给分类添加属性

   

  

  @implementation ViewController
  
  - (void)viewDidLoad {
      [super viewDidLoad];
      // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
  
      // 给系统NSObject类动态添加属性name
      NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
      objc.name = @"小码哥";
      NSLog(@"%@",objc.name);
  }
  
  @end
  
  
  // 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

  

  使用方式二：给对象添加关联对象。

  比如alertView,一般传值，使用的是alertView的tag属性。我们想把更多的参数传给alertView代理：

  

  /**
   *  删除点击
   *  @param recId        购物车ID
   */
  - (void)shopCartCell:(BSShopCartCell *)shopCartCell didDeleteClickedAtRecId:(NSString *)recId
  {
      UIAlertView *alert = [[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"" message:@"确认要删除这个宝贝" delegate:self cancelButtonTitle:@"取消" otherButtonTitles:@"确定", nil];
      
      // 传递多参数
      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];
  }
  
  /**
   *  确定删除操作
   */
  - (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方法的参数解释:

  1. 第一个参数id object, 当前对象
  2. 第二个参数const void *key, 关联的key，是c字符串 
  3. 第三个参数id value, 被关联的对象的值 
  4. 第四个参数objc_AssociationPolicy policy关联引用的规则

   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，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。

  经典面试题：有没有使用performSelector，其实主要想问你有没有动态添加过方法。

  简单使用:

  

  @implementation ViewController
  
  - (void)viewDidLoad {
      [super viewDidLoad];
      // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
  
      Person *p = [[Person alloc] init];
  
      // 默认person，没有实现eat方法，可以通过performSelector调用，但是会报错。
      // 动态添加方法就不会报错
      [p performSelector:@selector(eat)];
  }
  
  @end
  
  
  @implementation Person
  // void(*)()
  // 默认方法都有两个隐式参数，
  void eat(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.
  // 刚好可以用来判断，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(eat)) {
          // 动态添加eat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, @selector(eat), eat, "v@:");
      }
      return [super resolveInstanceMethod:sel];
  }
  @end

  

  字典转模型KVC实现

  KVC：把字典中所有值给模型的属性赋值。这个是要求字典中的Key,必须要在模型里能找到相应的值，如果找不到就会报错。基本原理如：

  

      // KVC原理:
      // 1.遍历字典中所有key,去模型中查找有没有对应的属性
      [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull key, id  _Nonnull value, BOOL * _Nonnull stop) {
          
          // 2.去模型中查找有没有对应属性 KVC
          // key:source value:来自即刻笔记
          // [item setValue:@"来自即刻笔记" forKey:@"source"]
          [item setValue:value forKey:key];
      }];

  

  但是，在实际开发中，从字典中取值,不一定要全部取出来。因此，我们可以通过重写KVC 中的 forUndefinedKey这个方法，就不会进行报错处理。

  

  // 重写系统方法? 1.想给系统方法添加额外功能 2.不想要系统方法实现
  // 系统找不到就会调用这个方法,报错
  - (void)setValue:(id)value forUndefinedKey:(NSString *)key
  {
      
  }

  

  另外，我们可以通过runtime的方式去实现。我们把KVC的原理倒过来，通过遍历模型的值，从字典中取值。

  

  // Ivar:成员变量 以下划线开头
  // Property:属性
  + (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict
  {
      id objc = [[self alloc] init];
      
      // runtime:根据模型中属性,去字典中取出对应的value给模型属性赋值
      // 1.获取模型中所有成员变量 key
      // 获取哪个类的成员变量
      // count:成员变量个数
      unsigned int count = 0;
      // 获取成员变量数组
      Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);
      
      // 遍历所有成员变量
      for (int i = 0; i < count; i++) {
          // 获取成员变量
          Ivar ivar = ivarList[i];
          
          // 获取成员变量名字
          NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
          // 获取成员变量类型
          NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
          // @\\"User\\" -> User
          ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\\"" withString:@""];
          ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@" withString:@""];
          // 获取key
          NSString *key = [ivarName substringFromIndex:1];
          
          // 去字典中查找对应value
          // key:user  value:NSDictionary
          
          id value = dict[key];
          
          // 二级转换:判断下value是否是字典,如果是,字典转换层对应的模型
          // 并且是自定义对象才需要转换
          if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]] && ![ivarType hasPrefix:@"NS"]) {
              // 字典转换成模型 userDict => User模型
              // 转换成哪个模型
  
              // 获取类
              Class modelClass = NSClassFromString(ivarType);
              
              value = [modelClass modelWithDict:value];
          }
          
          // 给模型中属性赋值
          if (value) {
              [objc setValue:value forKey:key];
          }
      }
          
      return objc;
  }

  

  基本的代码就是上面这样。

  面试题

  说说什么是runtime

  1>OC 是一个全动态语言，OC 的一切都是基于 Runtime 实现的
  平时编写的OC代码, 在程序运行过程中, 其实最终都是转成了runtime的C语言代码, runtime算是OC的幕后工作者
  比如:

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

  2>runtime是一套比较底层的纯C语言API, 属于1个C语言库, 包含了很多底层的C语言API
  3>runtimeAPI的实现是用 C++ 开发的(源码中的实现文件都是mm)，是一套苹果开源的框架

  使用过runtime吗，用它来做什么

  本文二、三部分。

   

  参考：

  http://www.cnblogs.com/Mike-zh/p/4557014.html

  http://www.jianshu.com/users/b09c3959ab3b/latest_articles

  runtime的方法调用流程？

       怎么去调用eat方法 ,对象方法:类对象的方法列表 类方法:元类中方法列表

       1.通过isa去对应的类中查找

       2.注册方法编号

       3.根据方法编号去查找对应方法

       4.找到只是最终函数实现地址,根据地址去方法区调用对应函数