深入Objective-C的动态特性

Posted 2021-04-30 iOS开发

Objective-C具有相当多的动态特性，基本的，也是经常被提到和用到的有动态类型（Dynamic typing），动态绑定（Dynamic binding）和动态加载（Dynamic loading）。

这些动态特性都是在Cocoa程序开发时非常常用的语言特性，而在这之后，OC在底层也提供了相当丰富的运行时的特性，比如枚举类属性方法、获取方 法实现等等。虽然在平常的Cocoa开发中这些较底层的运行特性基本用不着，但是在某些情况下如果你知道这些特性并合理加以运用的话，往往能事半功倍～

动态特性基础

1、动态类型

即运行时再决定对象的类型。这类动态特性在日常应用中非常常见，简单说就是id类型。id类型即通用的对象类，任何对象都可以被id指针所指，而在实际使用中，往往使用introspection来确定该对象的实际所属类：

id obj = someInstance;  
if ([obj isKindOfClass:someClass])  
{
    someClass *classSpecifiedInstance = (someClass *)obj;
    // Do Something to classSpecifiedInstance which now is an instance of someClass //... }

-isMemberOfClass: 是 NSObject 的方法，用以确定某个 NSObject 对象是否是某个类的成员。与之相似的为 -isKindOfClass:，可以用以确定某个对象是否是某个类或其子类的成员。这两个方法为典型的introspection方法。在确定对象为某类成员后，可以安全地进行强制转换，继续之后的工作。

2、动态绑定

基于动态类型，在某个实例对象被确定后，其类型便被确定了。该对象对应的属性和响应的消息也被完全确定，这就是动态绑定。在继续之前，需要明确 Objective-C中消息的概念。由于OC的动态特性，在OC中其实很少提及“函数”的概念，传统的函数一般在编译时就已经把参数信息和函数实现打包 到编译后的源码中了，而在OC中最常使用的是消息机制。调用一个实例的方法，所做的是向该实例的指针发送消息，实例在收到消息后，从自身的实现中寻找响应 这条消息的方法。

动态绑定所做的，即是在实例所属类确定后，将某些属性和相应的方法绑定到实例上。这里所指的属性和方法当然包括了原来没有在类中实现的，而是在运行 时才需要的新加入的实现。在Cocoa层，我们一般向一个NSObject对象发送-respondsToSelector:或者 -instancesRespondToSelector:等来确定对象是否可以对某个SEL做出响应，而在OC消息转发机制被触发之前，对应的类 的+resolveClassMethod:和+resolveInstanceMethod:将会被调用，在此时有机会动态地向类或者实例添加新的方 法，也即类的实现是可以动态绑定的。一个例子：

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd)  
{    // implementation ....}//该方法在OC消息转发生效前被调用+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL
{ 
    if (aSEL == @selector(resolveThisMethodDynamically)) {        //向[self class]中新加入返回为void的实现，SEL名字为aSEL，实现的具体内容为dynamicMethodIMP class_addMethod([self class], aSEL, (IMP) dynamicMethodIMP, “v@:”);
        return YES;
    }    return [super resolveInstanceMethod:aSel];
}  

当然也可以在任意需要的地方调用class_addMethod或者method_setImplementation（前者添加实现，后者替换实现），来完成动态绑定的需求。

3、动态加载

根据需求加载所需要的资源，这点很容易理解，对于ios开发来说，基本就是根据不同的机型做适配。最经典的例子就是在Retina设备上加载@2x 的图片，而在老一些的普通屏设备上加载原图。随着Retina iPad的推出，和之后可能的Retina Mac的出现，这个特性相信会被越来越多地使用。

深入运行时特性

基本的动态特性在常规的Cocoa开发中非常常用，特别是动态类型和动态绑定。由于Cocoa程序大量地使用Protocol-Delegate的 设计模式，因此绝大部分的delegate指针类型必须是id，以满足运行时delegate的动态替换（在Java里这个设计模式被叫做 Strategy？不是很懂Java，求纠正）。而Objective-C还有一些高级或者说更底层的运行时特性，在一般的Cocoa开发中较为少见，基 本被运用与编写OC和其他语言的接口上。但是如果有所了解并使用得当的话，在Cocoa开发中往往可以轻易解决一些棘手问题。

这类运行时特性大多由/usr/lib/libobjc.A.dylib这个动态库提供，里面包括了对于类、实例成员、 成员方法和消息发送的很多API，包括获取类实例变量列表，替换类中的方法，为类成员添加变量，动态改变方法实现等，十分强大。完整的API列表和手册可 以在这里找到。虽然文档开头表明是对于Mac OS X Objective-C 2.0适用，但是由于这些是OC的底层方法，因此对于iOS开发来说也是完全相同的。

一个简单的例子，比如在开发Universal应用或者游戏时，如果使用IB构建了大量的自定义的UI，那么在由iPhone版转向iPad版的过程中所面临的一个重要问题就是如何从不同的nib中加载界面。在iOS5之前，所有的UIViewController在使用默认的界面加载时(init或者initWithNibName:bundle:)，都会走-loadNibNamed:owner:options:。而因为我们无法拿到-loadNibNamed:owner:options的实现，因此对其重载是比较困难而且存在风险的。因此在做iPad版本的nib时，一个简单的办法是将所有的nib的命名方式统一，然后使用自己实现的新的类似-loadNibNamed:owner:options的方法将原方法替换掉，同时保证非iPad的设备还走原来的loadNibNamed:owner:options方法。使用OC运行时特性可以较简单地完成这一任务。

代码如下，在程序运行时调用+swizze，交换自己实现的loadPadNibNamed:owner:options和系统的loadNibNamed:owner:options，之后所有的loadNibNamed:owner:options消息都将会发为loadPadNibNamed:owner:options，由自己的代码进行处理。

+(BOOL)swizze {
    Method oldMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(loadNibNamed:owner:options:));    if (!oldMethod) {        return NO;
    }
    Method newMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(loadPadNibNamed:owner:options:));    if (!newMethod) {        return NO;
    }
    method_exchangeImplementations(oldMethod, newMethod);    return YES;
}  

loadPadNibNamed:owner:options的实现如下，注意在其中的loadPadNibNamed:owner:options由于之前已经进行了交换，因此实际会发送为系统的loadNibNamed:owner:options。以此完成了对不同资源的加载。

-(NSArray *)loadPadNibNamed:(NSString *)name owner:(id)owner options:(NSDictionary *)options {    NSString *newName = [name stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@pad" withString:@""];
    newName = [newName stringByAppendingFormat:@"@pad"];    //判断是否存在
    NSFileManager *fm = [NSFileManager defaultManager];    NSString* filepath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:newName ofType:@”nib”];    //这里调用的loadPadNibNamed:owner:options:实际为为交换后的方法，即loadNibNamed:owner:options:
    if ([fm fileExistsAtPath:filepath]) {        return [self loadPadNibNamed:newName owner:owner options:options];
    } else {        return [self loadPadNibNamed:name owner:owner options:options]; 
    }
}  

当然这只是一个简单的例子，而且这个功能也可以通过别的方法来实现。比如添加UIViewController的类别来重载init，但是这样的重 载会比较危险，因为你UIViewController的实现你无法完全知道，因此可能会由于重载导致某些本来应有的init代码没有覆盖，从而出现不可 预测的错误。当然在上面这个例子中重载VC的init的话没有什么问题(因为对于VC，init的方法会被自动转发为 loadNibNamed:owner:options，因此init方法并没有做其他更复杂的事情，因此只要初始化VC时使用的都是init的话就没有 问题)。但是并不能保证这样的重载对于其他类也是可行的。因此对于实现未知的系统方法，使用上面的运行时交换方法会是一个不错的选择～

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