iOS开发探索-Runtime原理解读及实践.doc

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iOS开发探索-Runtime原理解读及实践　　我们初次接触runtime,听起来总是那么神秘高级,各种论坛对runtime介绍数不胜数。笔者今天对"高大上"的runtime进行简单的梳理,如有不足,欢迎各位大神吐槽。　　一、基本概念　　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。在我们平时编写的OC代码中, 程序运行过程时, 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。　　RunTime简称运行时,就是系统在运行的时候的一些机制，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，编译完成之后直接顺序执行，无任何二义性。　　OC的函数调用成为消息发送。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(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，只要申明过就不会报错。而C语言在编译阶段就会报错)。　　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。　　二、基本结构及其继承关系　　要谈runtime首先必然要先了解OC的对象以及类的结构，这非常有助与我们理解其动态性。　　首先我们打开<objc/objc.h> 　　文件，可以看到如下定义： #if !OBJC_TYPES_DEFINED/// An opaque type that represents an Objective-C class.typedef struct objc_class *Class;/// Represents an instance of a class.struct objc_object { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;};/// A pointer to an instance of a class.typedef struct objc_object *id;#endif 　　通过上面定义我们可以看出以下几点：　　我们常用的id类型实际上一个指向objc_object结构体的指针，id通常指代一个对象，也就是说OC对象其实就一个指向objc_object结构体的指针　　我们看objc_object结构体定义，得知其结构体内有一个类型为Class的字段isa，这就是我们常说的isa指针了。　　再来看Class的声明，为一个指向objc_class的指针，　　实际上isa就是指明当前结构体所属类型，我们可以理解为objc_object为Class类型的　　接下来我们继续打开，来看objc_class声明 struct objc_class { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; #if !__OBJC2__ Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;// 父类 const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;// 类名 long version OBJC2_UNAVAILABLE;// 类的版本信息，默认为0 long info OBJC2_UNAVAILABLE;// 类信息，供运行期使用的一些位标识 long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;// 该类的实例变量大小 struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;// 该类的成员变量链表 struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;// 该类的成员变量链表 struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;// 该类的成员变量链表 struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;// 该类的成员变量链表#endif } OBJC2_UNAVAILABLE; 　　下面说一下我们感兴趣的几个字段：　　isa：这里的isa指针同样是一个指向objc_class的指针，表明该Class的类型，这里的isa指针指向的就是我们常说的meta-class了。　　不难看出，类本身也是一个对象　　super_class：这个指针就是指向该class的super class，即指向父类，如果该类已经是最顶层的根类(如NSObject或NSProxy)，则super_class为NULL。　　cache：用于缓存最近使用的方法。一个接收者对象接收到一个消息时，它会根据isa指针去查找能够响应这个消息的对象。　　在实际使用中，这个对象只有一部分方法是常用的，很多方法其实很少用或者根本用不上。　　这种情况下，如果每次消息来时，我们都是methodLists中遍历一遍，性能势必很差。这时，cache就派上用场了。　　在我们每次调用过一个方法后，这个方法就会被缓存到cache列表中，下次调用的时候runtime就会优先去cache中查找，如果cache没有，才去methodLists中查找方法。　　这样，对于那些经常用到的方法的调用，但提高了调用的效率。　　version：我们可以使用这个字段来提供类的版本信息。这对于对象的序列化非常有用，它可是让我们识别出不同类定义版本中实例变量布局的改变。　　objc_method_list: 方法链表中存放的是该类的成员方法(-方法)，类方法(+方法)存在meta-class的objc_method_list链表中。　　以下通过图来描述相应的继承关系： mMFF7nz.png 　　注意：　　所有metaclass中isa指针都指向跟metaclass,而跟metaclass则指向自身。　　Root metaclass是通过继承Root class产生的,与root class结构体成员一致，也就是前面提到的结构。　　不同的是Root metaclass的isa指针指向自身。　　root class的super class 指向的是nil。　　此时我们再来理解一下当你调用 respondsToSelector: 　　这样的方法的时候，实例对象只需要根据其isa指针，找到其所属的class，然后遍历其methodLists。　　如果没有，那么根据这个类的super_class找到其父类，再看其父类是否能相应这个方法就可以了。　　直到super_class为nil时，就无法相应这个方法了，return NO。　　同理，当我们使用类名调用类方法(+方法)时，只需要根据class的isa指针，找到其meta-class，然后通过meta-class的methodLists找到相应的方法既可。　　三、常见的作用　　1. 动态的添加对象的成员变量和方法,修改属性值和方法　　2. 动态交换两个方法的实现　　3. 实现分类也可以添加属性　　4. 实现NSCoding的自动归档和解档　　5. 实现字典转模型的自动转换　　6. 动态创建一个类(比如KVO的底层实现) 　　OC的方法调用在Runtime中具体的实现　　1.OC代码调用方法 Receiver *receiver = [[Receiver alloc] init]; [receiver message]; 　　2.在编译时RunTime会将上述代码转化成[发送消息] objc_msgSend(receiver,@selector(message)); 　　四、编写代码实现　　通过创建Student类来示例: #import #import @interface Student : NSObject@property(nonatomic,copy)NSString *name; - (void)eat; - (void)sleep;@end 　　Student.m 实现文件 #import "Student.h" @implementation Student - (void)eat{ NSLog(@"%@吃饭了",self.name); } - (void)sleep{ NSLog(@"%@睡觉了",self.name); } @end 　　1. 动态变量控制 - (void)changeVariable { Student *student = [Student new]; student.name = @"乔布斯"; NSLog(@"%@",student.name); unsigned int count; Ivar *ivar = class_copyIvarList([student class], &count); for (int i = 0; i< count; i++) { Ivar var = ivar[i]; const char *varName = ivar_getName(var); NSString *name = [NSString stringWithCString:varName encoding:NSUTF8StringEncoding]; if ([name isEqualToString:@"_name"]) { object_setIvar(student, var, @"Steve Jobs"); break; } } NSLog(@"%@",student.name); } 　　输出结果: 　　2016-02-22 11:06:00.153 Day2016-02-04[9296:1003059] 乔布斯 2016-02-22 11:06:03.155 Day2016-02-04[9296:1003059] Steve Jobs 　　2.动态添加方法 void happyNewYear(id self, SEL _cmd){ NSLog(@"新年快乐"); } 　　注意: 　　1.void的前面没有+、-号，因为只是C的代码。　　2.必须有两个指定参数(id self,SEL _cmd) - (void)addMethod { Student *student = [Student new]; student.name = @"乔布斯"; class_addMethod([student class], @selector(join), (IMP)happyNewYear, "v@:"); [student performSelector:@selector(join)]; } 　　参数说明：　　(IMP)happyNewYear 意思是happyNewYear的地址指针; 　　"v@:" 意思是，v代表无返回值void，如果是i则代表int;@代表 id sel; : 代表 SEL _cmd; 　　“v@:@@” 意思是，两个参数的没有返回值。　　输出结果　　2016-02-22 11:10:06.379 Day2016-02-04[9296:1003059] 新年快乐　　3. 动态为Category扩展加属性　　XCode运行你在Category的.h文件申明@Property，编译通过，但运行时如果没有Runtime处理，进行赋值取值，就马上报错。　　首先添加分类Student+Category 　　Student+Category.h文件 #import "Student.h"@interface Student (Category)@property(nonatomic,copy)NSString *firstName;@end 　　Student+Category.m文件 #import "Student+Category.h" #import @implementation Student (Category) const char name; - (void)setFirstName:(NSString *)firstName { objc_setAssociatedObject(self, &name, firstName, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC); } -(NSString *)firstName { return objc_getAssociatedObject(self, &name); } @end 　　调用实现 - (void)addExtentionProperty { Student *student = [Student new]; student.firstName = @"Steve"; NSLog(@"添加属性firstName结果:%@ ",student.firstName); } 　　输出结果: 　　2016-02-22 11:21:58.765 Day2016-02-04[9354:1010756] 添加属性firstName结果:Steve 　　4.动态交换方法实现 - (void)exchangeMethod { Student *student = [Student new]; student.name = @"乔布斯"; [student eat]; [student sleep]; NSLog(@"----------交换方法实现-----------"); Method m1 = class_getInstanceMethod([student class], @selector(eat)); Method m2 = class_getInstanceMethod([student class], @selector(sleep)); method_exchangeImplementations(m1, m2); [student eat]; [student sleep]; } 　　输出结果: 　　2016-02-22 11:30:10.068 Day2016-02-04[9424:1014697] 乔布斯吃饭了　　2016-02-22 11:30:10.069 Day2016-02-04[9424:1014697] 乔布斯睡觉了　　2016-02-22 11:30:10.069 Day2016-02-04[9424:1014697] ----------交换方法实现---------- 　　2016-02-22 11:30:10.070 Day2016-02-04[9424:1014697] 乔布斯睡觉了 2016-02-22 　　11:30:10.070 Day2016-02-04[9424:1014697] 乔布斯吃饭了　　参考Demo:

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