iOS Runtime原理及使用

阿新 • • 發佈：2020-11-14

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連線推遲到執行時。也就是說只有編譯器是不夠的，還需要一個執行時系統 (runtime system) 來執行編譯後的程式碼。這就是 Objective-C Runtime 系統存在的意義，它是整個Objc執行框架的一塊基石。

RunTime簡稱執行時。OC就是執行時機制，其中最主要的是訊息機制。對於C語言，函式的呼叫在編譯的時候會決定呼叫哪個函式。對於OC的函式，屬於動態呼叫過程，在編譯的時候並不能決定真正呼叫哪個函式，只有在真正執行的時候才會根據函式的名稱找到對應的函式來呼叫。

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相關的標頭檔案

ios的sdk中 usr/include/objc資料夾下面有這樣幾個檔案

都是和執行時相關的標頭檔案，其中主要使用的函式定義在message.h和runtime.h這兩個檔案中。在message.h中主要包含了一些向物件傳送訊息的函式，這是OC物件方法呼叫的底層實現。

使用時，需要匯入檔案，匯入如：

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

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

操作物件的型別的定義

/// An opaque type that represents a method in a class definition. 一個型別，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.代表例項(物件)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宣告的屬性
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;

這些型別的定義，對一個類進行了完全的分解，將類定義或者物件的每一個部分都抽象為一個型別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式獲取這些屬性，例如：如果想要獲取Class的name屬性，可以按如下方法獲取:

Class classPerson = Person.class;
// printf("%s\n", classPerson->name); //用這種方法已經不能獲取name了 因為OBJC2_UNAVAILABLE
const char *cname  = class_getName(classPerson);
printf("%s", cname); // 輸出:Person

函式的定義

對物件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
對類或物件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

根據以上的函式的字首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，可以獲取記憶體中類的載入資訊,類的列表，關聯物件和關聯屬性等操作。

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

傳送訊息

方法呼叫的本質，就是讓物件傳送訊息。

objc_msgSend,只有物件才能傳送訊息，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物件
    Person *p = [[Person alloc] init];

    // 呼叫物件方法
    [p eat];

    // 本質：讓物件傳送訊息
    objc_msgSend(p, @selector(eat));

    // 呼叫類方法的方式：兩種
    // 第一種通過類名呼叫
    [Person eat];
    // 第二種通過類物件呼叫
    [[Person class] eat];

    // 用類名呼叫類方法，底層會自動把類名轉換成類物件呼叫
    // 本質：讓類物件傳送訊息
    objc_msgSend([Person class], @selector(eat));

我們可以通過clang來檢視程式碼生成的CPP程式碼。

最終程式碼,需要把當前程式碼重新編譯,用xcode編譯器,clang

clang -rewrite-objc main.m 檢視最終生成程式碼

交換方法

交換方法實現的需求場景：自己建立了一個功能性的方法，在專案中多次被引用，當專案的需求發生改變時，要使用另一種功能代替這個功能，要求是不改變舊的專案(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，在不改變專案的程式碼，而只是增加了新的程式碼的情況下，就完成了專案的改進。

交換兩個方法的實現一般寫在類的load方法裡面，因為load方法會在程式執行前載入一次，而initialize方法會在類或者子類在第一次使用的時候呼叫，當有分類的時候會呼叫多次。

@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下圖片是否載入成功。
    // 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，就能呼叫imageWithName，間接呼叫imageWithName的實現。
    UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"123"];
}

@end

@implementation UIImage (Image)
// 載入分類到記憶體的時候呼叫
+ (void)load
{
    // 交換方法

    // 獲取imageWithName方法地址
    Method imageWithName = class_getClassMethod(self, @selector(imageWithName:));

    // 獲取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，而且分類中不能呼叫super.

// 既能載入圖片又能列印
+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name
{
    // 這裡呼叫imageWithName，相當於呼叫imageName
    UIImage *image = [self imageWithName:name];

    if (image == nil) {
        NSLog(@"載入空的圖片");
    }

    return image;
}

@end

類\物件的關聯物件

關聯物件不是為類\物件新增屬性或者成員變數(因為在設定關聯後也無法通過ivarList或者propertyList取得)，而是為類新增一個相關的物件，通常用於儲存類資訊，例如儲存類的屬性列表陣列，為將來字典轉模型的方便。

使用方式一：給分類新增屬性

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

    // 給系統NSObject類動態新增屬性name
    NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
    objc.name = @"小碼哥";
    NSLog(@"%@",objc.name);
}

@end


// 定義關聯的key
static const char *key = "name";

@implementation NSObject (Property)

- (NSString *)name
{
    // 根據關聯的key，獲取關聯的值。
    return objc_getAssociatedObject(self, key);
}

- (void)setName:(NSString *)name
{
    // 第一個引數：給哪個物件新增關聯
    // 第二個引數：關聯的key，通過這個key獲取
    // 第三個引數：關聯的value
    // 第四個引數:關聯的策略
    objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

@end

使用方式二：給物件新增關聯物件。

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

/**
 *  刪除點選
 *  @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];
    
    // 傳遞多引數
    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方法的引數解釋:

第一個引數id object, 當前物件
第二個引數const void *key, 關聯的key，是c字串
第三個引數id value, 被關聯的物件的值
第四個引數objc_AssociationPolicy policy關聯引用的規則

動態新增方法

開發使用場景：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，需要給每個方法生成對映表，可以使用動態給某個類，新增方法解決。

經典面試題：有沒有使用performSelector，其實主要想問你有沒有動態新增過方法。

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呼叫，但是會報錯。
    // 動態新增方法就不會報錯
    [p performSelector:@selector(eat)];
}

@end


@implementation Person
// void(*)()
// 預設方法都有兩個隱式引數，
void eat(id self,SEL sel)
{
    NSLog(@"%@ %@",self,NSStringFromSelector(sel));
}

// 當一個物件呼叫未實現的方法，會呼叫這個方法處理,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新增的方法
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == @selector(eat)) {
        // 動態新增eat方法

        // 第一個引數：給哪個類新增方法
        // 第二個引數：新增方法的方法編號
        // 第三個引數：新增方法的函式實現（函式地址）
        // 第四個引數：函式的型別，(返回值+引數型別) v:void @:物件->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.遍歷字典中所有key,去模型中查詢有沒有對應的屬性
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull key, id  _Nonnull value, BOOL * _Nonnull stop) {
        
        // 2.去模型中查詢有沒有對應屬性 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.想給系統方法新增額外功能 2.不想要系統方法實現
// 系統找不到就會呼叫這個方法,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，通過遍歷模型的值，從字典中取值。

// Ivar:成員變數 以下劃線開頭
// 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.獲取模型中所有成員變數 key
    // 獲取哪個類的成員變數
    // count:成員變數個數
    unsigned int count = 0;
    // 獲取成員變數陣列
    Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);
    
    // 遍歷所有成員變數
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        // 獲取成員變數
        Ivar ivar = ivarList[i];
        
        // 獲取成員變數名字
        NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
        // 獲取成員變數型別
        NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
        // @\"User\" -> User
        ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\"" withString:@""];
        ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@" withString:@""];
        // 獲取key
        NSString *key = [ivarName substringFromIndex:1];
        
        // 去字典中查詢對應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
        // 並且是自定義物件才需要轉換
        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

            // 獲取類
            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;
}

基本的程式碼就是上面這樣。

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程式碼, 在程式執行過程中, 其實最終都是轉成了runtime的C語言程式碼, 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(原始碼中的實現檔案都是mm)，是一套蘋果開源的框架

使用過runtime嗎，用它來做什麼

本文二、三部分。

參考：

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

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

runtime的方法呼叫流程？

怎麼去呼叫eat方法 ,物件方法:類物件的方法列表類方法:元類中方法列表

1.通過isa去對應的類中查詢

2.註冊方法編號

3.根據方法編號去查詢對應方法

4.找到只是最終函式實現地址,根據地址去方法區呼叫對應函式

iOS Runtime原理及使用

runtime簡介

Runtime相關的標頭檔案

操作物件的型別的定義

函式的定義

runtime應用

傳送訊息

交換方法

類\物件的關聯物件

動態新增方法

字典轉模型KVC實現

面試題

說說什麼是runtime

使用過runtime嗎，用它來做什麼

iOS Runtime原理及使用

iOS 應用簽名原理及重籤技術

iOS delegate使用及原理實現

iOS NSNotification使用及原理實現

iOS逆向 - 應用簽名原理及重簽名 (重籤微信應用實戰)

iOS RunTime 底層原理探究

iOS底層原理——KVC使用實踐以及實現

重拾iOS-編譯原理

iOS - 渲染原理

iOS——runtime（4）：淺析物件的建立

iOS —— runtime（2）：淺析NSObject物件的Class

iOS block原理詳解

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設計模式 - 動態代理原理及模仿JDK Proxy 寫一個屬於自己的動態代理

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Mysql主從複製原理及同步延遲問題

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使用過runtime嗎，用它來做什麼

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