OC中Runtime浅析

最近了解了一下OC的Runtime，真的是OC中很强大的一个机制，看起来比较底层，但其实可以有很多活用的方式。

什么是Runtime

我们虽然是用Objective-C写的代码，其实在运行过程中都会被转化成C代码去执行。比如说OC的方法调用都会转成C函数 id objc_msgSend ( id self, SEL op, … ); 而OC中的对象其实在Runtime中都会用结构体来表示，这个结构体中包含了类名、成员变量列表、方法列表、协议列表、缓存等。

类在Runtime中的表示：

struct objc_class {
    Class isa;//指针，顾名思义，表示是一个什么，
    //实例的isa指向类对象，类对象的isa指向元类

#if !__OBJC2__
    Class super_class;  //指向父类
    const char *name;  //类名
    long version;
    long info;
    long instance_size
    struct objc_ivar_list *ivars //成员变量列表
    struct objc_method_list **methodLists; //方法列表
    struct objc_cache *cache;//缓存
    //一种优化，调用过的方法存入缓存列表，下次调用先找缓存
    struct objc_protocol_list *protocols //协议列表
    #endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

整个Runtime机制其实可以挖的点很多，这里只是简单的介绍一些常见的用法，如果将其细细解析，相信一定会对OC的理解加深几个层面。

获取属性/方法/协议列表

最直接的一种用法，就是获取我们的结构体中存储的对象的属性、方法、协议等列表，从而获取其所有这些信息。

要获取也比较简单，但是自己尝试之前需要注意几点：

• 一定要自己给类加几个属性、方法，遵循一些协议，否则当然是看不到输出信息的。
• 要使用这些获取的方法，需要导入头文件 #import

#import 

// 输出类的一些信息
- (void)logInfo {
    unsigned int count;// 用于记录列表内的数量，进行循环输出

    // 获取属性列表
    objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count);
    for (unsigned int i = 0; i < count; i++) {
        const char *propertyName = property_getName(propertyList[i]);
        NSLog(@"property --> %@", [NSString stringWithUTF8String:propertyName]);
    }

    // 获取方法列表
    Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &count);
    for (unsigned int i; i < count; i++) {
        Method method = methodList[i];
        NSLog(@"method --> %@", NSStringFromSelector(method_getName(method)));
    }

    // 获取成员变量列表
    Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);
    for (unsigned int i; i < count; i++) {
        Ivar myIvar = ivarList[i];
        const char *ivarName = ivar_getName(myIvar);
        NSLog(@"Ivar --> %@", [NSString stringWithUTF8String:ivarName]);
    }

    // 获取协议列表
    __unsafe_unretained Protocol **protocolList = class_copyProtocolList([self class], &count);
    for (unsigned int i; i < count; i++) {
        Protocol *myProtocal = protocolList[i];
        const char *protocolName = protocol_getName(myProtocal);
        NSLog(@"protocol --> %@", [NSString stringWithUTF8String:protocolName]);
    }
}

方法调用的过程

调用方法分为调用实例方法和调用类方法，在结构体我们可以看到第一个就是一个 isa 指针，会指向类对象或者元类，什么叫元类呢？

每个实例对象有个isa的指针，他指向对象的类，而类里也有个isa的指针, 指向meteClass(元类)。元类保存了类方法的列表。当类方法被调用时，先会从本身查找类方法的实现，如果没有，元类会向他父类查找该方法。同时注意的是：元类（meteClass）也是类，它也是对象。元类也有isa指针,它的isa指针最终指向的是一个根元类(root meteClass)。根元类的isa指针指向本身，这样形成了一个封闭的内循环。

通过isa，就可以不断往上方去回溯自己的父类等，而方法的调用也利用了这个过程：

1. 首先，当然在对象自己缓存的方法列表中去找要调用的方法，找到了就直接执行其实现。
2. 缓存里没找到，就去上面说的它的方法列表里找，找到了就执行其实现。
3. 还没找到，说明这个类自己没有了，就会通过isa去向其父类里执行1、2。
4. 如果找到了根类还没找到，那么就是没有了，会转向一个拦截调用的方法，我们可以自己在拦截调用方法里面做一些处理。
5. 如果没有在拦截调用里做处理，那么就会报错崩溃。

以上就是方法调用的过程。我们可以看到的是，所谓重写父类方法，并不是抹除了父类方法，父类的方法还是存在的，只是我们在子类里面找到了就不会再去父类里找了，是这个层面的“覆盖”。而我们熟悉的 super 调用父类的方法实现，就是告知要去调用父类实现的标识。

拦截调用与动态添加

上面说到了拦截调用，就是在所有地方都找不到方法的实现的话，会出发拦截调用，可以自己去做一些处理避免程序崩溃。那在什么地方做处理呢？NSObject有四个方法可以用来做处理：

// 调用不存在的类方法时触发，默认返回NO，可以加上自己的处理后返回YES
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;

// 调用不存在的实例方法时触发，默认返回NO，可以加上自己的处理后返回YES
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;

// 将调用的不存在的方法重定向到一个其他声明了这个方法的类里去，返回那个类的target
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;

// 将调用的不存在的方法打包成 NSInvocation 给你，自己处理后调用 invokeWithTarget: 方法让某个类来触发
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

假设我们成功拦截下来了，那我们可以做什么处理呢？这个其实就是根据具体情况看你要怎么处理了。但这里有一个久闻其名的东西就可以派上用场了：动态添加方法。

我们知道OC是动态的，也就是说很多东西它不是在编译时去判断，而是在运行时去处理的，这其实带来了很大的灵活性，比如这里我们对于一些不存在的方法的调用，就可以动态去添加上一个方法来代替我们要调用的方法。

比如我们添加一个Button，点击事件我们关联到一个没有具体实现的实例方法，这种情况下如果不做任何处理那么点击Button后一定会崩溃，但是如果我们拦截并动态添加一个方法来报警，就不会崩溃了：

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) UIButton *logBtn;

- (void)notHas;// 要调用的实例方法，没有具体实现
@end

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 添加按钮
    self.logBtn = [[UIButton alloc] initWithFrame:CGRectMake(100, 200, 100, 20)];
    [self.logBtn setTitle:@"测 试" forState:UIControlStateNormal];
    [self.logBtn setTitleColor:[UIColor lightGrayColor] forState:UIControlStateNormal];
    // 添加没有实现的点击事件
    [self.logBtn addTarget:self action:@selector(notHas) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    [self.view addSubview:self.logBtn];

}

// 拦截对不存在的方法的调用
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    NSLog(@"notFind!");
    // 给本类动态添加一个方法
    if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"notHas"]) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)runAddMethod, "v@:*");
    }
    // 注意要返回YES
    return YES;
}

// 要动态添加的方法，这是一个C方法
 void runAddMethod(id self, SEL _cmd, NSString *string) {
     NSLog(@"动态添加一个方法来提示");
}

按照上面的处理，点击按钮后就不会崩溃，而是转到了对 runAddMethod 方法的调用。其实更明确地说，应该是重现了对要调用的方法的实现，将原本要调用的方法的实现，改为了一个新的实现。class_addMethod 方法的第二个参数是要重写的方法，这里用的就是传进来的参数sel，第三个参数就是重写后的实现。第四个参数是方法的签名。

关联对象

什么叫关联对象？说通俗一点，我们都知道用Category类别可以给一些已经存在的，比如系统的类添加方法，但是不能添加新属性，那怎么添加属性呢？一种直接的方法是继承，但如果只是为了添加一个属性就去做一次继承，还是有点重，这时候，就可以用关联对象的方法。

有两个相关的方法：

• objc_setAssociatedObject 方法用来给类关联一个属性；
• objc_getAssociatedObject 方法用来获取之前关联的属性。

比如说给自己这个类关联一个字符串：

    // 关联对象
    static char associatedObjectKey;
    objc_setAssociatedObject(self, &associatedObjectKey, @"我就是要关联的字符串对象内容", OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
    NSString *theString = objc_getAssociatedObject(self, &associatedObjectKey);
    NSLog(@"关联对象：%@", theString);

我们先给self关联了一个字符串内容，然后通过get方法获取了关联的字符串内容，并输出。

从代码中其实也可以猜到各个参数的意思，self的参数就是要处理的类；associatedObjectKey 的参数其实就类似于key，用来标识区分你要关联的这个对象；第三个参数是要关联的对象；第四个参数是关联的策略，用命名就可以看出来全是在添加@property属性时用到的一些修饰符，有五种策略：

enum {
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, 
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,
    OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403 
};

熟悉@property属性修饰符的应该能直接明白了，不熟悉的可以看这篇文章：传送门：iOS中assign、retain、copy、weak、strong的区别以及nonatomic的含义

当然，你也可以和类别一起用，创建两个方法用来关联和获取对象，比如下面这样：

//添加关联对象
- (void)addAssociatedObject:(id)object{
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(getAssociatedObject), object, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

//获取关联对象
- (id)getAssociatedObject{
    return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}

这样就既能通过Category类别来添加方法，用一起顺便提供了对属性的添加了。

结

以上是对Runtime的一点浅薄的理解和使用，Runtime的天地应该是很广阔的，也能挖出很多高级的使用方法来，对于理解OC的运行机制是很有帮助的。

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示例工程：https://github.com/Cloudox/RuntimeDemo
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