runtime运行时介绍与运用(一)

接下来的几篇文章会讲解到以下内容:

1.消息机制

2.获取类的属性和方法列表

3.方法交换（方法欺骗）

4.动态方法决议（或拦截调用）

5.关联属性(associative)

一.runtime简单介绍.

          Objective-C语言是一门动态语言，它将很多静态语言在编译和链接时期做的事放到了运行时来处理。这种动态语言的优势在于：我们写代码时能够更具灵活性，如我们可以把消息转发给我们想要的对象，或者随意交换一个方法的实现等。  

          这种特性意味着Objective-C不仅需要一个编译器，还需要一个运行时系统来执行编译的代码。对于Objective-C来说，这个运行时系统就像一个操作系统一样：它让所有的工作可以正常的运行。这个运行时系统即Objc Runtime。Objc Runtime其实是一个Runtime库，它基本上是用C和汇编写的，这个库使得C语言有了面向对象的能力。

Runtime库主要做下面几件事：

            封装：在这个库中，对象可以用C语言中的结构体表示，而方法可以用C函数来实现，另外再加上了一些额外的特性。这些结构体和函数被runtime函数封装后，我们就可以在程序运行时创建，检查，修改类、对象和它们的方法了。

            找出方法的最终执行代码：当程序执行[object doSomething]时，会向消息接收者(object)发送一条消息(doSomething)，runtime会根据消息接收者是否能响应该消息而做出不同的反应。这将在后面详细介绍。

Objective-C

runtime目前有两个版本：Modern runtime和Legacy runtime。Modern Runtime 覆盖了64位的Mac

OS X Apps，还有 iOS Apps，Legacy Runtime 是早期用来给32位 Mac OS X Apps

用的，也就是可以不用管就是了

      OC中一切都被设计成了对象，我们都知道一个类被初始化成一个实例，这个实例是一个对象。实际上一个类本质上也是一个对象，在runtime中用结构体表示。

框架中相关的定义：

typedef struct objc_method *Method;  //描述类中的一个方法

typedef struct objc_ivar *Ivar; //实例变量

typedef struct objc_category *Category; //类别Category

typedef struct objc_property *objc_property_t; //类中声明的属性

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 *` */

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二.简单运用.（待补充）

1.消息机制

例：自定义Person类，并声明实现方法- (void)eat, 我们在控制器中调用oc代码如下：

Person *p1 = [[Person alloc]init];

//1.1 消息发送

[p1 eat];

oc代码在Runtime库中转化成底层c代码如下：

Class PersonClass = objc_getClass("Person");

//注意Class实际上也是对象，所以同样能够接受消息，向Class发送alloc消息

Person *p1 = objc_msgSend(PersonClass, sel_registerName("alloc"));

//发送init消息给Person实例p1

p1 = objc_msgSend(p1, sel_registerName("init"));

//发送eat消息给p1，即调用eat方法

objc_msgSend(p1, sel_registerName("eat"));

//合并以上消息传递过程

objc_msgSend(objc_msgSend(objc_msgSend(objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init")), sel_registerName("eat"));

如何证明？（如何能看到编译后的文件？）

1). 打开终端。cd 到工程目录下;

cd /Users/qinlun/Desktop/runtime\ -\ 02\ 消息发送的副本/runtime-消息发送

2). 执行 ls 查看工程目录下的文件，找到创建person对象的控制器文件ViewController.m;

3). 执行rewriteoc ViewController.m(或者clang -rewrite-objc ViewController.m)等一会就会在工程目录得到ViewConreoller.cpp文件（该文件即为编译过的文件）；

4.）用Xcode打开此.cpp文件大概在57077行可以找到如下代码；

// @interface ViewController ()

/* @end */

// @implementation ViewController

static void _I_ViewController_viewDidLoad(ViewController * self, SEL _cmd) {

((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));

Person *p1 = ((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));

((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)p1, sel_registerName("eat"));

注意：在执行rewriteoc时应该会报错UIKit.h file not found, 处理方法：

1.进入终端，键入命令vim ~/.bash_profile；

2.在vim界面输入i进入编辑编辑状态并且键入：alias rewriteoc='clang -x objective-c -rewrite-objc -isysroot/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk'；

3.键入完毕，点esc退出编辑状态，再键入:wq退出vim并保存，再执行source ~/.bash_profile；

4.再执行rewriteoc xxx.m即可成功；

解决办法参见文章（ http://blog.csdn.net/majiakun1/article/details/52842010）解决

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2.获取类的属性和方法列表

例：自定义类Person

Person.h文件

@interface Person : NSObject

@property (nonatomic, strong)NSString *name;

@property (nonatomic, assign) int age;

- (void)sayHello;

@end

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Person.m文件

#import "Person.h"

@interface Person ()

//私有属性

@property (nonatomic, strong)NSString *address; //地址

@end

@implementation Person

- (instancetype)init{

if (self = [super init]) {

      _address = @"北戴河";

        self.name = @"Beijing";

        self.age = 5000;

}

return self;

}

- (NSString *)description {

        return [NSString stringWithFormat:@"address:%@, age:%f, name: %@", self.address,self.age ,self.name];

}

- (void)sayHello{

        NSLog(@"-----说：hello--%@", self.address);

}

//内部私有方法

- (void)interface{

          NSLog(@"我是: %@", self.name);

}

@end

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ViewController.m中操作如下：

1).获取成员变量（包括私有）

Person *p = [[Person alloc]init];

NSLog(@"--更改前:%@--",[oneperson description]);

unsigned int count = 0;

//这是个指针，地址为所有成员变量的数组集合，函数第二个参数传递的是count的地址，函数执行完毕后会将成员变量个数存到改地址下

Ivar *members = class_copyIvarList([Person class], &count);

for (int i = 0; i < count; i++) {

    //循环获取每一个成员变量

      Ivar var = members[i];

      //获取对象的成员变量名称

      const char *memberName = ivar_getName(var);

      //获取对象的成员变量类型

      const char *memberType = ivar_getTypeEncoding(var);

      NSLog(@"--members: %p; memberName: %s; type: %s",members, memberName, memberType);

}

日志输入:

发现在Person.m中声明的属性address也拿到了。

2).修改属性值

Ivar address = members[2];

object_setIvar(p1, address, @"圆明园");

NSLog(@"--更改后:%@--",[oneperson description]);

日志输入:

可以看到对象p1初始化地址北戴河被修改为了圆明园

3).获取方法（包括私有）

unsigned int count = 0;

Method *memberFuncs = class_copyMethodList([Person class], &count);

for (int i = 0; i < count; i++) {

    //获取对象的方法名

    SEL address= method_getName(memberFuncs[i]);

    NSString *methodName = [NSString stringWithCString:sel_getName(address)    encoding:NSUTF8StringEncoding];

    //获取对象方法的返回值

    char *backParamType =  method_copyReturnType(memberFuncs[i]);

    NSLog(@"对象的方法有:---%d----%@----%s",i, methodName, backParamType);

}

日志输入:

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3.方法交换（方法欺骗）

Objective-C 提供了一下API用于动态替换类方法或者实例方法的实现：

class_replaceMethod 替换类方法的定义；

method_exchangeImplementations 交换两个方法的实现（具体使用案例如下）；

method_setImplementation 设置一个方法的实现；

注：class_replaceMethod 试图替换一个不存在的方法时候，会调用class_addMethod为该类增加一个新方法

示例：开发中经常运到数组数据个数不确定的情况，一旦数组越界就会出现崩溃，对此问题可以采取给系统的NSArray原生的方法- (ObjectType)objectAtIndex:(NSUInteger)index替换掉；

#import "NSArray+LXZArray.h"

/运行时相关的文件

#import

@implementation NSArray (LXZArray)

//load方法在此文件加载进内存后就会调用

+ (void)load{

    [super load];

    //获取系统自动的方法

    Method fromeMethod = class_getInstanceMethod(objc_getClass("__NSArrayI"),    @selector(objectAtIndex:));

      //获取用来替换的方法

      Method toMethod = class_getInstanceMethod(objc_getClass("__NSArrayI"), @selector(lxz_objectAtIndex:));

      //方法交换

      method_exchangeImplementations(fromeMethod, toMethod);

}

- (id)lxz_objectAtIndex:(NSInteger)index {

      if (self.count - 1 < index) {

            @try {

                  return [self lxz_objectAtIndex:index];

          } @catch (NSException *exception) {

          // 在崩溃后会打印崩溃信息，方便我们调试。

          NSLog(@"---崩溃------- %s Crash Because Method %s  ----------\n", class_getName(self.class),  __func__);

          NSLog(@"---崩溃---%@", [exception callStackSymbols]);

          return nil;

        } @finally {}

  }else {

          return [self lxz_objectAtIndex:index];}

}

疑问：

class_getInstanceMethod(objc_getClass("__NSArrayI"),    @selector(objectAtIndex:))
为什么写objc_getClass("__NSArrayI")而不是objc_getClass("NSArray")?

解答：

NSArray是基于C底层CFArray/CFArrayRef实现的,NSArray 可以看做是一个 CFArrayRef 的 Wrapper类.

NSArray的真正类型是__NSArrayI(Immutable)

NSMutableArray的真正类型是__NSArrayM(_internal)

这里涉及到类簇概念。可以参考【iOS】类簇(class cluster) http://www.jianshu.com/p/c60d9ffcde4b

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未完待续。。。

参考：

http://www.jianshu.com/p/99af00237cb8；

http://www.cocoachina.com/ios/20150901/13173.html；