Objective-C Runtime(一):动态绑定及消息机制

众所周知，Objective-C 是一门动态语言。Objective-C 扩展了 C 语言，并加入了面向对象特性和 Smalltalk 式的消息传递机制，将很多静态语言在编译和连接（例如：C语言）时候的事放到了运行时来完成。

动态绑定

举个《Effective Objective-C 2.0》中的例子：

//静态绑定  (C语言)
#import 

void printHello() {
    printf("Hello world!");
}

void printGoodbye() {
    printf("Goodbye world!");
}

void doTheThing(int type) {
    if (type == 0) {
        printHello();
    }else {
        printGoodbye();
    }
}

以上这段代码，编译器在编译代码的时候就会根据type的值来判断接生成调用eat()或者run()的指令。

如果将代码写成下面这样子：

//动态绑定
#import 

void printHello() {
    printf("Hello world!");
}

void printHello() {
    printf("Goodbye world!");
}

void doTheThing(int type) {
    void (*func)();
    if (type == 0) {
        func = printHello;
    }else {
        func = printGoodbye;
    }
    func();
}

这时候编译器在编译代码的时候只知道需要执行func()，但是func()具体是printHello()还是printGoodbye()是需要在运行时才能确定。

消息机制

在静态语言中，调用一个方法会直接跳转到该方法的实现部分执行，在编译时就决定好了。而在 Objective-C 中，在对象上调用方法，实际是发送了一条消息，消息有：名称(name)或者选择子（selector），可以接受参数，也有可能有返回值。

在Objective-C 中， [object foo] 语法并不会立即执行 foo 这个方法的代码。它是在运行时给 object 发送一条叫foo 的消息。[object foo]会被编译器翻译成一条标准的C语言函数调用:objc_msgSend(object, foo, ...)。objc_msgSend定义如下：

void objc_msgSend(id self,SEL op, ...)

第一个参数表示接收消息的对象，第二个参数即发送的消息，最后的...表示可变参数，即消息中附带的参数，可以接收多个。

id resultValue = objc_msgSend(object, @selector)

下面两段代码是等价的：

NSString *string = @"Objective-C";
NSString *aString = [string stringByAppendingString:@" is fun"];

NSString *string = @"Objective-C";
NSString *aString = objc_msgSend(string, @selector(stringByAppendingString:),@" is fun");

objc_msgSend函数会根据接收消息对象和selector的类型来调用适当的方法。等等，什么叫适当的方法？Objective-C在编译的时候，会根据方法的名字，生成一个方法列表，里边存储用来区分方法的ID，这个ID是SEL类型的。SEL表示什么？SEL的定义：typedef struct objc_selector *SEL，可以理解成方法的唯一标识。 @selector()是取类方法的编号,他的行为基本可以等同C语言的中函数指针,只不过C语言中，可以把函数名直接赋给一个函数指针，而Objective-C的类不能直接应用函数指针，这样只能做一个@selector语法来取，它的结果是一个SEL类型。这个类型本质是类方法的编号(函数地址)。如果objc_msgSend找到了名称相符的方法，就跳转至实现代码，如果找不到，就沿着继承体系继续向上查找，如果直到最后都没有找到，就将消息转发。同时，objc_msgSend会将匹配结果缓存到快速映射表里边，若是之后还有相同的消息，执行起来就很快了。

方法替换

利用Objective-C 的runtime特性，我们可以实现方法的替换：

void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2) 

这个函数就是将两个方法进行替换的。m1,m2分别代表两个方法，而获取方法可以通过下面的函数：

Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)

接下来，把NSString 的lowercaseString和 uppercaseString方法替换，，看一下会发生什么：

    Method lowercaseStringMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(lowercaseString));
    Method uppercaseStringMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(uppercaseString));
    method_exchangeImplementations(lowercaseStringMethod, uppercaseStringMethod);
    
    NSString *string = @"Objective-C";
    
    NSLog(@"exchanged:%@",[string lowercaseString]);
    // exchanged:OBJECTIVE-C
    
    NSLog(@"exchanged:%@",[string uppercaseString]);
    // exchanged:objective-c

结果是大小写方法被替换，调用lowercaseString方法输出的是大写，调用uppercaseString输出的是小写。

直接交换系统方法在开发中很少遇到，但是，可以通过方法交换为已经存在的方法修改或者增加功能。比方：我要在所有小写的字符串前面加上lower:字符串，在所有大写字符串前加上UPPER:字符串，利用给NSString添加Catrgory实现：

@interface NSString (MethodExchange)
- (NSString *)myLowercaseString;
- (NSString *)myUppercaseString;
@end

@implementation NSString (MethodExchange)
- (NSString *)myLowercaseString {
    NSString *lowercase = [self myLowercaseString];
    NSString *result = [@"lowwer:" stringByAppendingString:lowercase];
    
    return result;
}

- (NSString *)myUppercaseString {
    NSString *uppercase = [self myUppercaseString];
    NSString *result = [@"UPPER:" stringByAppendingString:uppercase];
    
    return result;
}
@end

如果仔细看的话，是不是会发现NSString *lowercase = [self myLowercaseString];这一句好像是递归死循环。如果现在什么都不做，直接调用这个方法，确实会。但是我们接下来还要把方法替换，把myLowercaseString和系统的lowercaseString用method_exchangeImplementations，其实相当于把两个方法大括号内部的实现代码替换掉，替换完其实是这样的：

- (NSString *)lowercaseString {
    NSString *lowercase = [self myLowercaseString];
    NSString *result = [@"lowwer:" stringByAppendingString:lowercase];
    
    return result;
}

这样就不再是死循环了。

方法替换代码如下：

    
    Method originLowerMthod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(lowercaseString));
    Method swappedLowerMthod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(myLowercaseString));
    method_exchangeImplementations(originLowerMthod, swappedLowerMthod);
    
    NSLog(@"%@",[string lowercaseString]);
    //lowwer:objective-c
    
    
    Method originUpperMthod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(uppercaseString));
    Method swappedUpperMthod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(myUppercaseString));
    method_exchangeImplementations(originUpperMthod, swappedUpperMthod);

    NSLog(@"%@",[string uppercaseString]);
    //UPPER:OBJECTIVE-C

通过这样，我们可以通过runtime特性，对完全不知道具体实现的方法添加新功能或者修改原有功能。

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