Objective-C Runtime 学习笔记之Objective-C的元素认知

什么是Runtime

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.
我们将C++和Objective进行对比，虽然C++和Objective-C都是在C的基础上加入面向对象的特性扩充而成的程序设计语言，但二者实现的机制差异很大。C++是基于静态类型，而Objective-C是基于动态运行时类型。也就是说用C++编写的程序编译时就直接编译成了可令机器读懂的机器语言；用Objective-C编写的程序不能直接编译成可令机器读懂的机器语言，而是在程序运行的时候，通过Runtime把程序转为可令机器读懂的机器语言。Runtime是Objective不可缺少的重要一部分。
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类和对象

 /// An opaque type that represents an Objective-C class.
 typedef struct objc_class Class;
 typedef struct objc_object id;/// Represents an instance of a 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;
 
 
struct objc_object {
 Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
 };
 

• Class是一个指向objc_class结构体的指针，而id是一个指向objc_object结构体的指针，其中的isa是一个指向objc_class结构体的指针。其中的id就是我们所说的对象，Class就是我们所说的类。
• 类与对象的区别就是类比对象多了很多特征成员,方法列表，父类，缓存，协议等信息。
• isa：objc_object（实例对象）中isa指针指向的类结构称为class（也就是该对象所属的类），其中存放着普通成员变量与动态方法（“-”开头的方法）；类对象中isa指针指向的类结构称为metaclass，其中存放着static类型的成员变量与static类型的方法（“+”开头的方法）。
• super_class： 指向该类的父类的指针，如果该类是根类（如NSObject或NSProxy），那么super_class就为nil。

• 类与对象的继承层次关系如下图所示,非常经典的一张图

  
  
  

  类与对象的继承层次关系图

成员变量和属性

• 定义

 //成员变量 Ivar
 
 
 
  
typedef struct objc_ivar *Ivar;
 objc_ivar的定义如下：
 struct objc_ivar {
 char *ivar_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量名
 char *ivar_type OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量类型
 int ivar_offset OBJC2_UNAVAILABLE; // �基地址偏移字节
 
 
 
 
ifdef LP64 
 
 
int space OBJC2_UNAVAILABLE; // 占用空间
 
 
endif
 
 
}
 

 typedef struct objc_property *objc_property_t;
 typedef struct {
 const char *name; // 名称
 const char *value; // 值（通常是空的）
 } objc_property_attribute_t;
 

• 常用方法

 // 获取类中指定名称实例成员变量的信息
 Ivar class_getInstanceVariable ( Class cls, const char *name );
 // 获取类成员变量的信息
 Ivar class_getClassVariable ( Class cls, const char *name );
 // 添加成员变量
 BOOL class_addIvar ( Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types );
 // 获取整个成员变量列表
 Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount );
 

 // 获取指定的属性
 objc_property_t class_getProperty ( Class cls, const char *name );
 // 获取属性列表
 objc_property_t * class_copyPropertyList ( Class cls, unsigned int *outCount );
 // 为类添加属性
 BOOL class_addProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );
 // 替换类的属性
 void class_replaceProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );
 

方法(SEL,IMP,METHOD)

• Method代表类中的某个方法的类型
  

  
   typedef struct objc_method *Method;
   struct objc_method {
   SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法名
   char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法类型
   IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法实现
   }
   

• Sel 代表方法名
  

  
   typedef struct objc_selector *SEL;
   struct objc_selector {
   *name; OBJC2_UNAVAILABLE;// 名称
   char *types; OBJC2_UNAVAILABLE;// 类型
   };
   

• IMP 表示方法实现，实际是一个函数指针
  

  
   typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);
   

• 常用方法
  

  
   // 添加类方法
   BOOL class_addMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );
   // 获取实例方法
   Method class_getInstanceMethod ( Class cls, SEL name );
   // 获取类方法
   Method class_getClassMethod ( Class cls, SEL name );
   // 获取所有方法的数组
   Method * class_copyMethodList ( Class cls, unsigned int *outCount );
   // 替代方法的实现
   IMP class_replaceMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );
   // 返回方法的具体实现
   IMP class_getMethodImplementation ( Class cls, SEL name );
   IMP class_getMethodImplementation_stret ( Class cls, SEL name );
   // 类实例是否响应指定的selector
   BOOL class_respondsToSelector ( Class cls, SEL sel );
   

除了以上类型外，还有objc_protocol_list,cache,version等
上面基本介绍了runtime中类和对象的基本知识，为了加深印象，这里做一个例子，手动创建一个类，添加方法并直接调用，遍历其中的成员变量和属性

runtime实践

 /**
 
 
 
  
创建一个方法，并用两种方法获取成员变量的值
 
  
 
 
  
@param self <#self description#>
 
  
@param _cmd <#_cmd description#>
 
  
@param text <#text description#>
 */
 void sayHelloFunction(id self,SEL _cmd,id text)
 {
 NSLog(@"%@个轮子的%@%@",object_getIvar(self, class_getInstanceVariable([self class], "_num")),[self valueForKey:@"_name"],text);
 }
 
 
 
 
void test_runtime_class()
 {
 //动态创建一个继承自NSObject的Car类
 Class Car = objc_allocateClassPair([NSObject class], "Car", 0);
 
 
//动态添加一个NSString *_name的成员变量
class_addIvar(Car, "_name", sizeof(NSString*), log2(sizeof(NSString*)), @encode(NSString*));
//动态添加一个int _num成员变量
class_addIvar(Car, "_num", sizeof(int), sizeof(int), @encode(int));

//注册方法名为sayHello的方法名
SEL sel = sel_registerName("sayHello:");
//动态添加sayHello的方法
class_addMethod(Car, sel, (IMP)sayHelloFunction, "v@:@");

//注册Car类
objc_registerClassPair(Car);

//创建Car的实例对象
id carInstance = [[Car alloc] init];

//从类中获取成员变量，并为成员变量赋值
Ivar nameIvar = class_getInstanceVariable(Car, "_name");
object_setIvar(carInstance, nameIvar, @"法拉利");
Ivar numIvar = class_getInstanceVariable(Car, "_num");
object_setIvar(carInstance, numIvar, @4);

//直接调用方法
((void (*)(id,SEL,id)) objc_msgSend)(carInstance,sel,@"跑起来了");

//销毁类
objc_disposeClassPair(Car);
 
 
}
 

 //
 // People.m
 // runtimeDemo
 //
 // Created by aaron on 16/6/5.
 // Copyright © 2016年 aaron. All rights reserved.
 // 遍历获取类对象的成员变量和属性列表
 
 
import "People.h"
 
 
import 
 
 
@implementation People
 
 
 
  
 
(instancetype)initWithName:(NSString *)name reName:(NSString *)reName
 {
 self = [super init];
 if (self) {
 _name = name;
 _reName = reName;
 }
 
return self;
 }
 
 
  
 
(NSDictionary *)allIvar
 {
 NSMutableDictionary *ivarDict = [NSMutableDictionary dictionary];
 
unsigned int count;
 Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);
 for (int i = 0; i < count; i++) {
 
  Ivar ivar = ivarList[i];
  NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
  id value = [self valueForKey:ivarName];
  if (value) {
      ivarDict[ivarName] = value;
  } else {
      ivarDict[ivarName] = [NSString stringWithFormat:@"key:%@对应的值为空",ivarName];
  }
 
}
 free(ivarList);
 
return ivarDict;
 }
 
 
  
 
(NSDictionary *)allProperty
 {
 NSMutableDictionary *propertyDict = [NSMutableDictionary dictionary];
 
unsigned int count;
 objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count);
 for (int i = 0; i < count; i++) {
 
  objc_property_t property = propertyList[i];
  NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:property_getName(property)];
  id value = [self valueForKey:name];
  if (value) {
      propertyDict[name] = value;
  } else {
      propertyDict[name] = [NSString stringWithFormat:@"key:%@对应的值为空",name];
  }
 
}
 free(propertyList);
 
return propertyDict;
 }
 
 
 
 
 
@end