iOS的runtime应用（一）方法交换（method swizzling、黑魔法）

1.runtime

Objective-C 是基于 C 的，它为 C 添加了面向对象的特性。它将很多静态语言在编译和链接时期做的事放到了 runtime 运行时来处理，可以说 runtime 是我们 Objective-C 幕后工作者。

原理

运行时机制原理：OC的函数调用称为消息发送，属于 动态调用过程。在 编译的时候 并不能决定真正调用哪个函数，只有在真 正运行的时候 才会根据函数的名称找到对应的函数来调用。

与c的区别

• runtime（简称运行时），是一套 纯C(C和汇编)写的API。而 OC 就是运行时机制，也就是在运行时候的一些机制，其中最主要的是 消息机制。

• 对于 C 语言，函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数。

• 事实证明：在编译阶段，OC 可以 调用任何函数，即使这个函数并未实现，只要声明过就不会报错，只有当运行的时候才会报错，这是因为OC是运行时动态调用的。而 C 语言 调用未实现的函数 就会报错。

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2.为什么需要runtime

• 交换方法（本篇来说明）
• 给系统分类动态添加属性
• 字典转模型（Runtime 考虑三种情况实现）
• 动态添加方法
• 动态变量控制
• 实现NSCoding的自动归档和解档

3. 消息发送机制

假设有一个abc方法，怎么去调用abc方法，对象方法：(保存到类对象的方法列表) ，类方法：(保存到元类(Meta Class)中方法列表)。
1、OC 在向一个对象发送消息时，runtime 库会根据对象的 isa指针找到该对象对应的类或其父类中查找方法。。
2、注册方法编号（这里用方法编号的好处，可以快速查找）。
3、根据方法编号去查找对应方法。
4、找到只是最终函数实现地址，根据地址去方法区调用对应函数。

- (void)msgSend
{
    // 方法一：
    //id objc = [NSObject alloc];
    LNPerson *person = objc_msgSend(objc_getClass("LNPerson"), sel_registerName("alloc"));
    
    //objc = [objc init];
    person = objc_msgSend(person, sel_registerName("init"));
    
    // 调用
    //[objc eat];
    //[objc run:10];
    objc_msgSend(person,@selector(eat)); // 无参
    objc_msgSend(person,@selector(run:),10); // 有残
}
/
 注解：
    // 用最底层写
    objc_getClass(const char *name) 获取当前类
    sel_registerName(const char *str) 获取注册过的方法
    objc_msgSend(id self：谁发送消息, SEL op：发送什么消息, ...)
    让LNPerson这个类对象发送了一个alloc消息，返回一个分配好的内存对象给你，再发送一个消息初始化.
 */

补充：一个objc 对象的 isa 的指针指向什么？有什么作用？
每一个对象内部都有一个isa指针，这个指针是指向它的真实类型，根据这个指针就能知道将来调用哪个类的方法。

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4.runtime应用-方法交换

Method Swizzling通用方法封装

在列举之前，我们可以将Method Swizzling功能封装为类方法，作为NSObject的类别，这样我们后续调用也会方便些。

#import "NSObject+Swizzling.h"
#import 

@implementation NSObject (Swizzling)
#pragma mark --- 方法替换
+ (void)methodNewSel:(NSString *)newSelName oriSel:(NSString *)oldSelName class:(const char *)className
{
    Class cls = objc_getClass(className);
    
    SEL oldSel = NSSelectorFromString(oldSelName);
    SEL newSel = NSSelectorFromString(newSelName);
    
    Method oldMethod = class_getInstanceMethod(cls, oldSel);
    Method newMethod = class_getInstanceMethod(cls, newSel);
    
    IMP oldImp = method_getImplementation(oldMethod);
    IMP newImp = method_getImplementation(newMethod);
    
    BOOL add = class_addMethod(cls, oldSel, newImp, method_getTypeEncoding(newMethod));
    if (add) {
        class_replaceMethod(cls, newSel, oldImp, method_getTypeEncoding(oldMethod));
    }
    else
    {
        method_exchangeImplementations(oldMethod, newMethod);
    }
}
@end

SEL、Method、IMP的含义及区别

在运行时，类（Class）维护了一个消息分发列表来解决消息的正确发送。每一个消息列表的入口是一个方法（Method），这个方法映射了一对键值对，其中键是这个方法的名字（SEL），值是指向这个方法实现的函数指针 implementation（IMP）。

为什么要添加class_addMethod判断？

先尝试添加原SEL其实是为了做一层保护，因为如果这个类没有实现oldSel，但其父类实现了oldSel， 那么获取到的Method就是父类的Method (Method oldMethod = class_getInstanceMethod(cls, oldSel))，直接调用method_exchangeImplementations(oldMethod, newMethod)，会交换父类的方法，不是我们的原意

• class_addMethod
  需要注意的地方是class_addMethod会添加一个覆盖父类的实现，但不会取代原有类的实现。也就是说如果class_addMethod返回YES，说明子类中没有方法oldSel，通过class_addMethod为其添加了方法oldSel，并使其实现（IMP）为我们想要替换的实现。
• 苹果文档

| Description |
Adds a new method to a class with a given name and implementation.
class_addMethod will add an override of a superclass's implementation, but will not replace an existing implementation in this class. To change an existing implementation, use method_setImplementation.

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5.方法交换的实际应用场景——数组、字典安全插入

数组安全插入的代码示例，通过oc自带的try-catch来捕获异常

#import "NSArray+Safe.h"
#import "NSObject+Swizzling.h"

@implementation NSArray (Safe)

+ (void)load
{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        [self methodNewSel:@"safeObjectAtIndex:" oriSel:@"objectAtIndex:" class:"__NSArrayI"];
        [self methodNewSel:@"safeObjectAtIndexedSubscript:" oriSel:@"objectAtIndexedSubscript:" class:"__NSArrayI"];
        [self methodNewSel:@"safesingleObjectAtIndex:" oriSel:@"objectAtIndex:" class:"__NSSingleObjectArrayI"];
    });
}

#pragma mark --- 安全取出
- (id)safeObjectAtIndex:(NSUInteger)index
{    
    id obj = nil;
    @try{
        obj = [self safeObjectAtIndex:index];
    }
    @catch (NSException *exception) {
        NSLog(@"异常位置：%s",__func__);
        NSLog(@"异常原因%@",exception);
    }
    @finally {
        return obj;
    }
}
- (id)safesingleObjectAtIndex:(NSUInteger)index
{
    id obj = nil;
    @try{
        obj = [self safesingleObjectAtIndex:index];
    }
    @catch (NSException *exception) {
        NSLog(@"异常位置：%s",__func__);
        NSLog(@"异常原因%@",exception);
    }
    @finally {
        return obj;
    }
}
- (id)safeObjectAtIndexedSubscript:(NSUInteger)index {
    id obj = nil;
    @try{
        obj = [self safeObjectAtIndexedSubscript:index];
    }
    @catch (NSException *exception) {
        NSLog(@"异常位置：%s",__func__);
        NSLog(@"异常原因%@",exception);
    }
    @finally {
        return obj;
    }
}

相关参考
https://www.jianshu.com/p/f6dad8e1b848