iOS开发-8.Runtime

• 1.Objective-C中的Runtime

a) Objective-C是一门动态性比较强的编程语言，跟C、C++等语言有着很大的不同
    1) C、C++都是 编写代码-->编译连接-->运行
    
    2) 而OC则可以在运行的时候动态的去修改，例如动态的去调用自身类或者其他类的方法，或者增加、交换方法的实现

b) Objective-C的动态性是由Runtime API来支撑的

c) Runtime API提供的接口基本都是C语言的，源码由C\C++\汇编语言编写

• 2.实现用一个字节来存储3个BOLL变量

a) &(按位与)如果大家都是1结果才是1，其他都是0,用来取出或设置特定的位

b) |(按位或)只要有一个1结果就是1，其他都是,用来取出或设置特定的位

c) ~(位运算取反)

#import 
@interface MJPerson : NSObject
//@property (assign, nonatomic, getter=isTall) BOOL tall;
//@property (assign, nonatomic, getter=isRich) BOOL rich;
//@property (assign, nonatomic, getter=isHansome) BOOL handsome;

- (void)setTall:(BOOL)tall;
- (void)setRich:(BOOL)rich;
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome;

- (BOOL)isTall;
- (BOOL)isRich;
- (BOOL)isHandsome;
@end

#import "MJPerson.h"
// &可以用来取出特定的位
// 0000 0111
//&0000 0100
//------
// 0000 0100

// 掩码，一般用来按位与(&)运算的
// 宏的替换就是字符串替换所以要注意运算先后次序
//#define MJTallMask 1
//#define MJRichMask 2
//#define MJHandsomeMask 4

//#define MJTallMask 0b00000001
//#define MJRichMask 0b00000010
//#define MJHandsomeMask 0b00000100

#define MJTallMask (1<<0)
#define MJRichMask (1<<1)
#define MJHandsomeMask (1<<2)

@interface MJPerson()
{
    char _tallRichHansome;
}
@end

@implementation MJPerson

// 0010 1010
//&1111 1101
//----------
// 0010 1000

- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        _tallRichHansome = 0b00000100;
    }
    return self;
}

- (void)setTall:(BOOL)tall
{
    if (tall) {
        _tallRichHansome |= MJTallMask;
    } else {
        _tallRichHansome &= ~MJTallMask;
    }
}

- (BOOL)isTall
{
    // 只占1位 返回的也是1位 然而boll类型是一个字节所以会强制变成8位（全部用你当前的结果覆盖其余的位）那么解决办法 !!(2个感叹号) 或者 定义结构体的时候占2位
    // 结果用BOLL强制转 或者 !!(2个感叹号)
    return !!(_tallRichHansome & MJTallMask);
}

- (void)setRich:(BOOL)rich
{
    if (rich) {
        _tallRichHansome |= MJRichMask;
    } else {
        _tallRichHansome &= ~MJRichMask;
    }
}

- (BOOL)isRich
{
    return !!(_tallRichHansome & MJRichMask);
}

- (void)setHandsome:(BOOL)handsome
{
    if (handsome) {
        _tallRichHansome |= MJHandsomeMask;
    } else {
        _tallRichHansome &= ~MJHandsomeMask;
    }
}

- (BOOL)isHandsome
{
    return !!(_tallRichHansome & MJHandsomeMask);
}
@end

d) 用结构体的方式实现
e) 结构体是支持位域 字节排布 从低到高 从右到左
f) 位运算的效率比直接取值效率高

#import "MJPerson.h"
//#define MJTallMask (1<<0)
//#define MJRichMask (1<<1)
//#define MJHandsomeMask (1<<2)
@interface MJPerson()
{
    // 位域
    // 结构体是支持位域 字节排布 从低到高 从右到左
    struct {
        char tall : 1;
        char rich : 1;
        char handsome : 1;
    } _tallRichHandsome;
}
@end

@implementation MJPerson

- (void)setTall:(BOOL)tall
{
    _tallRichHandsome.tall = tall;
}

- (BOOL)isTall
{
    return !!_tallRichHandsome.tall;
}

- (void)setRich:(BOOL)rich
{
    _tallRichHandsome.rich = rich;
}

- (BOOL)isRich
{
    return !!_tallRichHandsome.rich;
}

- (void)setHandsome:(BOOL)handsome
{
    _tallRichHandsome.handsome = handsome;
}

- (BOOL)isHandsome
{
    return !!_tallRichHandsome.handsome;
}
@end

g) 用共用体的方式实现
    1) 共用体:大家共用一块内存
    2) 结构体:结构体内的成员都是单独存在的,占不同的内存

#import "MJPerson.h"
#define MJTallMask (1<<0)
#define MJRichMask (1<<1)
#define MJHandsomeMask (1<<2)
#define MJThinMask (1<<3)
@interface MJPerson()
{
    union {
        int bits;
        
        struct {
            char tall : 4;
            char rich : 4;
            char handsome : 4;
            char thin : 4;
        };
    } _tallRichHandsome;
}
@end

@implementation MJPerson

- (void)setTall:(BOOL)tall
{
    if (tall) {
        _tallRichHandsome.bits |= MJTallMask;
    } else {
        _tallRichHandsome.bits &= ~MJTallMask;
    }
}

- (BOOL)isTall
{
    return !!(_tallRichHandsome.bits & MJTallMask);
}

- (void)setRich:(BOOL)rich
{
    if (rich) {
        _tallRichHandsome.bits |= MJRichMask;
    } else {
        _tallRichHandsome.bits &= ~MJRichMask;
    }
}

- (BOOL)isRich
{
    return !!(_tallRichHandsome.bits & MJRichMask);
}

- (void)setHandsome:(BOOL)handsome
{
    if (handsome) {
        _tallRichHandsome.bits |= MJHandsomeMask;
    } else {
        _tallRichHandsome.bits &= ~MJHandsomeMask;
    }
}

- (BOOL)isHandsome
{
    return !!(_tallRichHandsome.bits & MJHandsomeMask);
}

- (void)setThin:(BOOL)thin
{
    if (thin) {
        _tallRichHandsome.bits |= MJThinMask;
    } else {
        _tallRichHandsome.bits &= ~MJThinMask;
    }
}

- (BOOL)isThin
{
    return !!(_tallRichHandsome.bits & MJThinMask);
}
@end

h) 例如kvo或者autoresizingMask是怎么知道传入的不同按位或的值呢？
    1) 最终传入的值与自身进行按位与如果成立则包含了自身;

• 3.isa详解

a) 要想学习Runtime，首先要了解它底层的一些常用数据结构，比如isa指针

b) 在arm64架构之前，isa就是一个普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址

c) 从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，还使用位域来存储更多的信息

d) 64位之前isa就是Class类型，是isa_t类型

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e) isa详解-位域

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• 4.Class的结构

a) 类对象/元类对象的地址值最后三位都是0,因为isa底层原理

b) 一开始是只有class_ro_t,然后创建class_rw_t并且拷贝class_ro_t的内容，并且将bits指向class_rw_t

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c) class_rw_t里面的methods、properties、protocols是二维数组，是可读可写的，包含了类的初始内容、分类的内容 

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d) class_ro_t里面的baseMethodList、baseProtocols、ivars、baseProperties是一维数组，是只读的，包含了类的初始内容

在这里插入图片描述

e) method_t是对方法/函数的封装

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f) Type Encoding

在这里插入图片描述

g) cache(方法缓存)
    1) Class内部结构中有个方法缓存（cache_t），用散列表（哈希表）来缓存曾经调用过的方法，可以提高方法的查找速度
    2) 方法缓存cache调用过的方法直接扔到缓存里面，下次再调用直接从cache调用
    3) 缓存源码实现查找
        3.1) objc-cache.mm
        3.2) bucket_t * cache_t::find(cache_key_t k, id receiver)

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h) 散列表
    1) 存的时候通过一个位运算去存,前面没有的就会设置为NULL(牺牲内存空间来换取执行效率/空间换时间)
    2) 散列表扩容的时候是在原来容量基础上X2,并且清空原来缓存的数据,重新开始缓存
    3) 存或者取的时候有可能是一样的 那么做法是-1或者+1取,重新生成index

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• 5.objc_msgSend执行流程

a) OC中的方法调用，其实都是转换为objc_msgSend函数的调用

b) objc_msgSend的执行流程可以分为3大阶段
    1) 消息发送
    2) 动态方法解析
    3) 消息转发
    
c) 源码跟读

在这里插入图片描述

d) 消息发送
    1) 查找方式
        1.1) 二分查找(排好序的 从中间开始分然后查找)
        1.2) 线性查找(普通的for循环遍历查找)

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e) 动态方法解析
    1) 开发者可以实现以下方法，来动态添加方法实现
        1.1) +resolveInstanceMethod:// 对象方法
        1.2)
+resolveClassMethod:// 类方法
    2) 动态解析过后，会重新走“消息发送”的流程
        2.1) “从receiverClass的cache中查找方法”这一步开始执行

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f) 消息转发
    1) 这个步骤你就开始找不到源码了
    2) 你自己的类没有能力处理这个方法
    3) 元类对象：是一种特殊的类对象，类对象的类对象
    4) 类方法也是有消息转发机制的
    5) 开发者可以在forwardInvocation:方法中自定义任何逻辑

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    6) 生成NSMethodSignature方式

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• 6.super的本质

a) @dynamic (告诉编译器不要自动生成setter&getter方法的实现、不要自动生成成员变量)

b) @synthesize (自动生成setter&getter方法的实现和自动生成成员变量)

c) super调用，底层会转换为objc_msgSendSuper2函数的调用，接收2个参数
    1) struct objc_super2

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        1.1) receiver是消息接收者
        1.2) current_class是receiver的Class对象-->superclass找父类对象
    2) SEL

• 7.LLVM的中间代码（IR）

a) Objective-C在变为机器代码之前，会被LLVM编译器转换为中间代码（Intermediate Representation）
    1) OC --> 中间代码(.ll文件) --> 汇编、机器代码
    
b) 可以使用以下命令行指令生成中间代码
    1) clang -emit-llvm -S main.m
    
c) 语法简介
    1) @ - 全局变量
    2) % - 局部变量
    3) alloca - 在当前执行的函数的堆栈帧中分配内存，当该函数返回到其调用者时，将自动释放内存
    4) i32 - 32位4字节的整数
    5) align - 对齐
    6) load - 读出
    7) store 写入
    8) icmp - 两个整数值比较，返回布尔值
    9) br - 选择分支，根据条件来转向label，不根据条件跳转的话类似 goto
    10) label - 代码标签
    11) call - 调用函数

d) 官方文档：  
    1) https://llvm.org/docs/LangRef.html

• 8.Runtime的应用

a) 查看私有成员变量
    1) 设置UITextField占位文字的颜色

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b) 字典转模型
    1) 利用Runtime遍历所有的属性或者成员变量
    2) 利用KVC设值

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c) 替换方法实现
    1) class_replaceMethod
    2) method_exchangeImplementations

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• 9.Runtime API

a) 类
    1) 动态创建一个类（参数：父类，类名，额外的内存空间）
        1.1) Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)

    2) 注册一个类（要在类注册之前添加成员变量）
        2.1) void objc_registerClassPair(Class cls) 

    3) 销毁一个类
        3.1) void objc_disposeClassPair(Class cls)

    4) 获取isa指向的Class
        4.1) Class object_getClass(id obj)

    5) 设置isa指向的Class
        5.1) Class object_setClass(id obj, Class cls)

    6) 判断一个OC对象是否为Class
        6.1) BOOL object_isClass(id obj)

    7) 判断一个Class是否为元类
        7.1) BOOL class_isMetaClass(Class cls)

    8) 获取父类
        8.1) Class class_getSuperclass(Class cls)

b) 成员变量
    1) 获取一个实例变量信息
        1.1) Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)

    2) 拷贝实例变量列表（最后需要调用free释放）
        2.1) Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)

    3) 设置和获取成员变量的值
        3.1) void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
        3.2) id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)

    4) 动态添加成员变量（已经注册的类是不能动态添加成员变量的）
        4.1) BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)

    5) 获取成员变量的相关信息
        5.1) const char *ivar_getName(Ivar v)
        5.2) const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)

c) 属性
    1) 获取一个属性
        1.1) objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)

    2) 拷贝属性列表（最后需要调用free释放）
        2.1) objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)

    3) 动态添加属性
        3.1) BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
                  unsigned int attributeCount)

    4) 动态替换属性
        4.1) void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
                      unsigned int attributeCount)

    5) 获取属性的一些信息
        5.1) const char *property_getName(objc_property_t property)
        5.2) const char *property_getAttributes(objc_property_t property)

d) 方法
    1) 获得一个实例方法、类方法
        1.1) Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
        1.2) Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name)

    2) 方法实现相关操作
        2.1) IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name) 
        2.2) IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)
        2.3) void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2) 

    3) 拷贝方法列表（最后需要调用free释放）
        3.1) Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)

    4) 动态添加方法
        4.1) BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)

    5) 动态替换方法
        5.1) IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)

    6) 获取方法的相关信息（带有copy的需要调用free去释放）
        6.1) SEL method_getName(Method m)
        6.2) IMP method_getImplementation(Method m)
        6.3) const char *method_getTypeEncoding(Method m)
        6.4) unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)
        6.5) char *method_copyReturnType(Method m)
        6.6) char *method_copyArgumentType(Method m, unsigned int index)

    7) 选择器相关
        7.1) const char *sel_getName(SEL sel)
        7.2) SEL sel_registerName(const char *str)

    8) 用block作为方法实现
        8.1) IMP imp_implementationWithBlock(id block)
        8.2) id imp_getBlock(IMP anImp)
        8.3) BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)

• 10.其它知识点总结

a) objc_msgSendSuper 和 objc_msgSendSuper2区别

b) 数组可以当成指针来用

c) 分类的方法尽量+属于自己的前缀区分,万一覆盖了呢

d) 方法替换：替换系统的方法 例如拦截整个项目中所有按钮的点击事件

e) hook:钩子函数 拦截系统的方法 塞入自己的实现

f) 类簇(cu):我们看到的类型不一定是他的真实类型 NSString、NSArray、NSDictionary，真实类型是其他类型

g) 转成底层代码的方式
    1) 转成cpp文件(作为参考)
    2) 程序运行起来查看汇编
    3) 转成汇编

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• 11.面试题1
  
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a) isKindOfClass // 传入的对象的类对象是否==判断的类对象或者他的子类
b) isMemberOfClass // 传入的对象的类对象是否==判断的类对象
c) super class的返回类型是谁取决于方法调用者是谁即：消息接收者 消息接收者仍然是子类对象，只不过从父类的方法开始寻找方法
c) 底层实现原理

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• 12.面试题2
  
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a) 函数调用堆栈的问题
    1) 局部变量分配在栈空间
    2) 栈空间分配，从高地址到低地址
b) 寄存器(存储在cpu里面，相当于一个元件，参数都是存储在这里面)比内存的效率更高

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