Objective-C Runtime Method Swizzling

Method Swizzling 原理

struct objc_method {
    SEL _Nonnull method_name                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    char * _Nullable method_types                            OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP _Nonnull method_imp                                  OBJC2_UNAVAILABLE;
}
typedef struct objc_method *Method;

SEL是把函数的名称，参数类型，返回值类型拼在一起进行hash化后得到的在一个类里唯一存在的用以标识唯一一个函数指针的数据类型。
IMP是用来调用C的函数的函数指针。
Type Coding把OC的各种类型进行了类型编码，其实就是进行了对应关系的约定。

OC里的Method其实是一个封装了方法名method_name(SEL),方法实现的函数指针method_imp(IMP),参数和返回值的类型（method_types）的结构体，由此我们知道方法的SEL和IMP是一一对应的，同一个类中没有相同的两个SEL。

原则上，方法的名称 name 和方法的实现 imp 是一一对应的，而 Method Swizzling 的原理就是动态地改变它们的对应关系，以达到替换方法实现的目的。

Method Swizzling的使用

1.给NSObject添加分类

@interface NSObject (Swizzling) 

+ (void)methodSwizzlingWithOriginalSelector:(SEL)originalSelector bySwizzledSelector:(SEL)swizzledSelector; 

@end


====================================================================
#import "NSObject+MethodSwizzling.h"
#import 

@implementation NSObject (MethodSwizzling)
+  (void)methodSwizzlingWithOriginalSelector:(SEL)originalSelector bySwizzledSelector:(SEL)swizzledSelector
{
    Class class = [self class];

    Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);

    Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);

    //先尝试給源SEL添加IMP，这里是为了避免源SEL没有实现IMP的情况
    BOOL didAddMethod = class_addMethod(class,originalSelector,

                                        method_getImplementation(swizzledMethod),

                                        method_getTypeEncoding(swizzledMethod));




    if (didAddMethod) {//添加成功：说明源SEL没有实现IMP，将源SEL的IMP替换到交换SEL的IMP
        class_replaceMethod(class,swizzledSelector,

                            method_getImplementation(originalMethod),

                            method_getTypeEncoding(originalMethod));

    } else {//添加失败：说明源SEL已经有IMP，直接将两个SEL的IMP交换即可

        method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
    }
}

@end

简单调用：

#import "UIViewController+MethodSwizzling.h"
#import "NSObject+MethodSwizzling.h"

@implementation UIViewController (MethodSwizzling)
+(void)load{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
    [self methodSwizzlingWithOriginalSelector:@selector(viewWillAppear:) bySwizzledSelector:@selector(my_viewWillAppear:) ];
    });
}

-(void)my_viewWillAppear:(BOOL)animated{
    NSLog(@"调用了自己定义的viewWillAppear方法");
    [self my_viewWillAppear:YES];
}
@end

Tips:
1.为什么要在+(void)load方法里面调用method swizzling？
+load 和 +initialize 是 Objective-C runtime 会自动调用的两个类方法。但是它们被调用的时机却是有差别的，+load 方法是在类被加载的时候调用的，也就是一定会被调用。而 +initialize 方法是在类或它的子类收到第一条消息之前被调用的，这里所指的消息包括实例方法和类方法的调用。也就是说 +initialize 方法是以懒加载的方式被调用的，如果程序一直没有给某个类或它的子类发送消息，那么这个类的 +initialize 方法是永远不会被调用的。此外 +load 方法还有一个非常重要的特性，那就是子类、父类和分类中的 +load 方法的实现是被区别对待的。换句话说在 Objective-C runtime 自动调用 +load 方法时，分类中的 +load 方法并不会对主类中的 +load 方法造成覆盖。综上所述，+load 方法是实现 Method Swizzling 逻辑的最佳“场所”。

2.为什么使用dispatch_once执行方法交换？
方法交换应该要线程安全，而且保证在任何情况下（多线程环境，或者被其他人手动再次调用+load方法）只交换一次，除非只是临时交换使用，在使用完成后又交换回来。 最常用的用法是在+load方法中使用dispatch_once来保证交换是安全的。

应用一：NSMutableArray崩溃问题

当我们对一个NSMutableArray插入或者添加一个nil会导致崩溃，或者需要获取、移除的对象超过了数组的最大边界，就会出现数组越界，也会导致崩溃。

这个时候我们可以使用method swizzling来解决该问题，让数组在上述情况不会崩溃。

** 实现代码： **

#import "NSObject+MethodSwizzling.h"
#import "NSMutableArray+SWmethod.h"
#import 

@implementation NSMutableArray (SWmethod)
+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        [objc_getClass("__NSArrayM") methodSwizzlingWithOriginalSelector:@selector(removeObject:) bySwizzledSelector:@selector(safeRemoveObject:) ];

        [objc_getClass("__NSArrayM") methodSwizzlingWithOriginalSelector:@selector(addObject:) bySwizzledSelector:@selector(safeAddObject:)];

        [objc_getClass("__NSArrayM") methodSwizzlingWithOriginalSelector:@selector(removeObjectAtIndex:) bySwizzledSelector:@selector(safeRemoveObjectAtIndex:)];

        [objc_getClass("__NSArrayM") methodSwizzlingWithOriginalSelector:@selector(insertObject:atIndex:) bySwizzledSelector:@selector(safeInsertObject:atIndex:)];

        [objc_getClass("__NSArrayM") methodSwizzlingWithOriginalSelector:@selector(objectAtIndex:) bySwizzledSelector:@selector(safeObjectAtIndex:)];
    });
}



- (void)safeAddObject:(id)obj {
    if (obj == nil) {
        NSLog(@"%s can add nil object into NSMutableArray", __FUNCTION__);
    } else {
        [self safeAddObject:obj];
    }
}
- (void)safeRemoveObject:(id)obj {
    if (obj == nil) {
        NSLog(@"%s call -removeObject:, but argument obj is nil", __FUNCTION__);
        return;
    }
    [self safeRemoveObject:obj];
}

- (void)safeInsertObject:(id)anObject atIndex:(NSUInteger)index {
    if (anObject == nil) {
        NSLog(@"%s can't insert nil into NSMutableArray", __FUNCTION__);
    } else if (index > self.count) {
        NSLog(@"%s index is invalid", __FUNCTION__);
    } else {
        [self safeInsertObject:anObject atIndex:index];
    }
}

- (id)safeObjectAtIndex:(NSUInteger)index {
    if (self.count == 0) {
        NSLog(@"%s can't get any object from an empty array", __FUNCTION__);
        return nil;
    }
    if (index > self.count) {
        NSLog(@"%s index out of bounds in array", __FUNCTION__);
        return nil;
    }
    return [self safeObjectAtIndex:index];
}

- (void)safeRemoveObjectAtIndex:(NSUInteger)index {
    if (self.count <= 0)="" {="" nslog(@"%s="" can't="" get="" any="" object="" from="" an="" empty="" array",="" __function__);="" return;="" }="" if="" (index="">= self.count) {
        NSLog(@"%s index out of bound", __FUNCTION__);
        return;
    }
    [self safeRemoveObjectAtIndex:index];
}
@end

上面只是展示了如何避免NSMutableArray的崩溃，主要是在原有的系统方法里面加上了判断。据此大家可以自己实现NSArray、NSDictonary的崩溃处理。

应用二：全局更换UILabel的默认字体

需求

在项目比较成熟的基础上，遇到了这样一个需求，应用中需要引入新的字体，需要更换所有Label的默认字体，但是同时，对于一些特殊设置了字体的label又不需要更换。乍看起来，这个问题确实十分棘手，首先项目比较大，一个一个设置所有使用到的label的font工作量是巨大的，并且在许多动态展示的界面中，可能会漏掉一些label，产生bug。其次，项目中的label来源并不唯一，有用代码创建的，有xib和storyBoard中的，这也将浪费很大的精力。

解决办法

这是最简单方便的方法，我们可以使用runtime机制替换掉UILabel的初始化方法，在其中对label的字体进行默认设置。因为Label可以从initWithFrame、init和nib文件三个来源初始化，所以我们需要将这三个初始化的方法都替换掉。

实现代码

#import "UILabel+YHBaseChangeDefaultFont.h"
#import 
@implementation UILabel (YHBaseChangeDefaultFont)
/**
 *每个NSObject的子类都会调用下面这个方法 在这里将init方法进行替换，使用我们的新字体
 *如果在程序中又特殊设置了字体 则特殊设置的字体不会受影响 但是不要在Label的init方法中设置字体
 *从init和initWithFrame和nib文件的加载方法 都支持更换默认字体
 */
+(void)load{
    //只执行一次这个方法
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class class = [self class];
        // When swizzling a class method, use the following:
        // Class class = object_getClass((id)self);
        //替换三个方法
        SEL originalSelector = @selector(init);
        SEL originalSelector2 = @selector(initWithFrame:);
        SEL originalSelector3 = @selector(awakeFromNib);
        SEL swizzledSelector = @selector(YHBaseInit);
        SEL swizzledSelector2 = @selector(YHBaseInitWithFrame:);
        SEL swizzledSelector3 = @selector(YHBaseAwakeFromNib);


        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
        Method originalMethod2 = class_getInstanceMethod(class, originalSelector2);
        Method originalMethod3 = class_getInstanceMethod(class, originalSelector3);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);
        Method swizzledMethod2 = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector2);
        Method swizzledMethod3 = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector3);
        BOOL didAddMethod =
        class_addMethod(class,
                        originalSelector,
                        method_getImplementation(swizzledMethod),
                        method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
        BOOL didAddMethod2 =
        class_addMethod(class,
                        originalSelector2,
                        method_getImplementation(swizzledMethod2),
                        method_getTypeEncoding(swizzledMethod2));
        BOOL didAddMethod3 =
        class_addMethod(class,
                        originalSelector3,
                        method_getImplementation(swizzledMethod3),
                        method_getTypeEncoding(swizzledMethod3));

        if (didAddMethod) {
            class_replaceMethod(class,
                                swizzledSelector,
                                method_getImplementation(originalMethod),
                                method_getTypeEncoding(originalMethod));

        } else {
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        }
        if (didAddMethod2) {
            class_replaceMethod(class,
                                swizzledSelector2,
                                method_getImplementation(originalMethod2),
                                method_getTypeEncoding(originalMethod2));
        }else {
            method_exchangeImplementations(originalMethod2, swizzledMethod2);
        }
        if (didAddMethod3) {
            class_replaceMethod(class,
                                swizzledSelector3,
                                method_getImplementation(originalMethod3),
                                method_getTypeEncoding(originalMethod3));
        }else {
            method_exchangeImplementations(originalMethod3, swizzledMethod3);
        }
    });

}
/**
 *在这些方法中将你的字体名字换进去
 */
- (instancetype)YHBaseInit
{
    id __self = [self YHBaseInit];
    UIFont * font = [UIFont fontWithName:@"这里输入你的字体名字" size:self.font.pointSize];
    if (font) {
        self.font=font;
    }
    return __self;
}

-(instancetype)YHBaseInitWithFrame:(CGRect)rect{
    id __self = [self YHBaseInitWithFrame:rect];
    UIFont * font = [UIFont fontWithName:@"这里输入你的字体名字" size:self.font.pointSize];
    if (font) {
        self.font=font;
    }
    return __self;
}
-(void)YHBaseAwakeFromNib{
    [self YHBaseAwakeFromNib];
    UIFont * font = [UIFont fontWithName:@"这里输入你的字体名字" size:self.font.pointSize];
    if (font) {
        self.font=font;
    }

}

@end

应用三： 数据统计

需求
跟踪记录APP中按钮的点击次数和频率等数据

实现代码

@implementation UIButton (Hook)

+ (void)load {

    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{

        Class selfClass = [self class];

        SEL oriSEL = @selector(sendAction:to:forEvent:);
        Method oriMethod = class_getInstanceMethod(selfClass, oriSEL);

        SEL cusSEL = @selector(mySendAction:to:forEvent:);
        Method cusMethod = class_getInstanceMethod(selfClass, cusSEL);

        BOOL addSucc = class_addMethod(selfClass, oriSEL, method_getImplementation(cusMethod), method_getTypeEncoding(cusMethod));
        if (addSucc) {
            class_replaceMethod(selfClass, cusSEL, method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));
        }else {
            method_exchangeImplementations(oriMethod, cusMethod);
        }

    });
}

- (void)mySendAction:(SEL)action to:(id)target forEvent:(UIEvent *)event {
    [CountTool addClickCount];
    [self mySendAction:action to:target forEvent:event];
}

@end

总结

method swizzling方法的强大之处在于可以替换的系统的方法实现，添加自己想要的功能。上面的一些使用场景都是网上找的一些经典例子，大家可以举一反三。

附上文章的原著。