详解Runtime，在Objective-C开发中的用途

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Runtime在Objective-C中被称为“运行时系统”。

预热几个知识点

一、所有都是对象，方法都是消息

1、OC中所有id类型都被设计成对象，类本身也是一个对象。OC代码在运行时会动态转化为C代码。

2、所有方法调用都是发消息，例如[self init];被转化为objc_msgSend(self,@selector(init))

在OC中id指针，可以代表所有对象，其实id是结构体，我们看看id的具体结构：

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
    
#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
    
} OBJC2_UNAVAILABLE;

这是属性都是什么意思呢？下面一一介绍

• .Class 的isa指针，指向元类
• .super_class ：指向超类
• .name是类名
• .version是类版本信息
• .info是这个类的详情信息
• .instance_size是这个类实例对象的大小
• .ivars是类成员变量
• .methodLists类的方法列表
• .cache是，存储被调用过的方法，方便下次使用
• .protocols是类的协议列表

二、方法调用顺序

1. 调用一个方法A，首先runtime把方法转为消息发送，可以简单理解为objc_msgSend。
2. 在cache里查找，找到执行，否则
3. 在本类的methodLists中查找，找到执行，否则
4. 在父类中重复2、3步骤
5. 直到根类NSObject都没找到，转向方法拦截
6. 动态解析方法A，判断是不是系统忽略方法，例如retain、release等
7. 判断调用者target是不是nil，OC语法允许nil对象调用不存在方法而不Crash。
8. 进入第二阶段，消息转发
9. 进入 resolveInstanceMethod: 方法。如果返回YES，调用class_addMethod，执行方法完成。如果返回NO，向下
10. 进入重定向 forwardingTargetForSelector: ，指定一个可以实现方法A对象，完成这次调用。如果返回nil，向下
11. 进入方法签名操作 methodSignatureForSelector: ，如果签名成功，有返回值，这时会调用消息转发方法forwardInvocation:。
12. 在forwardInvocation:中可以修改实现方法、修改响应对象。

三、获取参数

runtime可以获取类的各种参数，方法如下：

• class_copyPropertyList：获取属性列表
• class_copyMethodList：获取方法列表
• class_copyIvarList：获取成员变量
• class_copyProtocolList：获取协议列表

Runtime用途

一、直接通过C发送消息，来调用方法

• objc_msgSend:调用普通方法
• objc_msgSend_stret：消息返回值是数据结构
• objc_msgSend_fpret：消息返回值是浮点数
• objc_msgSendSuper：调用父类方法
• objc_msgSendSuper_stret：父类消息返回值是数据结构

通过代码来说明下：

新建一个Person类

@interface Person : NSObject
@property (nonatomic,strong) NSString  *name;
@property (nonatomic,strong) NSString  *idcard;
@property (nonatomic)        NSInteger age;

person有下面方法

- (void)hello:(NSString*)name andAge:(NSInteger)age;
- (NSString*)goodMornig:(NSString*)name;
- (float)getHeight;

正常情况下，OC调用方法如下

Person *person = [[Person alloc] init];
[person hello:@"Dave" andAge:12];

在runtime机制下，可以直接用c方法调用，如下

1、((void (*) (id, SEL)) objc_msgSend) (person, sel_registerName("hello:andAge:"));

2、NSString *str = ((NSString* (*) (id, SEL)) objc_msgSend) (person, sel_registerName("goodMornig:"));

3、float f = ((float (*) (id, SEL)) objc_msgSend_fpret) (objct, sel_registerName("getHeight"));

二、关联对象

允许开发者对已经存在的对象在 Category 中添加自定义的属性：
设置关联对象核心方法是：

OBJC_EXPORT void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_1);

参数解析：

• .object:源对象
• .value :被关联的对象
• .key :关联键
• .plicy :关联行为，是个枚举

    typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
        OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,           /**< Specifies a weak reference to the associated object. */
        OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object.
                                                *   The association is not made atomically. */
        OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,   /**< Specifies that the associated object is copied.
                                                *   The association is not made atomically. */
        OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,       /**< Specifies a strong reference to the associated object.
                                                *   The association is made atomically. */
        OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403          /**< Specifies that the associated object is copied.
                                                *   The association is made atomically. */
    };

移除关联

objc_removeAssociatedObjects

通过代码来说明下：

例如给UIButton的Category，添加属性(判断按钮是否被点击了)，正常Category只能扩展方法不能添加属性，但是关联对象打破了这个限制。

.m代码如下：

#import "UIButton+Tap.h"
#import 

static const void *associatedKey = "associatedKey";
@implementation UIButton (Tap)


- (void)setTapButton:(Tap_button)tapButton{
    objc_setAssociatedObject(self, associatedKey, tapButton, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
    
    [self removeTarget:self action:@selector(buttonTap:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    if (tapButton) {
        [self addTarget:self action:@selector(buttonTap:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    }
}
- (Tap_button)tapButton{
    return objc_getAssociatedObject(self, associatedKey);
}
- (void)buttonTap:(UIButton*)sender{
    if (self.tapButton) {
        self.tapButton();
    }
}

调用扩展属性

UIButton *button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
button.tapButton = ^{
    NSLog(@"button tap");
};

三、自动归档

归档和解档是iOS中的序列化和反序列化操作，需要遵循NSCoding协议。
例如对上面的Person类进行归档和解档。初级操作如下：

pragma mark --- 归档
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder{
    //设置归档属性
    [aCoder encodeObject:self.name forKey:@"name"];
    [aCoder encodeObject:self.idcard forKey:@"idCord"];
    [aCoder encodeInteger:self.age forKey:@"age"];
    [aCoder encodeFloat:self.height forKey:@"height"];
}
pragma mark --- 解档
- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder{
    self = [super init];
    if (self) {
        self.name = [aDecoder decodeObjectForKey:@"name"];
        self.idcard = [aDecoder decodeObjectForKey:@"idCord"];
        self.age = [[aDecoder decodeObjectForKey:@"age"] integerValue];
        self.height = [[aDecoder decodeObjectForKey:@"height"] floatValue];
    }
    return self;
}

BUT，BUT，BUT这种写法太没有技术含量了，一旦模型属性数量增加，工作量就成倍增加，有了Runtime就可以轻松搞定了。

pragma mark --- 归档
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder{
    unsigned int count = 0;//属性个数
    Ivar *ivars = class_copyIvarList([Person class], &count);
    for (int i=0; i

在VC中调用方法如下

//---自动归档
Person *person = [[Person alloc] init];
person.name = @"Deve";
person.idcard = @"123456";
person.age = 18;
person.height = 170.0;
NSString *filePath = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"person.data"];//名字取什么都行
[NSKeyedArchiver archiveRootObject:person toFile:filePath];//归档

//---解档
//获取归档地址
NSString *filePath = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"person.data"];
Person *person = [NSKeyedUnarchiver unarchiveObjectWithFile:filePath];

NSLog(@"person's name is %@,and age is = %ld",person.name,person.age);

四、模型与字典转换

这其实是最常见的场景，我们从后台拿来数据，需要对数据进行处理，往往会建立模型，也就是Model。那么用字典生成模型是怎么操作的呢？一般方法如下：

- (instancetype)initWithDictionary:(NSDictionary*)dict{
     if(self = [super init]){
         self.name = dict[@"name"];
         self.idCard = dict[@"idCard"];
         ...
     }
     return self;
 }

看上去合情合理，但是属性一多，就会很麻烦，要写很多重复类似的赋值语句。

Runtime来解决！

简单说下原理：

• 字典转模型：利用objc_msgSend方法主动调用setter方法为Model赋值
• 模型转字典：利用objc_msgSend方法主动调用getter方法获取属性值生成字典
• kvc也可以替换setter或getter方法

通过代码来说明下：

1. 首先，建立NSObject的Category，如下：

     @interface NSObject (KeyValue)
   

2. 然后，建立两个方法，分别是字典转模型和模型转字典，如下：

    .h定义方法
    //字典转模型
    +(id)objectInitWithDictionary:(NSDictionary*)dic;
    //模型转字典
    - (NSDictionary*)dictionaryWithObject;
    
    .m方法实现
    //字典转模型
    +(id)objectInitWithDictionary:(NSDictionary*)dic{
        id objc = [[self alloc] init];
        
        for (NSString *key in dic.allKeys) {
            
            id value = dic[key];//取值
            
            //1、判断属性是不是Model，如果是Model递归改方法，如果不是向下
            objc_property_t property = class_getProperty(self, key.UTF8String);//获取模型属性
            unsigned int count = 0;//属性数量
            objc_property_attribute_t *attributeList = property_copyAttributeList(property, &count);
            objc_property_attribute_t att = attributeList[0];//获取属性
            NSString *attString = [NSString stringWithUTF8String:att.value];//转OC字符串
            
            if ([attString isEqualToString:@"@\"Person\""]) {
                 value = [self objectInitWithDictionary:value];//递归
            }
            //2、用objc_msgSend调用setter方法，进行赋值
            NSString *methodName = [NSString stringWithFormat:@"set%@%@:",[key substringToIndex:1].uppercaseString,[key substringFromIndex:1]];//例如setName：
            SEL setter= sel_registerName(methodName.UTF8String);
            if ([objc respondsToSelector:setter]) {
                ((void (*) (id,SEL,id)) objc_msgSend) (objc,setter,value);//runtime，发消息方法
            }
            
            free(attributeList);
            
        }
        
        return objc;
    }
    //模型转字典
    - (NSDictionary*)dictionaryWithObject{
        unsigned int count = 0;
        NSMutableDictionary *dic = [NSMutableDictionary dictionary];
        
        objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count);
        
        for (int i=0; i

3. 最后，在VC里面调用

    pragma mark --- 六、字典和模型互转
    - (void)keyValueExchange{
        NSDictionary *dic = @{@"name":@"李磊",
                              @"idcard":@"888888",
                              @"age":@5,
                              @"height":@170.0,
                              @"student":@{
                                      @"name":@"Halen"
                                      }
                              };
        //字典转模型
        Person *person = [Person objectInitWithDictionary:dic];
        NSLog(@"\n person's name is %@,\n person'age is %ld,\n person'height is %f",person.name,[person.age integerValue],[person.height floatValue]);
        
        //模型转字典
        NSDictionary *dict = [person dictionaryWithObject];
        NSLog(@"转换后的字典是\n%@",dict);
    }
   

五、动态解析

现在暂停，回到文章开头预热知识点，第二部分我们讲到方法调用顺序，在调启不存在方法时，系统会Crash，为了避免崩溃，我们可以利用runtime动态解析。

通过代码来说明下：

首先我们建立两个对象School和Teacher，如下

• school

    #import 
    
    @interface School : NSObject
    -(void)RecruitmentTeacher;//招聘老师
    @end
  

• teacher

    #import 
    
    @interface Teacher : NSObject
    - (void)haveClass;//上课
    @end
  

• VC里调用方法如下：

    School *school = [[School alloc] init];
    //调用
    ((void (*) (id, SEL)) objc_msgSend) (school,sel_registerName("haveClass"));
  

可以看到，School对象，调用了haveClass方法，但是这个方法是Teacher对象的。这个时候如果不做特殊处理程序就会崩溃。此时就该动态解析出场的了。

有以下几种情况：

1. 用class_addMethod方法动态添加一个方法，避免崩溃
2. 没有动态添加方法，进行重定向forwardingTargetForSelector
3. 重定向失败，配合签名方法methodSignatureForSelector，进行消息转发，在转发方法forwardInvocation里进行处理。

附上具体的.m文件代码

#import "School.h"
#import "Teacher.h"
#import 
@implementation School
-(void)RecruitmentTeacher{
    NSLog(@"recruitment a teacher");
}
#pragma mark --- 1
/*
 如果当前对象调用了一个不存在的方法
 Runtime会调用resolveInstanceMethod:来进行动态方法解析
 我们需要用class_addMethod函数完成向特定类添加特定方法实现的操作
 返回NO，则进入下一步forwardingTargetForSelector:
 */
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
    
#if 0
    return NO;
#else
    class_addMethod(self, sel, class_getMethodImplementation(self, sel_registerName("RecruitmentTeacher")), "v@:");
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
#endif
}
#pragma mark ---2
/*
 在消息转发机制执行前，Runtime 系统会再给我们一次 “重定向” 的机会
 通过重载forwardingTargetForSelector:方法来替换消息的接受者为其他对象
 返回nil则进步下一步forwardInvocation:
 */
-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
    
#if 0
    return nil;
#else
    //    return nil;
    return [[Teacher alloc] init];//找到可以实现方法的对象，进行替换
#endif
}
#pragma mark ---3
/*
 进行方法签名，
 返回nil，表示不做签名处理，
 若返回方法签名，进入下一步，消息转发
 */
-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{

    //    return nil;
    return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
#pragma mark ---4
/*
 消息转发
 可以做很多操作，修改实现方法，修改相应对象
 */
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{
    
    return [anInvocation invokeWithTarget:[[Teacher alloc] init]];//修改相应对象
}

@end

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