四、runtime之Method Swizzling（四）

一、Method Swizzling是什么

Method Swizzling是改变一个selector的实际实现的技术。
在Objective-C中调用一个方法，其实是向一个对象发送消息，查找消息的唯一依据是selector的名字。利用Objective-C的动态特性，可以实现在运行时偷换selector对应的方法实现，达到给方法挂钩的目的；

之前所说的消息转发虽然功能强大，但需要我们了解并且能更改对应类的源代码，因为我们需要实现自己的转发逻辑。当我们无法触碰到某个类的源代码，却想更改这个类某个方法的实现时，该怎么办呢？可能继承类并重写方法是一种想法，但是有时无法达到目的。这里介绍的是 Method Swizzling ，它通过重新映射方法对应的实现来达到“偷天换日”的目的。跟消息转发相比，Method Swizzling 的做法更为隐蔽，甚至有些冒险，也增大了debug的难度。

二、 Method Swizzling原理

每个类都有一个方法列表，存放着selector的名字和方法实现的映射关系。IMP有点类似函数指针，指向具体的Method实现。

我们可以利用 method_exchangeImplementations 来交换2个方法中的IMP，
我们可以利用 class_replaceMethod 来修改类，
我们可以利用 method_setImplementation 来直接设置某个方法的IMP，
……

归根结底，都是偷换了selector的IMP，如下图所示：

三、Method Swizzling 实践

例如，我们想跟踪在程序中每一个view controller展示给用户的次数：当然，我们可以在每个view controller的viewDidAppear中添加跟踪代码；但是这太过麻烦，需要在每个view controller中写重复的代码。创建一个子类可能是一种实现方式，但需要同时创建UIViewController, UITableViewController, UINavigationController及其它UIKit中view controller的子类，这同样会产生许多重复的代码。

#import "UIViewController+Tracking.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation UIViewController (Tracking)
+ (void)load{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class aClass = [self class];

        SEL originalSelector = @selector(viewWillAppear:);
        SEL swizzledSelector = @selector(xxx_viewWillAppear:);

        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(aClass, originalSelector);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(aClass, swizzledSelector);

        // When swizzling a class method, use the following:
        // Class aClass = object_getClass((id)self);
        // ...
        // Method originalMethod = class_getClassMethod(aClass, originalSelector);
        // Method swizzledMethod = class_getClassMethod(aClass, swizzledSelector);

        BOOL didAddMethod =
        class_addMethod(aClass,
                        originalSelector,
                        method_getImplementation(swizzledMethod),
                        method_getTypeEncoding(swizzledMethod));

        if (didAddMethod) {
            class_replaceMethod(aClass,
                                swizzledSelector,
                                method_getImplementation(originalMethod),
                                method_getTypeEncoding(originalMethod));
        } else {
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        } 
    });
}

#pragma mark - Method Swizzling
- (void)xxx_viewWillAppear:(BOOL)animated {
    [self xxx_viewWillAppear:animated];
    NSLog(@"viewWillAppear: %@", self);
}
@end

上面的代码通过添加一个Tracking类别到UIViewController类中，将UIViewController类的viewWillAppear:方法和Tracking类别中xxx_viewWillAppear:方法的实现相互调换。Swizzling 应该在+load方法中实现，因为+load是在一个类最开始加载时调用。dispatch_once是GCD中的一个方法，它保证了代码块只执行一次，并让其为一个原子操作，线程安全是很重要的。

如果类中不存在要替换的方法，那就先用class_addMethod和class_replaceMethod函数添加和替换两个方法的实现；如果类中已经有了想要替换的方法，那么就调用method_exchangeImplementations函数交换了两个方法的 IMP，这是苹果提供给我们用于实现 Method Swizzling 的便捷方法。

在这里，我们通过method swizzling修改了UIViewController的@selector(viewWillAppear:)对应的函数指针，使其实现指向了我们自定义的xxx_viewWillAppear的实现。这样，当UIViewController及其子类的对象调用viewWillAppear时，都会打印一条日志信息。

viewWillAppear: <ViewController: 0x7fe101e351d0>

四、Swizzling应该总是在+load中执行

在Objective-C中，运行时会自动调用每个类的两个方法。+load会在类初始加载时调用，+initialize会在第一次调用类的类方法或实例方法之前被调用。这两个方法是可选的，且只有在实现了它们时才会被调用。由于method swizzling会影响到类的全局状态，因此要尽量避免在并发处理中出现竞争的情况。+load能保证在类的初始化过程中被加载，并保证这种改变应用级别的行为的一致性。相比之下，+initialize在其执行时不提供这种保证—事实上，如果在应用中没为给这个类发送消息，则它可能永远不会被调用。

五、Swizzling应该总是在dispatch_once中执行

与上面相同，因为swizzling会改变全局状态，所以我们需要在运行时采取一些预防措施。原子性就是这样一种措施，它确保代码只被执行一次，不管有多少个线程。GCD的dispatch_once可以确保这种行为，我们应该将其作为method swizzling的最佳实践。

六、选择器、方法与实现

在Objective-C中，选择器(selector)、方法(method)和实现(implementation)是运行时中一个特殊点，虽然在一般情况下，这些术语更多的是用在消息发送的过程描述中。

以下是Objective-C Runtime Reference中的对这几个术语一些描述：

• ①、Selector(typedef struct objc_selector *SEL)：用于在运行时中表示一个方法的名称。一个方法选择器是一个C字符串，它是在Objective-C运行时被注册的。选择器由编译器生成，并且在类被加载时由运行时自动做映射操作。
• ②、Method(typedef struct objc_method *Method)：在类定义中表示方法的类型
• ③、Implementation(typedef id (*IMP)(id, SEL, …))：这是一个指针类型，指向方法实现函数的开始位置。这个函数使用为当前CPU架构实现的标准C调用规范。每一个参数是指向对象自身的指针(self)，第二个参数是方法选择器。然后是方法的实际参数。

理解这几个术语之间的关系最好的方式是：一个类维护一个运行时可接收的消息分发表；分发表中的每个入口是一个方法(Method)，其中key是一个特定名称，即选择器(SEL)，其对应一个实现(IMP)，即指向底层C函数的指针。

为了swizzle一个方法，我们可以在分发表中将一个方法的现有的选择器映射到不同的实现，而将该选择器对应的原始实现关联到一个新的选择器中。

七、调用_cmd

我们回过头来看看前面新的方法的实现代码：

- (void)xxx_viewWillAppear:(BOOL)animated {
    [self xxx_viewWillAppear:animated];
    NSLog(@"viewWillAppear: %@", NSStringFromClass([self class]));
}

咋看上去是会导致无限循环的。但令人惊奇的是，并没有出现这种情况。在swizzling的过程中，方法中的[self xxx_viewWillAppear:animated]已经被重新指定到UIViewController类的-viewWillAppear:中。在这种情况下，不会产生无限循环。不过如果我们调用的是[self viewWillAppear:animated]，则会产生无限循环，因为这个方法的实现在运行时已经被重新指定为xxx_viewWillAppear:了。

八、注意事项

Swizzling通常被称作是一种黑魔法，容易产生不可预知的行为和无法预见的后果。虽然它不是最安全的，但如果遵从以下几点预防措施的话，还是比较安全的：

• 1、总是调用方法的原始实现(除非有更好的理由不这么做)：API提供了一个输入与输出约定，但其内部实现是一个黑盒。Swizzle一个方法而不调用原始实现可能会打破私有状态底层操作，从而影响到程序的其它部分。
• 2、避免冲突：给自定义的分类方法加前缀，从而使其与所依赖的代码库不会存在命名冲突。
• 3、明白是怎么回事：简单地拷贝粘贴swizzle代码而不理解它是如何工作的，不仅危险，而且会浪费学习Objective-C运行时的机会。阅读Objective-C Runtime Reference和查看