runtime(1)初识

2018-10-12 iOS-OC 评论字数统计: 1.7k(字) 阅读时长: 7(分)

声明：本文仅供记忆使用，并不适合新手小白观看

OC的本质

我们平时编写的Objective-C代码，底层实现其实都是C\C++代码
Objective-C的面向对象都是基于C\C++的数据结构实现的
将Objective-C代码转换为C\C++代码

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc OC源文件 -o 输出的CPP文件
如果需要链接其他框架，使用-framework参数。比如-framework UIKit

对象的内存大小

系统分配了16个字节给NSObject对象（通过malloc_size函数获得）
但NSObject对象内部只使用了8个字节的空间（64bit环境下，可以通过class_getInstanceSize函数获得）

//创建一个实例对象，至少需要多少内存？
#import <objc/runtime.h>
class_getInstanceSize([NSObject class]);

//创建一个实例对象，实际上分配了多少内存？
#import <malloc/malloc.h>
malloc_size((__bridge const void *)obj);

类class和元类meta-class

//获取实例
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
//获取类对象方法
Class objClass1 = [obj class];
Class objClass2 = [NSObject class];
Class objClass3 = object_getClass(obj);
Class objClass4 = objc_getClass("NSObject");
Class objClass5 = [[NSObject class] class];//注意：这个还是类对象
//获取元类对象 只有一种方法object_getClass(类对象)
object_getClass([NSObject class]);

实例对象、类对象、元类对象
isa 和 superclass
类对象和元类对象内部结构

isa

从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构

/** isa_t 结构体 */
union isa_t {
    Class cls;
    uintptr_t bits;
    struct {
        uintptr_t nonpointer        : 1; //是否优化
        uintptr_t has_assoc         : 1; //是否有设置过关联对象
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1; //是否有C++的析构函数
        uintptr_t shiftcls          : 33;//Class、Meta-Class对象的内存地址
        uintptr_t magic             : 6; //用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
        uintptr_t weakly_referenced : 1; //是否有被弱引用指向过
        uintptr_t deallocating      : 1; //对象是否正在释放
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;//has_sidetable_rc 
        uintptr_t extra_rc          : 19;//里面存储的值是引用计数器减1

    };
};

methods 方法列表

方法列表
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
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
方法缓存
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

method

method_t

//方法
struct objc_method {
  SEL method_name;    //函数名
  char *method_types; //返回类型、参数类型
  IMP method_imp;     //指向函数指针（函数地址）
}

SEL
可以通过@selector()和sel_registerName()获得
可以通过sel_getName()和NSStringFromSelector()转成字符串
不同类中相同名字的方法，所对应的方法选择器是相同的

method_types

/** types为（i24@0:8i16f20）
   i    返回值 
   24   所有参数的字节数
   @0   参数self，从第0个字节开始
   :8   参数SEL，从第8个字节开始
   i16  参数int，从第16个字节开始
   f20  参数float，从第20个字节开始
**/
- (int)addA:(int )a andB:(float)b

IMP
IMP代表函数的具体实现

OC的消息机制

当OC对象调用方法时，大致3个阶段：objc_msgSend、动态方法解析、消息转发

objc_msgSend

动态方法解析

- (void)other {
  NSLog(@"%s", __func__);
}
/**
 类方法解析    + (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel 
 对象方法解析  + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
**/
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
  if (sel == @selector(test)) {
      // 获取其他方法
      Method method = class_getInstanceMethod(self, @selector(other));
      // 动态添加test方法的实现
      class_addMethod(self, sel,
                      method_getImplementation(method),
                      method_getTypeEncoding(method));
      // 返回YES代表有动态添加方法
      return YES;
   }
   return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

消息转发

/**
  调用别的对象去执行
 
  对象方法    - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
  类对象方法  + (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
**/
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
   if (aSelector == @selector(test)) {
      return [[MJCat alloc] init];
   }
   return [super  forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

/**
  实现方法签名后，在forwardInvocation里做任何处理
  对象方法     - (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
              - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
 
  类对象方法   + (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
             + (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
**/
  - (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
      if (aSelector == @selector(test:)) {
          //return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v20@0:8i16"];
          return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"i@:i"];
         //return [[[MJCat alloc] init] methodSignatureForSelector:aSelector];
      }
      return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
  }

  - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
      // 参数顺序：receiver、selector、other arguments
      //int age;
      //[anInvocation getArgument:&age atIndex:2];
      //NSLog(@"%d", age + 10);
      // anInvocation.target == [[MJCat alloc] init]
      // anInvocation.selector == test:
      // anInvocation的参数：15
      // [[[MJCat alloc] init] test:15]
      
      [anInvocation invokeWithTarget:[[MJCat alloc] init]];
      int ret;
      [anInvocation getReturnValue:&ret];
       NSLog(@"%d", ret);
  }

具体应用

利用关联对象（AssociatedObject）给分类添加属性
遍历类的所有成员变量（修改textfield的占位文字颜色、字典转模型、自动归档解档）
交换方法实现（交换系统的方法）
利用消息转发机制解决方法找不到的异常问题

runtime常用API

类

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

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

//销毁一个类
void objc_disposeClassPair(Class cls)

//获取isa指向的Class
Class object_getClass(id obj)

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

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

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

//获取父类
Class class_getSuperclass(Class cls)

成员变量

//获取一个实例变量信息
Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)

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

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

//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）
BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)

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

属性

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

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

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

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

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

方法

//获得一个实例方法、类方法
Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name)

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

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

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

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

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

//选择器相关
const char *sel_getName(SEL sel)
SEL sel_registerName(const char *str)

//用block作为方法实现
IMP imp_implementationWithBlock(id block)
id imp_getBlock(IMP anImp)
BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)

参考资料

runtime源码

本文链接： http://www.kkv2.com/iOS-OC/0001_runtime初识/

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文iOS工程师

本人从事iOS开发行业多年，精通OC和Swift，会使用Flutter框架。