iOS底层原理 - 探寻Runtime本质 之 应用

面试题引发的思考：

Q: 什么是Runtime？平时项目中有用过么？

  • OC是一门动态性比较强的编程语言，允许很多操作推迟到程序运行时再进行；
  • OC的动态性就是由Runtime来支撑和实现的，Runtime是一套C语言的API，封装了很多动态性相关的函数；
  • 平时编写的OC代码，底层都是转换成了Runtime API进行调用。

Q: 项目中具体应用？

  • 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；
  • ......

1. Runtime API

(1) Runtime API - 类

1.1 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)

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

1.3 销毁一个类
void objc_disposeClassPair(Class cls)

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

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

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

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

1.8 获取父类
Class class_getSuperclass(Class cls)

(2) Runtime API – 成员变量

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

2.2 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)

2.3 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)

2.4 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）
BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)

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

(3) Runtime API – 属性

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

3.2 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)

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

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

3.5 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)

(4) Runtime API – 方法

4.1 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)

4.2 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) 

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

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

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

4.6 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)

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

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

2. Runtime 应用

(1) 利用关联对象（AssociatedObject）给分类添加属性

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
@interface Person : NSObject 
@property (nonatomic, assign) int age;
@end

@implementation Person
@end

// TODO: -----------------  Person (Category1)类  -----------------
@interface Person (Category)
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation Person (Category)
- (void)setName:(NSString *)name {
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(name), name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
- (NSString *)name {
    return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}
@end

// TODO: -----------------  ViewController类  -----------------
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

    Person *person = [[Person alloc] init];
    person.age = 10;
    person.name = @"Tom";
    NSLog(@"age - %d, weight - %@", person.age, person.name);
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] age - 10, weight - Tom

(2) 遍历类的所有成员变量

修改textfield的占位文字颜色
// 方法一
self.textField.attributedPlaceholder = [[NSMutableAttributedString alloc] initWithString:@"请输入用户名" 
attributes:@{NSForegroundColorAttributeName : [UIColor redColor]}];

// 方法二
self.textField.placeholder = @"请输入用户名";
[self.textField setValue:[UIColor redColor] forKeyPath:@"_placeholderLabel.textColor"];
字典转模型
// TODO: -----------------  Person类  -----------------
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, assign) int weight;
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation Person
@end

// TODO: -----------------  NSObject (Json)类类  -----------------
@interface NSObject (Json)
+ (instancetype)my_objectWithJson:(NSDictionary *)dict;
@end

@implementation NSObject (Json)
+ (instancetype)my_objectWithJson:(NSDictionary *)dict {
    id obj = [[self alloc] init];

    unsigned int count;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList(self, &count);
    for (int i=0; i<count; i++) {
        Ivar ivar = ivars[i];
        NSMutableString *name = [NSMutableString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
        [name deleteCharactersInRange:NSMakeRange(0, 1)];
        [obj setValue:dict[name] forKey:name];
    }
    free(ivars);
    
    return obj;
}
@end

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        NSDictionary *dict = @{@"age": @20, @"weight": @60, @"name": @"jack"};
        Person *person = [Person my_objectWithJson:dict];
        NSLog(@"age - %d weight - %d name - %@", person.age, person.weight, person.name);  
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] age - 20 weight - 60 name - jack

(3) 交换方法实现

交换系统的方法
// TODO: -----------------  NSMutableArray (Extension)类  -----------------
@interface NSMutableArray (Extension)
@end

@implementation NSMutableArray (Extension)
+ (void)load {
    // 类簇：NSString、NSArray、NSDictionary，真实类型是其他类型
    Class cls = NSClassFromString(@"__NSArrayM");
    Method method1 = class_getInstanceMethod(cls, @selector(insertObject:atIndex:));
    Method method2 = class_getInstanceMethod(cls, @selector(my_insertObject:atIndex:));
    method_exchangeImplementations(method1, method2);
}

- (void)my_insertObject:(id)anObject atIndex:(NSUInteger)index {
    if (anObject == nil) {
        return;
    }
    [self my_insertObject:anObject atIndex:index];
}
@end

// TODO: -----------------  ViewController类  -----------------
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

    NSString *obj = nil;
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
    [array addObject:@"jack"];
    [array insertObject:obj atIndex:0];
    NSLog(@"array - %@", array);
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] array - ( jack )

(4) 利用消息转发机制解决方法找不到的异常问题

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
@interface Person : NSObject
- (void)run;
- (void)test;
- (void)other;
@end

@implementation Person
- (void)run {
    NSLog(@"%s", __func__);
}
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    // 可以调用的方法
    if ([self respondsToSelector:aSelector]) {
        return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    }
    // 无法找到的方法
    return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    NSLog(@"找不到%@方法", NSStringFromSelector(anInvocation.selector));
}

@end

// TODO: -----------------  main  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...

        Person *person = [[Person alloc] init];
        [person run];
        [person test];
        [person other];
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] -[Person run]
Demo[1234:567890] 找不到test方法
Demo[1234:567890] 找不到other方法
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