一、什么是運行時（Runtime）?
運行時是蘋果提供的純C語言的開發(fā)庫（運行時是開發(fā)中經(jīng)常用到的底層技術）
二、運行時的作用？
能獲得某個類的所有成員變量
能獲得某個類的所有屬性
能獲得某個類的所有方法
交換方法實現(xiàn)
能動態(tài)添加一個成員變量
能動態(tài)添加一個屬性
能動態(tài)添加一個方法
三、案例：運行時獲取成員變量名稱
1、分析
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "CKPerson.h"
#import <objc/runtime.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// 成員變量的數(shù)量
unsigned int outCount = 0;
// 獲得所有的成員變量
// ivars是一個指向成員變量的指針
// ivars默認指向第0個成員變量
Ivar *ivars = class_copyIvarList([CKPerson class], &outCount);
// 遍歷所有的成員變量
for (int i = 0; i<outCount; i++) {
// 取出i位置對應的成員變量
// Ivar ivar = *(ivars + i);
Ivar ivar = ivars[i];
// 獲得成員變量的名字
NSLog(@"%s", ivar_getName(ivar));
}
// 如果函數(shù)名中包含了copy\new\retain\create等字眼，那么這個函數(shù)返回的數(shù)據(jù)就需要手動釋放
free(ivars);
// Ivar ivar = *ivars;
// Ivar ivar2 = *(ivars + 1);
// NSLog(@"%s %s", ivar_getName(ivar), ivar_getName(ivar2));
// 一個Ivar就代表一個成員變量
// int *p; 指向int類型的變量
// Ivar *ivars; 指向Ivar類型的變量
}
return 0;
}
2、獲取UITextFiled成員變量的名稱
// 成員變量的數(shù)量
unsigned int outCount = 0;
// 獲得所有的成員變量
Ivar *ivars = class_copyIvarList([UITextField class], &outCount);
// 遍歷所有的成員變量
for (int i = 0; i<outCount; i++) {
// 取出i位置對應的成員變量
Ivar ivar = ivars[i];
// 獲得成員變量的名字
NSLog(@"%s", ivar_getName(ivar));
}
// 如果函數(shù)名中包含了copy\new\retain\create等字眼，那么這個函數(shù)返回的數(shù)據(jù)就需要手動釋放
free(ivars);
四、iOS底層
1、The Runtime 簡單介紹
Objective-C是一門簡單的語言，95%是C。只是在語言層面上加了些關鍵字和語法。真正讓Objective-C如此強大的是它的運行時。它很小但卻很強大。它的核心是消息分發(fā)。
Messages:
執(zhí)行一個方法，有些語言，編譯器會執(zhí)行一些額外的優(yōu)化和錯誤檢查，因為調(diào)用關系很直接也很明顯。但對于消息分發(fā)來說，就不那么明顯了。在發(fā)消息前不必知道某個對象是否能夠處理消息。你把消息發(fā)給它，它可能會處理，也可能轉(zhuǎn)給其他的Object來處理。一個消息不必對應一個方法，一個對象可能實現(xiàn)一個方法來處理多條消息。
在Objective-C中，消息是通過objc_msgSend()這個runtime方法及相近的方法來實現(xiàn)的。這個方法需要一個target，selector，還有一些參數(shù)。理論上來說，編譯器只是把消息分發(fā)變成objc_msgSend來執(zhí)行。比如下面這兩行代碼是等價的。
[array insertObject:foo atIndex:5];
objc_msgSend(array, @selector(insertObject:atIndex:), foo, 5);
Objects, Classes, MetaClasses
大多數(shù)面向?qū)ο蟮恼Z言里有 classes 和 objects 的概念。Objects通過Classes生成。但是在Objective-C中，classes本身也是objects，也可以處理消息，這也是為什么會有類方法和實例方法。具體來說，Objective-C中的Object是一個結構體(struct)，第一個成員是isa，指向自己的class。這是在objc/objc.h中定義的。
typedef struct objc_object {
Class isa;
} *id;
object的class保存了方法列表，還有指向父類的指針。但classes也是objects，也會有isa變量，那么它又指向哪兒呢？這里就引出了第三個類型: metaclasses。一個 metaclass被指向class，class被指向object。它保存了所有實現(xiàn)的方法列表，以及父類的metaclass。
Methods, Selectors and IMPs
我們知道了運行時會發(fā)消息給對象。我們也知道一個對象的class保存了方法列表。那么這些消息是如何映射到方法的，這些方法又是如何被執(zhí)行的呢？
第一個問題的答案很簡單。class的方法列表其實是一個字典，key為selectors，IMPs為value。一個IMP是指向方法在內(nèi)存中的實現(xiàn)。很重要的一點是，selector和IMP之間的關系是在運行時才決定的，而不是編譯時。這樣我們就能玩出些花樣。
IMP通常是指向方法的指針，第一個參數(shù)是self，類型為id，第二個參數(shù)是_cmd，類型為SEL，余下的是方法的參數(shù)。這也是self和_cmd被定義的地方。下面演示了Method和IMP
- (id)doSomethingWithInt:(int)aInt{}
id doSomethingWithInt(id self, SEL _cmd, int aInt){}
現(xiàn)在我們知道了objects,classes,selectors,IMPs以及消息分發(fā)，那么運行時到底能做什么呢？
運行時到底能做什么呢？
作用：
創(chuàng)建、修改、自省classes和objects
消息分發(fā)
之前已經(jīng)提過消息分發(fā)，不過這只是一小部分功能。所有的運行時方法都有特定的前綴。下面是一些有意思的方法：
class
class開頭的方法是用來修改和自省classes。
方法如:能拿到一個class的所有內(nèi)容
class_addIvar, class_addMethod, class_addProperty和class_addProtocol允許重建classes。class_copyIvarList, class_copyMethodList, class_copyProtocolList和class_copyPropertyList
返回單個內(nèi)容
class_getClassMethod, class_getClassVariable, class_getInstanceMethod, class_getInstanceVariable, class_getMethodImplementation和class_getProperty
一些通用的自省方法
class_conformsToProtocol, class_respondsToSelector, class_getSuperclass
創(chuàng)建一個object
class_createInstance來創(chuàng)建一個object
ivar
這些方法能讓你得到名字，內(nèi)存地址和Objective-C type encoding。
method
這些方法主要用來自省，比如:
method_getName, method_getImplementation, method_getReturnType等等
也有一些修改的方法，包括:
method_setImplementation和method_exchangeImplementations
objc
一旦拿到了object，你就可以對它做一些自省和修改。你可以get/set ivar, 使用object_copy和object_dispose來copy和free object的內(nèi)存。不僅是拿到一個class，而是可以使用object_setClass來改變一個object的class。
property
屬性保存了很大一部分信息。除了拿到名字，你還可以使用property_getAttributes來發(fā)現(xiàn)property的更多信息，如返回值、是否為atomic、getter/setter名字、是否為dynamic、背后使用的ivar名字、是否為弱引用。
protocol
Protocols有點像classes，但是精簡版的，運行時的方法是一樣的。你可以獲取method, property, protocol列表, 檢查是否實現(xiàn)了其他的protocol。
sel
最后我們有一些方法可以處理 selectors，比如獲取名字，注冊一個selector等等。
2、運行時能干什么？（舉例）
2.1 Classes And Selectors From Strings
比較基礎的一個動態(tài)特性是通過String來生成Classes和Selectors。Cocoa提供了NSClassFromString和NSSelectorFromString方法，使用起來很簡單：
Class stringclass = NSClassFromString(@”NSString”)
于是我們就得到了一個string class。接下來：
NSString *myString = [stringclass stringWithString:@”Hello World”];
為什么要這么做呢？直接使用Class不是更方便？通常情況下是，但有些場景下這個方法會很有用。首先，可以得知是否存在某個class，NSClassFromString 會返回nil，如果運行時不存在該class的話。
另一個使用場景是根據(jù)不同的輸入返回不同的class或method。比如你在解析一些數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)項都有要解析的字符串以及自身的類型（String，Number，Array）。你可以在一個方法里搞定這些，也可以使用多個方法。其中一個方法是獲取type，然后使用if來調(diào)用匹配的方法。另一種是根據(jù)type來生成一個selector，然后調(diào)用之。以下是兩種實現(xiàn)方式：
- (void)parseObject:(id)object {
for (id data in object) {
if ([[data type] isEqualToString:@"String"]) {
[self parseString:[data value]];
} else if ([[data type] isEqualToString:@"Number"]) {
[self parseNumber:[data value]];
} else if ([[data type] isEqualToString:@"Array"]) {
[self parseArray:[data value]];
}
}
}
- (void)parseObjectDynamic:(id)object {
for (id data in object) {
[self performSelector:NSSelectorFromString([NSString stringWithFormat:@"parse%@:", [data type]]) withObject:[data value]];
}
}
- (void)parseString:(NSString *)aString {}
- (void)parseNumber:(NSString *)aNumber {}
- (void)parseArray:(NSString *)aArray {}
可一看到，你可以把7行帶if的代碼變成1行。將來如果有新的類型，只需增加實現(xiàn)方法即可，而不用再去添加新的 else if。
2.2 Method Swizzling
之前我們講過，方法由兩個部分組成。Selector相當于一個方法的id；IMP是方法的實現(xiàn)。這樣分開的一個便利之處是selector和IMP之間的對應關系可以被改變。比如一個 IMP 可以有多個 selectors 指向它。
而 Method Swizzling 可以交換兩個方法的實現(xiàn)。或許你會問“什么情況下會需要這個呢？”。我們先來看下Objective-C中，兩種擴展class的途徑。首先是 subclassing。你可以重寫某個方法，調(diào)用父類的實現(xiàn)，這也意味著你必須使用這個subclass的實例，但如果繼承了某個Cocoa class，而Cocoa又返回了原先的class(比如 NSArray)。這種情況下，你會想添加一個方法到NSArray，也就是使用Category。99%的情況下這是OK的，但如果你重寫了某個方法，就沒有機會再調(diào)用原先的實現(xiàn)了。
Method Swizzling 可以搞定這個問題。你可以重寫某個方法而不用繼承，同時還可以調(diào)用原先的實現(xiàn)。通常的做法是在category中添加一個方法(當然也可以是一個全新的class)?？梢酝ㄟ^method_exchangeImplementations這個運行時方法來交換實現(xiàn)。來看一個demo，這個demo演示了如何重寫addObject:方法來紀錄每一個新添加的對象。
#import <objc/runtime.h>
@interface NSMutableArray (LoggingAddObject)
- (void)logAddObject:(id)aObject;
@end
@implementation NSMutableArray (LoggingAddObject)
+ (void)load {
Method addobject = class_getInstanceMethod(self, @selector(addObject:));
Method logAddobject = class_getInstanceMethod(self, @selector(logAddObject:));
method_exchangeImplementations(addObject, logAddObject);
}
- (void)logAddObject:(id)aobject {
[self logAddObject:aObject];
NSLog(@"Added object %@ to array %@", aObject, self);
}
@end
我們把方法交換放到了load中，這個方法只會被調(diào)用一次，而且是運行時載入。如果指向臨時用一下，可以放到別的地方。注意到一個很明顯的遞歸調(diào)用logAddObject:。這也是Method Swizzling容易把我們搞混的地方，因為我們已經(jīng)交換了方法的實現(xiàn)，所以其實調(diào)用的是addObject:
動態(tài)繼承、交換
我們可以在運行時創(chuàng)建新的class，這個特性用得不多，但其實它還是很強大的。你能通過它創(chuàng)建新的子類，并添加新的方法。
但這樣的一個子類有什么用呢？別忘了Objective-C的一個關鍵點：object內(nèi)部有一個叫做isa的變量指向它的class。這個變量可以被改變，而不需要重新創(chuàng)建。然后就可以添加新的ivar和方法了?？梢酝ㄟ^以下命令來修改一個object的class.
object_setClass(myObject, [MySubclass class]);
這可以用在Key Value Observing。當你開始observing an object時，Cocoa會創(chuàng)建這個object的class的subclass，然后將這個object的isa指向新創(chuàng)建的subclass。
動態(tài)方法處理
目前為止，我們討論了方法交換，以及已有方法的處理。那么當你發(fā)送了一個object無法處理的消息時會發(fā)生什么呢？很明顯，”it breaks”。大多數(shù)情況下確實如此，但Cocoa和runtime也提供了一些應對方法。
首先是動態(tài)方法處理。通常來說，處理一個方法，運行時尋找匹配的selector然后執(zhí)行之。有時，你只想在運行時才創(chuàng)建某個方法，比如有些信息只有在運行時才能得到。要實現(xiàn)這個效果，你需要重寫+resolveInstanceMethod: 和/或 +resolveClassMethod:。如果確實增加了一個方法，記得返回YES。
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)aSelector {
if (aSelector == @selector(myDynamicMethod)) {
class_addMethod(self, aSelector, (IMP)myDynamicIMP, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:aSelector];
}
那Cocoa在什么場景下會使用這些方法呢？Core Data用得很多。NSManagedObjects有許多在運行時添加的屬性用來處理get/set屬性和關系。那如果Model在運行時被改變了呢？
消息轉(zhuǎn)發(fā)
如果 resolve method 返回NO，運行時就進入下一步驟：消息轉(zhuǎn)發(fā)。有兩種常見用例。1) 將消息轉(zhuǎn)發(fā)到另一個可以處理該消息的object。2) 將多個消息轉(zhuǎn)發(fā)到同一個方法。
消息轉(zhuǎn)發(fā)分兩步。首先，運行時調(diào)用-forwardingTargetForSelector:，如果只是想把消息發(fā)送到另一個object，那么就使用這個方法，因為更高效。如果想要修改消息，那么就要使用-forwardInvocation:，運行時將消息打包成NSInvocation，然后返回給你處理。處理完之后，調(diào)用invokeWithTarget:。
Cocoa有幾處地方用到了消息轉(zhuǎn)發(fā)，主要的兩個地方是代理(Proxies)和響應鏈(Responder Chain)。NSProxy是一個輕量級的class，它的作用就是轉(zhuǎn)發(fā)消息到另一個object。如果想要惰性加載object的某個屬性會很有用。NSUndoManager也有用到，不過是截取消息，之后再執(zhí)行，而不是轉(zhuǎn)發(fā)到其他的地方。
響應鏈是關于Cocoa如何處理與發(fā)送事件與行為到對應的對象。比如說，使用Cmd+C執(zhí)行了copy命令，會發(fā)送-copy:到響應鏈。首先是First Responder，通常是當前的UI。如果沒有處理該消息，則轉(zhuǎn)發(fā)到下一個-nextResponder。這么一直下去直到找到能夠處理該消息的object，或者沒有找到，報錯。
使用Block作為Method IMP
。通常一個 IMP 是一個指向方法實現(xiàn)的指針，頭兩個參數(shù)為 object(self)和selector(_cmd)。imp_implementationWithBlock() 能讓我們使用block作為 IMP，下面這個代碼片段展示了如何使用block來添加新的方法。
IMP myIMP = imp_implementationWithBlock(^(id _self, NSString *string) {
NSLog(@"Hello %@", string);
});
class_addMethod([MYclass class], @selector(sayHello:), myIMP, "v@:@");
可以看到，Objective-C 表面看起來挺簡單，但還是很靈活的，可以帶來很多可能性。動態(tài)語言的優(yōu)勢在于在不擴展語言本身的情況下做很多很靈巧的事情。比如Key Value Observing，提供了優(yōu)雅的API可以與已有的代碼無縫結合，而不需要新增語言級別的特性。
