Runtime在iOS開發(fā)中的實(shí)際應(yīng)用

運(yùn)行時(shí)的文章一直被同學(xué)們熱炒，當(dāng)然現(xiàn)在面試中也都喜歡問道，當(dāng)大伙說的頭頭是道時(shí)候，可到真正的項(xiàng)目中幾乎局限只會(huì)關(guān)聯(lián)對(duì)象或者M(jìn)ethodSwizzling奉為神劍到處揮砍，開發(fā)畢竟不能紙上談兵，實(shí)踐出真知，介紹目前在項(xiàng)目中runtime的具體使用，真切希望和各位同學(xué)探討。

1 關(guān)聯(lián)對(duì)象（AssociatedObject ）

Catagory主要為已經(jīng)存在的類(主要是系統(tǒng)類)擴(kuò)展新的方法,關(guān)聯(lián)對(duì)象是runtime在開發(fā)中應(yīng)用的最廣泛，其主要用于為Catagory的對(duì)象增加屬性。


AFNetworking的關(guān)聯(lián)對(duì)象的

Masony的關(guān)聯(lián)的對(duì)象

關(guān)于分類的介紹可以查看美團(tuán)技術(shù)團(tuán)隊(duì)寫的深入理解Objective-C:Category

1.1 為什么catagory 無法設(shè)置屬性

struct objc_category {
    char *category_name                                      OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *class_name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list *instance_methods                OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list *class_methods                   OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;

分類中可以添加實(shí)例方法，類方法，甚至可以實(shí)現(xiàn)協(xié)議，添加屬性，不可以添加成員變量。主要因?yàn)榉椒ǘx都在objc_class中管理的，不管如何增刪方法，都不影響類實(shí)例的內(nèi)存布局，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象必然會(huì)分配一塊內(nèi)存區(qū)域，包含了isa指針和所有的成員變量。假如允許動(dòng)態(tài)修改類成員變量布局，已經(jīng)創(chuàng)建出的類實(shí)例就不符合類定義了，變成了無效對(duì)象。

1.2 相關(guān)函數(shù)

//為一個(gè)實(shí)例對(duì)象添加一個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象，由于是C函數(shù)只能使用C字符串，這個(gè)key就是關(guān)聯(lián)對(duì)象的名稱，value為具體的關(guān)聯(lián)對(duì)象的值，policy為關(guān)聯(lián)對(duì)象策略，與我們自定義屬性時(shí)設(shè)置的修飾符類似
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy);
//通過key和實(shí)例對(duì)象獲取關(guān)聯(lián)對(duì)象的值
id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key);
//刪除實(shí)例對(duì)象的關(guān)聯(lián)對(duì)象
void objc_removeAssociatedObjects(id object);

(1)key值
　　關(guān)于前兩個(gè)函數(shù)中的 key 值是我們需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)點(diǎn)，這個(gè) key 值必須保證是一個(gè)對(duì)象級(jí)別（為什么是對(duì)象級(jí)別？看完下面的章節(jié)你就會(huì)明白了）的唯一常量。一般來說，有以下三種推薦的 key 值：
聲明 static char kAssociatedObjectKey; ，使用 &kAssociatedObjectKey 作為 key 值;
聲明 static void *kAssociatedObjectKey = &kAssociatedObjectKey; ，使用 kAssociatedObjectKey 作為 key 值；
用 selector ，使用 getter 方法的名稱作為 key 值。
static char kAssociatedObjectKey;

objc_getAssociatedObject(self, &kAssociatedObjectKey);

但是還有更簡(jiǎn)單的方法, 可以使用selector:

objc_getAssociatedObject(self, @selector(associatedObject));

或者直接使用_cmd: _cmd在Objective-C的方法中表示當(dāng)前方法的selector, 正如同self表示調(diào)用當(dāng)前方法的對(duì)象(類)一樣.

objc_getAssociatedObject(self, _cmd);

(2) 關(guān)聯(lián)規(guī)則 objc_AssociationPolicy policy和property使用的修飾符神似，具體含義也與property修飾符相同。


image.png
objc_AssociationPolicy modifier
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN assign
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC nonatomic, strong
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC nonatomic, copy
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN atomic, strong
OBJC_ASSOCIATION_COPY atomic, copy

（3）objc_removeAssociatedObjects函數(shù)實(shí)際運(yùn)用很少，它會(huì)移除一個(gè)對(duì)象的所有關(guān)聯(lián)對(duì)象，將該對(duì)象恢復(fù)成“原始”狀態(tài)。這樣做就很有可能把別人添加的關(guān)聯(lián)對(duì)象也一并移除，這并不是我們所希望的。所以一般的做法是通過給 objc_setAssociatedObject 函數(shù)傳入 nil 來移除某個(gè)已有的關(guān)聯(lián)對(duì)象。

1.4 category關(guān)聯(lián)對(duì)象的大體原理

isa 結(jié)構(gòu)體中的標(biāo)記位 has_assoc 標(biāo)記為 true，表示當(dāng)前對(duì)象有關(guān)聯(lián)對(duì)象，關(guān)聯(lián)對(duì)象并不是成員變量，關(guān)聯(lián)對(duì)象是由一個(gè)全局哈希表存儲(chǔ)的鍵值對(duì)中的值。

2 對(duì)象關(guān)系映射(ORM)

通過逆向APP會(huì)發(fā)現(xiàn)目前對(duì)象轉(zhuǎn)模型這塊目前主要用的是MJExtension和YYModel,老項(xiàng)目一般是MJExtension，新崛起的項(xiàng)目轉(zhuǎn)到了YYModel上。利用runtime 我們可以實(shí)現(xiàn)json數(shù)據(jù)的直接轉(zhuǎn)換成對(duì)象模型，或者把模型通過映射拼接成晦澀的sql語(yǔ)句，間接實(shí)現(xiàn)了對(duì)象存儲(chǔ)到sqlite數(shù)據(jù)庫(kù)


MJExtension
YYModel中的YYClassInfo

其中ORM主要涉及到一下方法：
獲取屬性列表

objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count);
for (unsigned int i=0; i<count; i++) {
   const char *propertyName = property_getName(propertyList[i]);
   NSLog(@"property---->%@", [NSString stringWithUTF8String:propertyName]);
}

獲取成員變量列表

Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);
for (unsigned int i; i<count; i++) {
    Ivar myIvar = ivarList[i];
    const char *ivarName = ivar_getName(myIvar);
    NSLog(@"Ivar---->%@", [NSString stringWithUTF8String:ivarName]);
}

獲取方法列表

unsigned int count;
  Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &count);
  for (int i = 0; i < count; i++) {
      Method method = methodList[i];
      DebugLog(@"------getRunTimeMethodList: %@",NSStringFromSelector(method_getName(method)));
  }

3 熱修復(fù)（HotfixPatch）

蘋果審核一直被開發(fā)者吐槽的，一是蘋果審核的嚴(yán)格，各種理由反反復(fù)復(fù)被打回去欲哭無淚，二是審核周期長(zhǎng)，在2017年之前蘋果審核的周期一般都在三天，如果是新應(yīng)用甚至需要一周以上，如果碰上圣誕節(jié)蘋果放假我們這邊是一般都不會(huì)提交審核，于是JSPatch 為代表的熱修復(fù)技術(shù)被開發(fā)者推崇，通過逆向中國(guó)市面上有頭有臉的iOS應(yīng)用，我發(fā)現(xiàn)幾乎都使用JSPath或者JSPath的變種。以至于蘋果發(fā)郵件禁止使用熱修復(fù)時(shí) 整個(gè)JSPath的Issues被炸鍋了。熱修復(fù)主要做的是替換現(xiàn)有的方法，或者增加新方法，需要對(duì)消息發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)有一定的理解。

3.1 消息轉(zhuǎn)發(fā)_objc_msgForward

-[*** ***]:unrecognized selector sent to instance 0x*****

這個(gè)是ios開發(fā)中最常見的crash,當(dāng)前對(duì)象找不到這個(gè)方法，實(shí)際上蘋果 調(diào)用doesNotRecognizeSelector方法的時(shí)候，是給了我們?nèi)螜C(jī)會(huì)的。就是我們常說的消息轉(zhuǎn)發(fā)，
舉一個(gè)栗子，我在工作中項(xiàng)目出現(xiàn)了差錯(cuò)，本著挽救同志的目的，領(lǐng)導(dǎo)讓我立即馬上提供一次挽回的方法，如果我給力這個(gè)危機(jī)到此沒了，但是我跪了搞不定,領(lǐng)導(dǎo)就問誰(shuí)可以解決，這是老王站了出來，如果老王接盤搞定了這個(gè)危機(jī)那也沒事了，但是老王也沒有解決 領(lǐng)導(dǎo)就會(huì)找小李啊或者小張?zhí)幚?，如果大家都沉默無法解決， 那就項(xiàng)目徹底破產(chǎn)啦。oc中消息轉(zhuǎn)發(fā)差不多就是這樣的。

+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel// 實(shí)例方法
+(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel // 類方法

第一次機(jī)會(huì)允許用戶在此時(shí)為該Class動(dòng)態(tài)添加實(shí)現(xiàn)。如果有實(shí)現(xiàn)了，則調(diào)用并返回。

BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types);

如果仍沒實(shí)現(xiàn)，繼續(xù)下面的動(dòng)作。

-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

調(diào)用forwardingTargetForSelector:方法，嘗試找到一個(gè)能響應(yīng)該消息的對(duì)象。如果獲取到，則直接轉(zhuǎn)發(fā)給它。如果返回了nil，繼續(xù)下面的動(dòng)作。

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation

通過 -methodSignatureForSelector: 消息獲得函數(shù)的參數(shù)和返回值類型。如果 -methodSignatureForSelector: 返回 nil ，Runtime 則會(huì)發(fā)出 -doesNotRecognizeSelector: 消息，程序這時(shí)也就掛掉了。如果返回了一個(gè)函數(shù)簽名，Runtime 就會(huì)創(chuàng)建一個(gè) NSInvocation 對(duì)象并發(fā)送 -forwardInvocation: 消息給目標(biāo)對(duì)象。
NSInvocation 是一個(gè)消息體的封裝，包括selector 以及參數(shù)等信息。因此JSPatch通過NSInvocation來創(chuàng)建消息


JSPatch

NSInvocation可以實(shí)現(xiàn)傳遞多個(gè)參數(shù)。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)簽名，這個(gè)簽名可以是任意的,但需要注意，簽名函數(shù)的參數(shù)數(shù)量要和調(diào)用的一致。
    NSMethodSignature * signature = [[self class] instanceMethodSignatureForSelector:@selector(testFun:argb:)];
    NSLog(@"參數(shù)個(gè)數(shù)%lu---返回參數(shù)類型%s",signature.numberOfArguments,signature.methodReturnType);
    //通過簽名初始化
    NSInvocation * invocatin = [NSInvocation invocationWithMethodSignature:signature];
    NSString *argumentOne = @"First";
    NSString *argumentTwo = @"Two";
    //atIndex的下標(biāo)必須從2開始。原因?yàn)椋? 1 兩個(gè)參數(shù)已經(jīng)被target和selector占用
    [invocatin setArgument:&argumentOne atIndex:2];
    [invocatin setArgument:&argumentTwo atIndex:3];
    [invocatin setTarget:self];//設(shè)置target
    [invocatin setSelector:@selector(testFun:argb:)];//設(shè)置selecteor
    [invocatin invoke];//消息調(diào)用
}
-(NSString*)testFun:(NSString*)argc argb:(NSString*)argb{
    //實(shí)現(xiàn) [argc stringByAppendingString:argb];
    NSString* string = argc;
    NSString* aString;
    NSString* stringToAppend = argb;
    NSInvocation* inv = [NSInvocation invocationWithMethodSignature:[NSString instanceMethodSignatureForSelector:@selector(stringByAppendingString:)]];
    [inv setTarget: string];
    [inv setSelector:@selector(stringByAppendingString:)];
    [inv setArgument:&stringToAppend atIndex:2];
    [inv retainArguments];
    [inv invoke];
    // 獲取返回值
    [inv getReturnValue:&aString];
    return aString;
}

4 私有變量的修改

主要是利用class_copyIvarList獲取當(dāng)前類的所有屬性，主要為了獲取私有變量然后利用KVC修改對(duì)象的屬性。
通過打印UITextField的屬性，獲取到變量名稱為_placeholderLabel，可以修改placeholder字體顏色。

unsigned int outCount = 0;
   Ivar *ivars  = class_copyIvarList([UITextField class], &outCount);
    for (NSInteger i = 0; i < outCount; ++i) {
        // 遍歷取出該類成員變量
        Ivar ivar = *(ivars + i);
        NSLog(@"\n name = %s  \n type = %s", ivar_getName(ivar),ivar_getTypeEncoding(ivar));
    }

KVC 修改屬性值

[_textView setValue: [UIColor redColor] forKeyPath:@"_placeholderLabel.textColor"];

一般上面寫法用的很少，盡快替換了方法還是有很多坑等著
一般我們的用法直接KVC 替換系統(tǒng)原有的變量

UITextField *textFiled = [[UITextField alloc] initWithFrame:CGRectMake(20, 100, 100, 50)];
    [self.view addSubview:textFiled];
    UILabel *placeholderLabel = [UILabel new];
    placeholderLabel.textColor = [UIColor redColor];
    [placeholderLabel sizeToFit];
    placeholderLabel.text = @"請(qǐng)輸入密碼";
    [textFiled addSubview:placeholderLabel];
    [textFiled setValue:placeholderLabel forKey:@"_placeholderLabel"];

5 面向切面編程（AOP）

主要利用Method Swizzling 在不破話原有的代碼，將獨(dú)立的功能模塊剝離出來，實(shí)現(xiàn)代碼注入。

5.1 Method Swizzling

+ (BOOL)swizzleInstanceMethod:(SEL)originalSel with:(SEL)newSel {
    Method originalMethod = class_getInstanceMethod(self, originalSel);
    Method newMethod = class_getInstanceMethod(self, newSel);
    if (!originalMethod || !newMethod) return NO;
    
    class_addMethod(self,
                    originalSel,
                    class_getMethodImplementation(self, originalSel),
                    method_getTypeEncoding(originalMethod));
    class_addMethod(self,
                    newSel,
                    class_getMethodImplementation(self, newSel),
                    method_getTypeEncoding(newMethod));
    
    method_exchangeImplementations(class_getInstanceMethod(self, originalSel),
                                   class_getInstanceMethod(self, newSel));
    return YES;
}

+ (BOOL)swizzleClassMethod:(SEL)originalSel with:(SEL)newSel {
    Class class = object_getClass(self);
    Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSel);
    Method newMethod = class_getInstanceMethod(class, newSel);
    if (!originalMethod || !newMethod) return NO;
    method_exchangeImplementations(originalMethod, newMethod);
    return YES;
}

最重要的是需要理解selector, method, implementation 三者之間關(guān)系：在運(yùn)行時(shí)，類（Class）維護(hù)了一個(gè)消息分發(fā)列表來解決消息的正確發(fā)送。每一個(gè)消息列表的入口是一個(gè)方法（Method），這個(gè)方法映射了一對(duì)鍵值對(duì)，其中鍵值是這個(gè)方法的名字 selector（SEL），值是指向這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)的函數(shù)指針 implementation（IMP）。 Method swizzling 修改了類的消息分發(fā)列表使得已經(jīng)存在的 selector 映射了另一個(gè)實(shí)現(xiàn) implementation，同時(shí)重命名了原生方法的實(shí)現(xiàn)為一個(gè)新的 selector。


NSPipster的Method Swizzling

Method Swizzling需要注意的是:
(1)應(yīng)該總在+load中執(zhí)行,+load會(huì)在類初始加載時(shí)調(diào)用，和+initialize比較+load能保證在類的初始化過程中被加載。
(2) dispatch_once中執(zhí)行：swizzling會(huì)改變?nèi)譅顟B(tài)，所以在運(yùn)行時(shí)采取一些預(yù)防措施，使用dispatch_once就能夠確保代碼不管有多少線程都只被執(zhí)行一次。這將成為method swizzling的最佳實(shí)踐。

5.2日志打印 快速熟悉項(xiàng)目。

程序猿是跳槽率偏高的職業(yè)，如果去新公司做新項(xiàng)目還好說，一旦需要接手老項(xiàng)目的維護(hù)，商業(yè)項(xiàng)目可不是我們平常寫的Demo的代碼量,那代碼中的邏輯結(jié)構(gòu)瞬間會(huì)讓新入職的小伙伴們懵逼，通過通過攔截點(diǎn)擊事件，可以快速的熟悉代碼的邏輯。


image.png

5.3處理通用邏輯

比如在一些界面我們需要用戶登錄才能查看，最笨的辦法實(shí)在實(shí)在需要的ViewController 添加判斷登錄的邏輯。下面這張截圖是從Github的找到的利用AOP處理用戶登錄的代碼，當(dāng)然這個(gè)用繼承基礎(chǔ)類去寫也是不錯(cuò)的，暫且不要在意寫法的好壞 最起碼我們程序開發(fā)提供了新的思路。


處理用戶登錄

5.4Crash的防范

OC中容器類在空值nil 和數(shù)組越界都會(huì)直接導(dǎo)致我們app 的crash 我們一種處理方式是利用Category增加新方法中判斷值是否為空或者越界，對(duì)于新工程我們使用大家約定使用容器的category還好說，

- (id)objectOrNilAtIndex:(NSUInteger)index {
    return index < self.count ? self[index] : nil;
}

但是對(duì)于老項(xiàng)目 我們難道需要修改所有的容器類方法？我們可以使用切面來修改。

+(void)load{

    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{

        Class __NSPlaceholderArray = NSClassFromString(@"__NSPlaceholderArray");
        [NSArray swizzleInstance:__NSPlaceholderArray origMethod:@selector(initWithObjects:count:) withMethod:@selector(RBSafe_initWithObjects:count:)];
        
        Class __NSArray = NSClassFromString(@"NSArray");
        Class __NSArrayI = NSClassFromString(@"__NSArrayI");//數(shù)組有內(nèi)容obj類型才是__NSArrayI
        Class __NSSingleObjectArrayI = NSClassFromString(@"__NSSingleObjectArrayI");//iOS10 以上，單個(gè)內(nèi)容類型是__NSArraySingleObjectI
        Class __NSArray0 = NSClassFromString(@"__NSArray0");//iOS9 以上，沒內(nèi)容類型是__NSArray0
        
        [NSArray swizzleInstance:__NSArray origMethod:@selector(subarrayWithRange:) withMethod:@selector(RBSafe_subarrayWithRange:)];
        
        [NSArray swizzleInstance:__NSArray origMethod:@selector(objectsAtIndexes:) withMethod:@selector(RBSafe_objectsAtIndexes:)];
   
        [NSArray swizzleInstance:__NSArrayI origMethod:@selector(objectAtIndex:) withMethod:@selector(RBSafe_NSArrayIobjectAtIndex:)];
        
        [NSArray swizzleInstance:__NSSingleObjectArrayI origMethod:@selector(objectAtIndex:) withMethod:@selector(RBSafe_NSSingleObjectArrayIobjectAtIndex:)];
        
        [NSArray swizzleInstance:__NSArray0 origMethod:@selector(objectAtIndex:) withMethod:@selector(RBSafe_NSArray0ObjectAtIndex:)];
        
    });
}

當(dāng)然這種用法 我個(gè)人是持中立態(tài)度的，因?yàn)榭梢运查g把我們代碼所犯的錯(cuò)誤處理的風(fēng)平浪靜，但是讓我有一種掩耳盜鈴的感覺，我們的問題和錯(cuò)誤根源還在的，不斷的錯(cuò)誤疊加只會(huì)讓我們代碼變得危機(jī)重重，同時(shí)AOP的crash處理是無痛無感知的，一旦我們運(yùn)用在第三方的靜態(tài)庫(kù)實(shí)際上我們就會(huì)侵入被人工程的代碼，被人的代碼被篡改都不知情的，這個(gè)需要謹(jǐn)慎使用。

6 逆向開發(fā)

逆向開發(fā)主要集中在iOS越獄方面，逆向開發(fā)可以讓我們?cè)趇OS開發(fā)中打開另一扇門，對(duì)于大部門開發(fā)者來說很少接觸這個(gè)領(lǐng)域，我也是在工作中才接觸到iOS的越獄，逆向開發(fā)的基礎(chǔ)就是利用Method Swizzling，不管是現(xiàn)在熱門的THEOS還是iOSOpenDev都是Method Swizzling的封裝，點(diǎn)擊iOSOpenDev使用的CaptainHook就可以看到都是Method Swizzling 各種方法。

#import <Cycript/Cycript.h>
#import <CaptainHook/CaptainHook.h>

#define CYCRIPT_PORT 8888

CHDeclareClass(AppDelegate);
CHDeclareClass(UIApplication);

CHOptimizedMethod2(self, void, AppDelegate, application, UIApplication *, application, didFinishLaunchingWithOptions, NSDictionary *, options)
{
    CHSuper2(AppDelegate, application, application, didFinishLaunchingWithOptions, options);
    
    NSLog(@"## Start Cycript ##");
    CYListenServer(CYCRIPT_PORT);
}

__attribute__((constructor)) static void entry() {
    CHLoadLateClass(AppDelegate);
    CHHook2(AppDelegate, application, didFinishLaunchingWithOptions);
}
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