聊一聊 Runtime

Runtime 是一套 C 語言的 API，屬于OC 底層的實現(xiàn)。接下來將從消息機制、歸檔、Hook(下鉤子)、動態(tài)的添加方法四個方面來簡單地聊一下。

一、消息機制

OC 是一門動態(tài)語言，所有的方法調(diào)用都會在底層轉(zhuǎn)化成消息發(fā)送。為了證明這個觀點，做如下實驗。
打開Xcode，新建一個CommandLine 程序，新建一個繼承自NSObject 的Person 類，如下所示

    int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *p = [Person alloc];//堆區(qū)分配空間 malloc
        p = [p init];//初始化對象
    }
    return 0;
}

接下來，看一下這段代碼的底層的實現(xiàn)情況。打開終端，cd 到工程的根目錄，運行命令 :

clang -rewrite-objc main.m

會得到一個 main.cpp的文件。利用Xcode 打開，會發(fā)現(xiàn)其內(nèi)容比較長(有近10萬行代碼)。選取最后面的十幾行代碼：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 

        Person *p = ((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc"));

        p = ((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)p, sel_registerName("init"));
        objc_msgSend(p, sel_registerName("init"));
    }
    return 0;
}

由上可以得知：
[Person alloc] 被轉(zhuǎn)化為了 objc_msgSend(objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc"))；
[p init] 被轉(zhuǎn)化為了 objc_msgSend(p, sel_registerName("init"))。
其中，objc_msgSend( )函數(shù)的作用是向?qū)ο蟀l(fā)送消息，objc_getClass( )作用是獲取類對象，sel_registerName( )作用是注冊消息。
假設(shè)Person對象含有一個對象方法：eat,則可以有如下幾種方式實現(xiàn)調(diào)用：

1. [p eat];
2. [p performSelector:@selector(eat)];
3. objc_msgSend(p, @selector(eat));
4. objc_msgSend(p, sel_registerName("eat"));

二、歸檔

還是以剛才的Person類為例，假設(shè)其有兩個屬性：name 和 age

@interface Person : NSObject<NSCoding>
@property(nonatomic,strong) NSString *name;
@property(nonatomic,assign) NSInteger age;
@end

其實現(xiàn)歸檔的方式為：

  - (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)coder
{
    self = [super init];
    if (self) {
       _name = [coder decodeObjectForKey:@"name"];
       _age = [coder decodeIntegerForKey:@"age"];
    }
    return self;
}
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)coder
{
    [coder encodeObject:_name forKey:@"name"];
    [coder encodeInteger:_age forKey:@"age"];
}

當(dāng)類的屬性比較多的情況下，再使用這種方式歸檔的話，就不免有些麻煩，尤其是增加或者刪除某些屬性后都需要修改這兩個方法的內(nèi)容。而通過Runtime實現(xiàn)歸檔就可以避免這些麻煩的出現(xiàn)：

- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)coder
{
    self = [super init];
    if (self) {        
        unsigned int count = 0;
        Ivar * ivars = class_copyIvarList([self class], &count);
        for(int i =0 ;i<count;i++)
        {
            NSString *key =[NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivars[i])];
            id value = [coder decodeObjectForKey:key];
            [self setValue:value forKey:key];
        }
        free(ivars);//釋放對應(yīng)的區(qū)域
    }
    return self;
}
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)coder
{
    unsigned int count = 0;
    //在C里面，但凡讓傳遞一個基本數(shù)據(jù)類型的指針，它內(nèi)部就是想要改變外面的值
    Ivar * ivars = class_copyIvarList([self class], &count);
    for(int i =0;i<count;i++)
    {
        NSString * key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivars[i])];
        [coder encodeObject:[self valueForKey:key] forKey:key];
    }
    free(ivars);
}

Ivar 是表示成員變量的類型，class_copyIvarList( )作用是獲取成員變量的列表。注：記得引入頭文件 #import <objc/runtime.h>

三、Hook(下鉤子)

設(shè)想如下的場景：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"www.baidu.com/中文"];
    NSURLRequest *request = [NSURLRequest requestWithURL:url];
    NSLog(@"%@",request);
}

我們知道，利用含有中文的字符串生成的URL對象會為 nil，而系統(tǒng)的URLWithString方法并沒有對出現(xiàn)nil 時的情況進(jìn)行提示。但我們可以自己加上，而且很容易想到通過類別的方式添加：

@interface NSURL (url)
+ (instancetype) createUrlWithString:(NSString *)str;
@end

+ (instancetype)createUrlWithString:(NSString *)str
{
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:str];
    if(url == nil)
    {
        NSLog(@"URL 為空??！");
    }
    return url;
}

這樣，調(diào)用剛才寫好的createUrlWithString：方法生成URL對象就能及時察覺空的URL對象的出現(xiàn)。新的問題又出現(xiàn)了：如果這個類別是后期創(chuàng)建的，那么程序中但凡用到URLWithString：方法的地方就必須都改成createUrlWithString：方法。不但麻煩，而且容易遺漏。所以我們不禁會想：能不能不改變調(diào)用的方法，即還是調(diào)用URLWithString：方法，同時能夠達(dá)到調(diào)用createUrlWithString：的效果呢？
答案是肯定的??！

@interface NSURL (url)
+ (instancetype) createUrlWithString:(NSString *)str;
@end

+ (void)load
{
    //下鉤子
    Method UrlWithStr = class_getClassMethod(self, @selector(URLWithString:));
    Method CreateUrlwithStr = class_getClassMethod(self, @selector(createUrlWithString:));
    //交換方法實現(xiàn)??！ 
    method_exchangeImplementations(UrlWithStr, CreateUrlwithStr);
}

//高級用法，記得寫上備注
+ (instancetype)createUrlWithString:(NSString *)str
{
    NSURL *url = [NSURL createUrlWithString:str];
    if(url == nil)
    {
        NSLog(@"URL 為空?。?);
    }
    return url;
}

load 方法是在APP被裝載進(jìn)內(nèi)存的時候調(diào)用，可以說比 main.m 中的 main 函數(shù)執(zhí)行的還要早。所以我們可以在 load 方法里做文章。
通過 class_getClassMethod( )方法分別獲取到 URLWithString：方法和createUrlWithString：方法的IMP( 函數(shù)指針)。這里有個形象的比喻幫助大家理解方法跟IMP的關(guān)系：方法如同書中的目錄，IMP如同書中的頁碼。方法的最終實現(xiàn)情況取決于IMP。
由此，我們可以想到，在方法不變的情況下，可以修改其相應(yīng)的IMP達(dá)到修改方法實際調(diào)用情況的目的。method_exchangeImplementations( , )函數(shù)恰好幫我們實現(xiàn)了這個目標(biāo)。即完成了URLWithString：方法和createUrlWithString：方法的IMP的交換。所以，接下來調(diào)用URLWithString：方法實際上最終調(diào)用的是我們之前已經(jīng)寫好的createUrlWithString：方法的實現(xiàn)。
細(xì)心的小伙伴可能發(fā)現(xiàn)了我這里有個細(xì)節(jié)，看上去不符合常規(guī)：


image.png

這里可以負(fù)責(zé)人的告訴小伙伴：沒錯！就該這樣寫??！哈哈……
因為我們已經(jīng)交換了兩個方法的IMP，因此調(diào)用createUrlWithString：方法實際上調(diào)用的是URLWithString：方法的實現(xiàn)，沒毛??！如果函數(shù)里面調(diào)用的還是URLWithString：方法的話，會導(dǎo)致createUrlWithString：方法形成遞歸，即不斷地調(diào)用自己，程序會卡住，一段時間后就會閃退！感興趣的小伙伴可以試一下，下面附上我的運行結(jié)果：


image.png

四、動態(tài)地添加方法

創(chuàng)建一個類Person_add (為了區(qū)分之前的Person)繼承自NSObject，不添加任何成員方法和變量。作如下處理：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    Person_add *p = [[Person_add alloc]init];
    objc_msgSend(p, @selector(eat:),@"漢堡",@"水果");
}

程序運行后，大家很容易想到程序會閃退。因為Person_add 對象既沒有聲明更沒有實現(xiàn)eat:方法。
前面已經(jīng)提到，OC中所有的方法調(diào)用最終都會在底層轉(zhuǎn)化為消息發(fā)送。這里要清楚一點，objc_msgSend ( )方法看起來好像返回了數(shù)據(jù)，其實objc_msgSend() 從不返回數(shù)據(jù)，而是你的方法在運行時實現(xiàn)被調(diào)用后才會返回數(shù)據(jù)。下面詳細(xì)敘述消息的發(fā)送步驟：

  1. 首先檢測這個 selector 是不是要忽略。比如Mac OSX開發(fā)，有了垃圾回收就不理會 retain，release 這些函數(shù)；
  2. 檢測這個 selector 的target 是不是 nil，Objc 允許我們對一個 nil 對象執(zhí)行任何方法不會Crash，因為運行時會被忽略掉；
  3. 如果上面兩步都通過了，那么就開始查找這個類的實現(xiàn) IMP，先從 cache 里查找，如果找到了就運行對應(yīng)的函數(shù)去執(zhí)行相應(yīng)的代碼；
  4. 如果類的列表中找不到，就到父類的方法列表中查找，一直找到 NSObject 類為止；
  5. 如果還找不到，就要開始進(jìn)入動態(tài)方法解析了。

開始了動態(tài)解析后，Runtime 會調(diào)用 resolveInstanceMethod：或者 resolveClassMethod：來給我們一次動態(tài)添加方法實現(xiàn)的機會：

#import "Person_add.h"
#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>
@implementation Person_add

//對象方法
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    NSLog(@"%@",NSStringFromSelector(sel));
    //添加一個
    if(sel == @selector(eat:)){
        /*
         1.cls 目標(biāo)類
         2.SEL 方法編號
         3.IMP 方法的實現(xiàn)
         4.返回值類型
         */
        class_addMethod(self, sel, (IMP)haha, "V@:@");
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

/*
 1.方法的調(diào)用者
 2.方法的編號
 */
void haha(id self,SEL _cmd,NSString *str,NSString *str2)
{
    NSLog(@"吃%@",str2);
}
@end

上面的例子為 eat：方法添加了實現(xiàn)內(nèi)容，就是 haha 方法中的代碼。其中 "V@:@" 表示返回值和參數(shù)。運行結(jié)果為：


image.png
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