Objective-C Runtime 之二：成員變量與屬性

讀了N遍南峰子老師的博客，對老師的Runtime的講解雖不能說百分之百的聊熟于心，但也能做到熟練掌握，重新記錄下來，留給以后的自己翻看查閱。

記錄分六個部分：

本篇文章記錄第二部分：

在前面一篇文章中，我們介紹了Runtime中與類和對象相關(guān)的內(nèi)容，從這章開始，我們將討論類實現(xiàn)細(xì)節(jié)相關(guān)的內(nèi)容，主要包括類中成員變量，屬性，方法，協(xié)議與分類的實現(xiàn)。

本章的主要內(nèi)容將聚集在Runtime對成員變量與屬性的處理。在討論之前，我們先介紹一個重要的概念：類型編碼。

類型編碼(Type Encoding)

作為對Runtime的補(bǔ)充，編譯器將每個方法的返回值和參數(shù)類型編碼為一個字符串，并將其與方法的selector關(guān)聯(lián)在一起。這種編碼方案在其它情況下也是非常有用的，因此我們可以使用@encode編譯器指令來獲取它。當(dāng)給定一個類型時，@encode返回這個類型的字符串編碼。這些類型可以是諸如int、指針這樣的基本類型，也可以是結(jié)構(gòu)體、類等類型。事實上，任何可以作為sizeof()操作參數(shù)的類型都可以用于@encode()。

在Objective-C Runtime Programming Guide中的Type Encoding一節(jié)中，列出了Objective-C中所有的類型編碼。需要注意的是這些類型很多是與我們用于存檔和分發(fā)的編碼類型是相同的。但有一些不能在存檔時使用。

注：Objective-C不支持long double類型。@encode(long double)返回d，與double是一樣的。

一個數(shù)組的類型編碼位于方括號中；其中包含數(shù)組元素的個數(shù)及元素類型。如以下示例：

float a[] = {1.0, 2.0, 3.0};
NSLog(@"array encoding type: %s", @encode(typeof(a)));

輸出是：

2017-10-28 11:44:54.731 RuntimeTest[942:50791] array encoding type: [3f]

其它類型可參考Type Encoding，在此不細(xì)說。

另外，還有些編碼類型，@encode雖然不會直接返回它們，但它們可以作為協(xié)議中聲明的方法的類型限定符。可以參考Type Encoding。

對于屬性而言，還會有一些特殊的類型編碼，以表明屬性是只讀、拷貝、retain等等，詳情可以參考Property Type String。

成員變量、屬性

Runtime中關(guān)于成員變量和屬性的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不多，只有三個，并且都很簡單。不過還有個非常實用但可能經(jīng)常被忽視的特性，即關(guān)聯(lián)對象，我們將在這小節(jié)中詳細(xì)討論。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型

Ivar

Ivar是表示實例變量的類型，其實際是一個指向objc_ivar結(jié)構(gòu)體的指針，其定義如下：

typedef struct objc_ivar *Ivar;
struct objc_ivar {
    char *ivar_name                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 變量名
    char *ivar_type                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 變量類型
    int ivar_offset                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 基地址偏移字節(jié)
#ifdef __LP64__
    int space                       OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}

objc_property_t

objc_property_t是表示Objective-C聲明的屬性的類型，其實際是指向objc_property結(jié)構(gòu)體的指針，其定義如下：

typedef struct objc_property *objc_property_t;

objc_property_attribute_t

objc_property_attribute_t定義了屬性的特性(attribute)，它是一個結(jié)構(gòu)體，定義如下：

typedef struct {
    const char *name;           // 特性名
    const char *value;          // 特性值
} objc_property_attribute_t;

關(guān)聯(lián)對象(Associated Object)

關(guān)聯(lián)對象是Runtime中一個非常實用的特性，不過可能很容易被忽視。

關(guān)聯(lián)對象類似于成員變量，不過是在運(yùn)行時添加的。我們通常會把成員變量(Ivar)放在類聲明的頭文件中，或者放在類實現(xiàn)的@implementation后面。但這有一個缺點(diǎn)，我們不能在分類中添加成員變量。如果我們嘗試在分類中添加新的成員變量，編譯器會報錯。

我們可能希望通過使用(甚至是濫用)全局變量來解決這個問題。但這些都不是Ivar，因為他們不會連接到一個單獨(dú)的實例。因此，這種方法很少使用。

Objective-C針對這一問題，提供了一個解決方案：即關(guān)聯(lián)對象(Associated Object)。

我們可以把關(guān)聯(lián)對象想象成一個Objective-C對象(如字典)，這個對象通過給定的key連接到類的一個實例上。不過由于使用的是C接口，所以key是一個void指針(const void *)。我們還需要指定一個內(nèi)存管理策略，以告訴Runtime如何管理這個關(guān)聯(lián)對象的內(nèi)存。這個內(nèi)存管理的策略可以由以下值指定：

OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN
OBJC_ASSOCIATION_COPY

當(dāng)宿主對象被釋放時，會根據(jù)指定的內(nèi)存管理策略來處理關(guān)聯(lián)對象。如果指定的策略是assign，則宿主釋放時，關(guān)聯(lián)對象不會被釋放；而如果指定的是retain或者是copy，則宿主釋放時，關(guān)聯(lián)對象會被釋放。我們甚至可以選擇是否是自動retain/copy。當(dāng)我們需要在多個線程中處理訪問關(guān)聯(lián)對象的多線程代碼時，這就非常有用了。

我們將一個對象連接到其它對象所需要做的就是下面兩行代碼：

static char myKey;
objc_setAssociatedObject(self, &myKey, anObject, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);

在這種情況下，self對象將獲取一個新的關(guān)聯(lián)的對象anObject，且內(nèi)存管理策略是自動retain關(guān)聯(lián)對象，當(dāng)self對象釋放時，會自動release關(guān)聯(lián)對象。另外，如果我們使用同一個key來關(guān)聯(lián)另外一個對象時，也會自動釋放之前關(guān)聯(lián)的對象，這種情況下，先前的關(guān)聯(lián)對象會被妥善地處理掉，并且新的對象會使用它的內(nèi)存。

id anObject = objc_getAssociatedObject(self, &myKey);

我們可以使用objc_removeAssociatedObjects函數(shù)來移除一個關(guān)聯(lián)對象，或者使用objc_setAssociatedObject函數(shù)將key指定的關(guān)聯(lián)對象設(shè)置為nil。

我們下面來用實例演示一下關(guān)聯(lián)對象的使用方法。

假定我們想要動態(tài)地將一個Tap手勢操作連接到任何UIView中，并且根據(jù)需要指定點(diǎn)擊后的實際操作。這時候我們就可以將一個手勢對象及操作的block對象關(guān)聯(lián)到我們的UIView對象中。這項任務(wù)分兩部分。首先，如果需要，我們要創(chuàng)建一個手勢識別對象并將它及block做為關(guān)聯(lián)對象。如下代碼所示：

- (void)setTapActionWithBlock:(void (^)(void))block
{
    UITapGestureRecognizer *gesture = objc_getAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapGestureKey);
 
    if (!gesture)
    {
        gesture = [[UITapGestureRecognizer alloc] initWithTarget:self action:@selector(__handleActionForTapGesture:)];
        [self addGestureRecognizer:gesture];
        objc_setAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapGestureKey, gesture, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
    }
    objc_setAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapBlockKey, block, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}

這段代碼檢測了手勢識別的關(guān)聯(lián)對象。如果沒有，則創(chuàng)建并建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。同時，將傳入的塊對象連接到指定的key上。注意block對象的關(guān)聯(lián)內(nèi)存管理策略。
手勢識別對象需要一個target和action，所以接下來我們定義處理方法：

- (void)__handleActionForTapGesture:(UITapGestureRecognizer *)gesture
{
    if (gesture.state == UIGestureRecognizerStateRecognized)
    {
        void(^action)(void) = objc_getAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapBlockKey);
        if (action)
        {
            action();
        }
    }
}

我們需要檢測手勢識別對象的狀態(tài)，因為我們只需要在點(diǎn)擊手勢被識別出來時才執(zhí)行操作。

從上面的例子我們可以看到，關(guān)聯(lián)對象使用起來并不復(fù)雜。它讓我們可以動態(tài)地增強(qiáng)類現(xiàn)有的功能。我們可以在實際編碼中靈活地運(yùn)用這一特性。

成員變量、屬性的操作方法

成員變量

成員變量操作包含以下函數(shù)：

// 獲取成員變量名
const char * ivar_getName ( Ivar v );
// 獲取成員變量類型編碼
const char * ivar_getTypeEncoding ( Ivar v );
// 獲取成員變量的偏移量
ptrdiff_t ivar_getOffset ( Ivar v );
  • ivar_getOffset函數(shù)，對于類型id或其它對象類型的實例變量，可以調(diào)用object_getIvar和object_setIvar來直接訪問成員變量，而不使用偏移量。

關(guān)聯(lián)對象

關(guān)聯(lián)對象操作函數(shù)包括以下:

// 設(shè)置關(guān)聯(lián)對象
void objc_setAssociatedObject ( id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy );
// 獲取關(guān)聯(lián)對象
id objc_getAssociatedObject ( id object, const void *key );
// 移除關(guān)聯(lián)對象
void objc_removeAssociatedObjects ( id object );

關(guān)聯(lián)對象及相關(guān)實例已經(jīng)在前面討論過了，在此不再重復(fù)。

屬性

屬性操作相關(guān)函數(shù)包括以下：

// 獲取屬性名
const char * property_getName ( objc_property_t property );
// 獲取屬性特性描述字符串
const char * property_getAttributes ( objc_property_t property );
// 獲取屬性中指定的特性
char * property_copyAttributeValue ( objc_property_t property, const char *attributeName );
// 獲取屬性的特性列表
objc_property_attribute_t * property_copyAttributeList ( objc_property_t property, unsigned int *outCount );
  • property_copyAttributeValue函數(shù)，返回的char *在使用完后需要調(diào)用free()釋放。
  • property_copyAttributeList函數(shù)，返回值在使用完后需要調(diào)用free()釋放。

實例

假定這樣一個場景，我們從服務(wù)端兩個不同的接口獲取相同的字典數(shù)據(jù)，但這兩個接口是由兩個人寫的，相同的信息使用了不同的字段表示。我們在接收到數(shù)據(jù)時，可將這些數(shù)據(jù)保存在相同的對象中。對象類如下定義：

@interface MyObject: NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString    *   name;                  
@property (nonatomic, copy) NSString    *   status;                 
@end

接口A、B返回的字典數(shù)據(jù)如下所示：

@{@"name1": "張三", @"status1": @"start"}
@{@"name2": "張三", @"status2": @"end"}

通常的方法是寫兩個方法分別做轉(zhuǎn)換，不過如果能靈活地運(yùn)用Runtime的話，可以只實現(xiàn)一個轉(zhuǎn)換方法，為此，我們需要先定義一個映射字典(全局變量)

static NSMutableDictionary *map = nil;
@implementation MyObject    
+ (void)load
{
    map = [NSMutableDictionary dictionary];
    map[@"name1"]                = @"name";
    map[@"status1"]              = @"status";
    map[@"name2"]                = @"name";
    map[@"status2"]              = @"status";
}
@end

上面的代碼將兩個字典中不同的字段映射到MyObject中相同的屬性上，這樣，轉(zhuǎn)換方法可如下處理：

- (void)setDataWithDic:(NSDictionary *)dic
{
    [dic enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(NSString *key, id obj, BOOL *stop) {
        NSString *propertyKey = [self propertyForKey:key];
        if (propertyKey)
        {
            objc_property_t property = class_getProperty([self class], [propertyKey UTF8String]);
            // TODO: 針對特殊數(shù)據(jù)類型做處理
            NSString *attributeString = [NSString stringWithCString:property_getAttributes(property) encoding:NSUTF8StringEncoding];
            ...
            [self setValue:obj forKey:propertyKey];
        }
    }];
}

當(dāng)然，一個屬性能否通過上面這種方式來處理的前提是其支持KVC。

針對上述代碼：
+ (void) load {} 的作用？調(diào)用時間？請參考這篇文章

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