Objective-C Runtime：深入理解成員變量與屬性

櫻花盛開.jpg

概述

在上篇文章Objective-C Runtime：深入理解類與對象中，講解了類與對象的相關內(nèi)容。

在本文中，著重講解一下類實現(xiàn)細節(jié)的先關內(nèi)容，主要包括類中的成員變量、屬性、方法以及協(xié)議與分類的實現(xiàn)。

在講解成員變量與屬性之前，需要了解一下類型編碼相關知識。

類型編碼

在Runtime中，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關聯(lián)在一起。

由于該編碼方案具有一定的通用性，系統(tǒng)提供了編譯器指令@encode來獲取特定編碼后的字符串。

當給定一個類型時，@encode返回這個類型的字符串編碼。這些類型可以是諸如int、指針等基本類型，也可以是結構體、類等類型。

事實上，任何可以作為sizeof()操作參數(shù)的類型都可以執(zhí)行@encode()指令。

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，如下所示：

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

針對數(shù)組的類型編碼，返回字符串會包括：數(shù)組元素的個數(shù)以及元素的類型，具體如下所示：

int a[] = {1, 2};
NSLog(@"type Coding = %s", @encode(typeof(a)));

打印結果如下：

2018-03-28 22:46:28.253495+0800 RuntimeUsage[48760:1909814] type Coding = [2i]

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。

成員變量與屬性

成員變量與屬性這一部分有三個方面需要注意：Ivar、objc_property_t基本數(shù)據(jù)結構和關聯(lián)對象(Associated Object)。其中，關于關聯(lián)對象的相關內(nèi)容在之前的文章中詳細闡述過。

基礎數(shù)據(jù)結構

成員變量(Ivar)的數(shù)據(jù)結構

在Objective-C中，成員變量即Ivar類型，是指向結構體struct objc_ivar的指針，在Objc/runtime.h 中查到,如下所示：

typedef struct objc_ivar *Ivar;

結構體struct objc_ivar的數(shù)據(jù)結構如下所示：

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; // 基地址偏移量，在對成員變量尋址時使用。
#ifdef __LP64__
    int space OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}

屬性的數(shù)據(jù)結構

屬性（property）數(shù)據(jù)結構如下所示：

typedef struct objc_property *objc_property_t;

屬性特性(Attribute)的數(shù)據(jù)結構如下所示：

typedef struct {
    const char * _Nonnull name;           /**< The name of the attribute */
    const char * _Nonnull value;          /**< The value of the attribute (usually empty) */
} objc_property_attribute_t;

成員變量與屬性的聯(lián)系

  • 本質(zhì)上，一個屬性一定對應一個成員變量，但是屬性又不僅僅是一個成員變量，屬性還會根據(jù)自己對應的屬性特性的定義來對這個成員變量進行一系列的封裝：提供 Getter/Setter 方法、內(nèi)存管理策略、線程安全機制等等。

成員變量、屬性的操作方法

成員變量

成員變量的相關函數(shù)如下:

// 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。
關聯(lián)對象

關聯(lián)對象函數(shù)如下：

// 設置關聯(lián)對象
void objc_setAssociatedObject ( id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy );
// 獲取關聯(lián)對象
id objc_getAssociatedObject ( id object, const void *key );
// 移除關聯(lián)對象
void objc_removeAssociatedObjects ( id object );
屬性

屬性相關函數(shù)如下：

// 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。

運行時操作成員變量和屬性的示例代碼

NSString * runtimePropertyGetterIMP(id self, SEL _cmd){
    Ivar ivar = class_getInstanceVariable([self class], "_runtimeProperty");
    
    return object_getIvar(self, ivar);
}

void runtimePropertySetterIMP(id self, SEL _cmd, NSString *value){
    Ivar ivar = class_getInstanceVariable([self class], "_runtimeProperty");
    NSString *aValue = (NSString *)object_getIvar(self, ivar);
    if (![aValue isEqualToString:value]) {
        object_setIvar(self, ivar, value);
    }
}

- (void)verifyPropertyAndIvar{
    
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"
    
    //1、Add property and getter/setter method
    Class cls = objc_allocateClassPair([Animal class], "Panda", 0);
    
    //add instance variable
    BOOL isSuccess = class_addIvar(cls, "_runtimeProperty", sizeof(cls), log2(sizeof(cls)), @encode(NSString));
    NSLog(@"%@", isSuccess ? @"成功" : @"失敗");//print 成功
    
    //add attributes
    objc_property_attribute_t type = {"T", "@\"NSString\""};
    objc_property_attribute_t ownership = {"C", ""};//C = Copy
    objc_property_attribute_t isAutomic = {"N", ""};// N = nonatomic
    objc_property_attribute_t backingVar = {"V", "_runtimeProperty"};
    objc_property_attribute_t attrubutes[] = {type, ownership, isAutomic, backingVar};
    class_addProperty(cls, "runtimeProperty", attrubutes, 4);
    class_addMethod(cls, @selector(runtimeProperty), (IMP)runtimePropertyGetterIMP, "@@:");
    class_addMethod(cls, @selector(setRuntimeProperty), (IMP)runtimePropertySetterIMP, "V@:");
    
    objc_registerClassPair(cls);
    
    //2、print all properties
    unsigned int count = 0;
    objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(cls, &count);
    for (int32_t i = 0; i < count; i ++) {
        objc_property_t property = properties[I];
        NSLog(@"%s, %s\n", property_getName(property), property_getAttributes(property));
        //print: _runtimeProperty, T@"NSString",C,N,V_runtimeProperty
    }
    free(properties);
    
    //3、print all Ivar
    unsigned int outCount = 0;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList(cls, &outCount);
    for (int32_t i = 0; i < outCount; i ++) {
        Ivar ivar = ivars[I];
        NSLog(@"%s, %s\n", ivar_getName(ivar), ivar_getTypeEncoding(ivar));
        //print:_runtimeProperty, {NSString=#}
       
    }
    free(ivars);
    
    //4、use property
    id panda = [[cls alloc] init];
    [panda performSelector:@selector(setRuntimeProperty) withObject:@"set-property"];
    NSString *propertyValue = [panda performSelector:@selector(runtimeProperty)];
    NSLog(@"return value = %@", propertyValue);
    //print: return value = set-property
    
    //5、destory
    panda = nil;
    objc_disposeClassPair(cls);
    
    
#pragma clang diagnostic pop
    
}

上述代碼打印信息：

成功
runtimeProperty, T@"NSString",C,N,V_runtimeProperty
_runtimeProperty, {NSString=#}
return value = set-property
  • 上面的代碼中，我們在運行時動態(tài)創(chuàng)建了Animal 的一個子類 Panda；
  • 然后為它動態(tài)添加了 Ivar：_runtimeProperty、對應的 Property：runtimeProperty、對應的 Getter/Setter方法：runtimeProperty``setRuntimeProperty；
  • 接著我們遍歷和打印了Panda 的 Ivar 列表和 Property 列表；
  • 然后創(chuàng)建了 Panda 的一個實例 panda，并使用了 Property；
  • 最后我們銷毀了 panda 和 Panda。

這里有幾點需要注意的：

  • 我們不能用 class_addIvar() 函數(shù)為一個已經(jīng)存在的類添加Ivar，并且 class_addIvar() 只能在 objc_allocateClassPair() 和 objc_registerClassPair() 之間調(diào)用;
  • 添加屬性特性時的各種類型字符可以參考：Property Type String。
  • 添加一個屬性及對應的成員變量后，我們還能通過 [obj valueForKey:@"propertyName"];獲得屬性值。

小結

本文主要講解了成員變量與屬性相關使用，尤其是關聯(lián)對象的使用。希望閱讀完本文，能對成員變量和屬性的理解更深入。

參考

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