iOS黑魔法--Objective-C Runtime 運(yùn)行時(shí)之Method Swizzling

Method Swizzling是改變一個(gè)selector的實(shí)際實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。通過這一技術(shù),我們可以在運(yùn)行時(shí)通過修改類的分發(fā)表中selector對應(yīng)的函數(shù),來修改方法的實(shí)現(xiàn)。

例如,我們想跟蹤在程序中每一個(gè)view controller展示給用戶的次數(shù):當(dāng)然,我們可以在每個(gè)view controller的viewDidAppear中添加跟蹤代碼;但是這太過麻煩,需要在每個(gè)view controller中寫重復(fù)的代碼。創(chuàng)建一個(gè)子類可能是一種實(shí)現(xiàn)方式,但需要同時(shí)創(chuàng)建UIViewController, UITableViewController, UINavigationController及其它UIKit中view controller的子類,這同樣會產(chǎn)生許多重復(fù)的代碼。

這種情況下,我們就可以使用Method Swizzling,如在代碼所示:

#import <objc/runtime.h>
 
@implementation UIViewController (Tracking)
 
+ (void)load {
        static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class class = [self class];         
        // When swizzling a class method, use the following:
                    // Class class = object_getClass((id)self);
 
        SEL originalSelector = @selector(viewWillAppear:);
                    SEL swizzledSelector = @selector(xxx_viewWillAppear:);
 
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
                    Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);
 
        BOOL didAddMethod =
                        class_addMethod(class,
                originalSelector,
                method_getImplementation(swizzledMethod),
                method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
 
        if (didAddMethod) {
                        class_replaceMethod(class,
                swizzledSelector,
                method_getImplementation(originalMethod),
                method_getTypeEncoding(originalMethod));
        } else {
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        }
    });
}
 
#pragma mark - Method Swizzling
 
- (void)xxx_viewWillAppear:(BOOL)animated {
        [self xxx_viewWillAppear:animated];
    NSLog(@"viewWillAppear: %@", self);
}
 
@end

在這里,我們通過method swizzling修改了UIViewController的@selector(viewWillAppear:)對應(yīng)的函數(shù)指針,使其實(shí)現(xiàn)指向了我們自定義的xxx_viewWillAppear的實(shí)現(xiàn)。這樣,當(dāng)UIViewController及其子類的對象調(diào)用viewWillAppear時(shí),都會打印一條日志信息。

上面的例子很好地展示了使用method swizzling來一個(gè)類中注入一些我們新的操作。當(dāng)然,還有許多場景可以使用method swizzling,在此不多舉例。在此我們說說使用method swizzling需要注意的一些問題:

Swizzling應(yīng)該總是在+load中執(zhí)行

在Objective-C中,運(yùn)行時(shí)會自動調(diào)用每個(gè)類的兩個(gè)方法。+load會在類初始加載時(shí)調(diào)用,+initialize會在第一次調(diào)用類的類方法或?qū)嵗椒ㄖ氨徽{(diào)用。這兩個(gè)方法是可選的,且只有在實(shí)現(xiàn)了它們時(shí)才會被調(diào)用。由于method swizzling會影響到類的全局狀態(tài),因此要盡量避免在并發(fā)處理中出現(xiàn)競爭的情況。+load能保證在類的初始化過程中被加載,并保證這種改變應(yīng)用級別的行為的一致性。相比之下,+initialize在其執(zhí)行時(shí)不提供這種保證—事實(shí)上,如果在應(yīng)用中沒為給這個(gè)類發(fā)送消息,則它可能永遠(yuǎn)不會被調(diào)用。

Swizzling應(yīng)該總是在dispatch_once中執(zhí)行

與上面相同,因?yàn)閟wizzling會改變?nèi)譅顟B(tài),所以我們需要在運(yùn)行時(shí)采取一些預(yù)防措施。原子性就是這樣一種措施,它確保代碼只被執(zhí)行一次,不管有多少個(gè)線程。GCD的dispatch_once可以確保這種行為,我們應(yīng)該將其作為method swizzling的最佳實(shí)踐。

選擇器、方法與實(shí)現(xiàn)

在Objective-C中,選擇器(selector)、方法(method)和實(shí)現(xiàn)(implementation)是運(yùn)行時(shí)中一個(gè)特殊點(diǎn),雖然在一般情況下,這些術(shù)語更多的是用在消息發(fā)送的過程描述中。

以下是Objective-C Runtime Reference中的對這幾個(gè)術(shù)語一些描述:

Selector(typedef struct objc_selector *SEL):用于在運(yùn)行時(shí)中表示一個(gè)方法的名稱。一個(gè)方法選擇器是一個(gè)C字符串,它是在Objective-C運(yùn)行時(shí)被注冊的。選擇器由編譯器生成,并且在類被加載時(shí)由運(yùn)行時(shí)自動做映射操作。
Method(typedef struct objc_method Method):在類定義中表示方法的類型
Implementation(typedef id (
IMP)(id, SEL, …)):這是一個(gè)指針類型,指向方法實(shí)現(xiàn)函數(shù)的開始位置。這個(gè)函數(shù)使用為當(dāng)前CPU架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)C調(diào)用規(guī)范。每一個(gè)參數(shù)是指向?qū)ο笞陨淼闹羔?self),第二個(gè)參數(shù)是方法選擇器。然后是方法的實(shí)際參數(shù)。
理解這幾個(gè)術(shù)語之間的關(guān)系最好的方式是:一個(gè)類維護(hù)一個(gè)運(yùn)行時(shí)可接收的消息分發(fā)表;分發(fā)表中的每個(gè)入口是一個(gè)方法(Method),其中key是一個(gè)特定名稱,即選擇器(SEL),其對應(yīng)一個(gè)實(shí)現(xiàn)(IMP),即指向底層C函數(shù)的指針。

為了swizzle一個(gè)方法,我們可以在分發(fā)表中將一個(gè)方法的現(xiàn)有的選擇器映射到不同的實(shí)現(xiàn),而將該選擇器對應(yīng)的原始實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)到一個(gè)新的選擇器中。

調(diào)用_cmd

我們回過頭來看看前面新的方法的實(shí)現(xiàn)代碼:

- (void)xxx_viewWillAppear:(BOOL)animated {
    [self xxx_viewWillAppear:animated];
    NSLog(@"viewWillAppear: %@", NSStringFromClass([self class]));
}

咋看上去是會導(dǎo)致無限循環(huán)的。但令人驚奇的是,并沒有出現(xiàn)這種情況。在swizzling的過程中,方法中的[self xxx_viewWillAppear:animated]已經(jīng)被重新指定到UIViewController類的-viewWillAppear:中。在這種情況下,不會產(chǎn)生無限循環(huán)。不過如果我們調(diào)用的是[self viewWillAppear:animated],則會產(chǎn)生無限循環(huán),因?yàn)檫@個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)已經(jīng)被重新指定為xxx_viewWillAppear:了。

注意事項(xiàng)

Swizzling通常被稱作是一種黑魔法,容易產(chǎn)生不可預(yù)知的行為和無法預(yù)見的后果。雖然它不是最安全的,但如果遵從以下幾點(diǎn)預(yù)防措施的話,還是比較安全的:

  1. 總是調(diào)用方法的原始實(shí)現(xiàn)(除非有更好的理由不這么做):API提供了一個(gè)輸入與輸出約定,但其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是一個(gè)黑盒。Swizzle一個(gè)方法而不調(diào)用原始實(shí)現(xiàn)可能會打破私有狀態(tài)底層操作,從而影響到程序的其它部分。
    避免沖突:給自定義的分類方法加前綴,從而使其與所依賴的代碼庫不會存在命名沖突。
  2. 明白是怎么回事:簡單地拷貝粘貼swizzle代碼而不理解它是如何工作的,不僅危險(xiǎn),而且會浪費(fèi)學(xué)習(xí)Objective-C運(yùn)行時(shí)的機(jī)會。閱讀Objective-C Runtime Reference和查看<objc/runtime.h>頭文件以了解事件是如何發(fā)生的。
  3. 小心操作:無論我們對Foundation, UIKit或其它內(nèi)建框架執(zhí)行Swizzle操作抱有多大信心,需要知道在下一版本中許多事可能會不一樣。
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