什么是Runtime
- runtime是由C和C++、汇编实现的一套API,为OC语言加入了面向对象、运行时的功能
- 运行时(runtime)将数据类型的确定由编译时推迟到了运行时
- 平时编写的OC代码,在程序运行过程中,最终会转换成runtime的C语言代码——runtime是Objective-C 的幕后⼯作者
如类结构中的ro和rw属性
- ro(read-only)在编译时已经确定
- rw(read-write)在运行时才确定,因此可以使用runtime进行修改
方法的本质是什么
方法的本质是发送消息objc_msgSend
,即寻找IMP的过程
发送消息会有以下⼏个流程:
- 快速查找流程——通过汇编
objc_msgSend
查找缓存cache_t
是否有imp实现 - 慢速查找流程——通过C++中
lookUpImpOrForward
递归查找当前类和父类的rw
中methodlist
的方法 - 动态方法解析——通过调用
resolveInstanceMethod
和resolveClassMethod
来动态方法决议——实现消息动态处理 - 快速转发流程——通过
CoreFoundation
来触发消息转发流程,forwardingTargetForSelector
实现快速转发,由其他对象来实现处理方法 - 慢速转发流程——先调用
methodSignatureForSelector
获取到方法的签名,生成对应的invocation;
再通过forwardInvocation
来进行处理 - 以上流程均无法挽救就崩溃并报错
SEL和IMP的关系
遇到这种问题先要解释两者分别是什么?再解释两者的关系
SEL
是方法编号,也是方法名,在dyld
加载镜像到内存时,通过_read_image
方法加载到内存的表中了
IMP
是函数实现指针,找IMP
就是找函数实现的过程
SEL
和IMP
的关系就可以解释为:
SEL
就相当于书本的⽬录标题IMP
就是书本的⻚码函数
就是具体页码对应的内容
比如我们想在《程序员的自我修养——链接、装载与库》一书中找到“动态链接”(SEL)
,肯定会翻到179页(IMP)
,179页会开始讲述具体内容(函数实现)
能否向运⾏时创建的类中添加实例变量
具体情况具体分析:
- 编译好的类不能添加实例变量
- 运行时创建的类可以添加实例变量,但若已注册到内存中就不行了
原因:
- 编译好的实例变量存储的位置在
ro
,而ro
是在编译时就已经确定了的 - ⼀旦编译完成,内存结构就完全确定就⽆法修改
- 只能修改
rw
中的方法或者可以通过关联对象的方式来添加属性
利用runtime-API创建对象
这题对runtime-API要求程度比较高
API介绍
动态创建类
/***创建类**superClass: 父类,传Nil会创建一个新的根类*name: 类名*extraBytes: 额外的内存空间,一般传0*return:返回新类,创建失败返回Nil,如果类名已经存在,则创建失败*/
Class FXPerson = objc_allocateClassPair([NSObject class], "LGPerson", 0);
添加成员变量
/**
*添加成员变量
*这个函数只能在objc_allocateClassPair和objc_registerClassPair之间调用。不支持向现有类添加一个实例变量
*这个类不能是元类,不支持在元类中添加一个实例变量
*实例变量的最小对齐为1 << align,实例变量的最小对齐依赖于ivar的类型和机器架构。对于任何指针类型的变量,请通过log2(sizeof(pointer_type))
*
*cls 往哪个类添加
*name 添加的名字
*size 大小
*alignment 对齐处理方式
*types 签名
*/
class_addIvar(FXPerson, "fxName", sizeof(NSString *), log2(sizeof(NSString *)), "@");
注册到内存
/***往内存注册类** cls 要注册的类*/objc_registerClassPair(FXPerson);
添加属性变量
/**
*往类里面添加属性
*
*cls 要添加属性的类
*name 属性名字
*attributes 属性的属性数组。
*attriCount 属性中属性的数量。
*/
class_addProperty(targetClass, propertyName, attrs, 4);
添加方法
/***往类里面添加方法**cls 要添加方法的类*sel 方法编号*imp 函数实现指针*types 签名*/
class_addMethod(FXPerson, @selector(setHobby), (IMP)fxSetter, "v@:@");
整体使用
// hobby的setter-IMP
void fxSetter(NSString *value) {printf("%s/n",__func__);
}// hobby的getter-IMP
NSString *fxHobby() {return @"iOS";
}// 添加属性变量的封装方法
void fx_class_addProperty(Class targetClass, const char *propertyName) {objc_property_attribute_t type = { "T", [[NSString stringWithFormat:@"@\"%@\"",NSStringFromClass([NSString class])] UTF8String] }; //typeobjc_property_attribute_t ownership0 = { "C", "" }; // C = copyobjc_property_attribute_t ownership = { "N", "" }; //N = nonatomicobjc_property_attribute_t backingivar = { "V", [NSString stringWithFormat:@"_%@",[NSString stringWithCString:propertyName encoding:NSUTF8StringEncoding]].UTF8String }; //variable nameobjc_property_attribute_t attrs[] = {type, ownership0, ownership, backingivar};class_addProperty(targetClass, propertyName, attrs, 4);
}// 打印属性变量的封装方法
void fx_printerProperty(Class targetClass){unsigned int outCount, i;objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(targetClass, &outCount);for (i = 0; i < outCount; i++) {objc_property_t property = properties[i];fprintf(stdout, "%s %s\n", property_getName(property), property_getAttributes(property));}
}int main(int argc, const char * argv[]) {@autoreleasepool {// 动态创建类Class FXPerson = objc_allocateClassPair([NSObject class], "FXPerson", 0);// 添加成员变量class_addIvar(FXPerson, "name", sizeof(NSString *), log2(sizeof(NSString *)), "@");// 注册到内存objc_registerClassPair(FXPerson);// 添加属性变量fx_class_addProperty(FXPerson, "hobby");fx_printerProperty(FXPerson);// 添加方法(为属性方法添加setter、getter方法)class_addMethod(FXPerson, @selector(setHobby:), (IMP)fxSetter, "v@:@");class_addMethod(FXPerson, @selector(hobby), (IMP)fxHobby, "@@:");// 开始使用id person = [FXPerson alloc];[person setValue:@"Felix" forKey:@"name"];NSLog(@"FXPerson的名字是:%@ 爱好是:%@", [person valueForKey:@"name"], [person valueForKey:@"hobby"]);}return 0;
}
注意事项
- 记得导入
<objc/runtime.h>
- 添加成员变量
class_addIvar
必须在objc_registerClassPair
前,因为注册到内存时ro已经确定了,不能再往ivars
添加(同第四个面试题) - 添加属性变量
class_addProperty
可以在注册内存前后,因为是往rw
中添加的 class_addProperty
中“属性的属性”——nonatomic/copy
是根据属性的类型变化而变化的class_addProperty
不会自动生成setter
和getter
方法,因此直接调用KVC
会崩溃
不只可以通过KVC
打印来检验,也可以下断点查看ro、rw
的结构来检验
关联对象分析
实则是为了解决分类创建属性的问题
分类直接添加属性的后果
- 编译会出现警告:没有setter方法和getter方法
- 运行会报错:-[FXPerson setName:]: unrecognized selector sent to instance 0x100f61180’
为什么不能直接添加属性
Category在runtime中是用一个结构体表示的:
struct category_t {const char *name;classref_t cls;struct method_list_t *instanceMethods;struct method_list_t *classMethods;struct protocol_list_t *protocols;struct property_list_t *instanceProperties;// Fields below this point are not always present on disk.struct property_list_t *_classProperties;...
};
里面虽然可以添加属性变量,但是这些properties
并不会自动生成Ivar
,也就是不会有 @synthesize
的作用,dyld加载期间,这些分类会被加载并patch到相应的类中。这是一个动态过程,Ivar
不能动态添加
解决方案
手动实现setter、getter方法,关联对象
- (void)setName:(NSString *)name {/**参数一:id object : 给哪个对象添加属性,这里要给自己添加属性,用self。参数二:void * == id key : 属性名,根据key获取关联对象的属性的值,在objc_getAssociatedObject中通过次key获得属性的值并返回。参数三:id value : 关联的值,也就是set方法传入的值给属性去保存。参数四:objc_AssociationPolicy policy : 策略,属性以什么形式保存。*/objc_setAssociatedObject(self, @"name", name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}- (NSString *)name {/**参数一:id object : 获取哪个对象里面的关联的属性。参数二:void * == id key : 什么属性,与objc_setAssociatedObject中的key相对应,即通过key值取出value。*/return objc_getAssociatedObject(self, @"name");
}
关联对象原理
setter方法——objc_setAssociatedObject分析
苹果设计接口时往往会加个中间层——即使底层实现逻辑发生变化也不会影响到对外接口
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) {_object_set_associative_reference(object, (void *)key, value, policy);
}
跟进去看看_object_set_associative_reference
实现
void _object_set_associative_reference(id object, void *key, id value, uintptr_t policy) {// This code used to work when nil was passed for object and key. Some code// probably relies on that to not crash. Check and handle it explicitly.// rdar://problem/44094390if (!object && !value) return;assert(object);if (object->getIsa()->forbidsAssociatedObjects())_objc_fatal("objc_setAssociatedObject called on instance (%p) of class %s which does not allow associated objects", object, object_getClassName(object));// retain the new value (if any) outside the lock.// 在锁之外保留新值(如果有)。ObjcAssociation old_association(0, nil);// acquireValue会对retain和copy进行操作,id new_value = value ? acquireValue(value, policy) : nil;{// 关联对象的管理类AssociationsManager manager;// 获取关联的 HashMap -> 存储当前关联对象AssociationsHashMap &associations(manager.associations());// 对当前的对象的地址做按位去反操作 - 就是 HashMap 的key (哈希函数)disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);if (new_value) {// break any existing association.// 获取 AssociationsHashMap 的迭代器 - (对象的) 进行遍历AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);if (i != associations.end()) {// secondary table existsObjectAssociationMap *refs = i->second;// 根据key去获取关联属性的迭代器ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);if (j != refs->end()) {old_association = j->second;// 替换设置新值j->second = ObjcAssociation(policy, new_value);} else {// 到最后了 - 直接设置新值(*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value);}} else {// create the new association (first time).// 如果AssociationsHashMap从没有对象的关联信息表,// 那么就创建一个map并通过传入的key把value存进去ObjectAssociationMap *refs = new ObjectAssociationMap;associations[disguised_object] = refs;(*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value);object->setHasAssociatedObjects();}} else {// setting the association to nil breaks the association.// 如果传入的value是nil,并且之前使用相同的key存储过关联对象,// 那么就把这个关联的value移除(这也是为什么传入nil对象能够把对象的关联value移除)AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);if (i != associations.end()) {ObjectAssociationMap *refs = i->second;ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);if (j != refs->end()) {old_association = j->second;refs->erase(j);}}}}// release the old value (outside of the lock).// 最后把之前使用传入的这个key存储的关联的value释放(OBJC_ASSOCIATION_SETTER_RETAIN策略存储的)if (old_association.hasValue()) ReleaseValue()(old_association);
}
ObjcAssociation old_association(0, nil)
处理传进来的值得到new_value
- 获取到管理所有关联对象的
hashmap
总表的管理者AssociationsManager
,然后拿到hashmap总表AssociationsHashMap
DISGUISE(object)
对关联对象的地址进行取反操作得到哈希表对应的下标index
- 如果
new_value
为空(即对属性赋值为nil)就直接找到相应的表进行删除 - 如果
new_value
不为空,就拿到总表的迭代器通过拿到的下标index进行遍历查找;如果找到管理对象的关联属性哈希map表,然后再通过key去遍历取值 -
- 如果取到了,就先把新值设置到key上,再将旧值释放掉
-
- 如果没取到,就直接将新值设置在key上
还是不明白就LLDB断点调试呗
getter方法——objc_getAssociatedObject
分析
id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key) {return _object_get_associative_reference(object, (void *)key);
}
id _object_get_associative_reference(id object, void *key) {id value = nil;uintptr_t policy = OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN;{// 关联对象的管理类AssociationsManager manager;AssociationsHashMap &associations(manager.associations());// 生成伪装地址。处理参数 object 地址disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);// 所有对象的额迭代器AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);if (i != associations.end()) {ObjectAssociationMap *refs = i->second;// 内部对象的迭代器ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);if (j != refs->end()) {// 找到 - 把值和策略读取出来ObjcAssociation &entry = j->second;value = entry.value();policy = entry.policy();// OBJC_ASSOCIATION_GETTER_RETAIN - 就会持有一下if (policy & OBJC_ASSOCIATION_GETTER_RETAIN) {objc_retain(value);}}}}if (value && (policy & OBJC_ASSOCIATION_GETTER_AUTORELEASE)) {objc_autorelease(value);}return value;
}
objc_getAssociatedObject
是objc_setAssociatedObject
的逆过程
weak置空原理
当面试官问你weak置空原理是什么,你可能只知道weak怎么用却不知道怎么答吧
int main(int argc, const char * argv[]) {@autoreleasepool {FXPerson *person = [[FXPerson alloc] init];id __weak person = object;}return 0;
}
Xcode
菜单栏Debug->Debug Workflow->Always show Disassembly
打上勾查看汇编——汇编代码会来到libobjc
库的objc_initWeak
weak创建过程
objc_initWeak
- location:表示__weak指针的地址(我们研究的就是__weak指针指向的内容怎么置为nil)
- newObj:所引用的对象,即例子中的person
id
objc_initWeak(id *location, id newObj)
{if (!newObj) {*location = nil;return nil;}return storeWeak<DontHaveOld, DoHaveNew, DoCrashIfDeallocating>(location, (objc_object*)newObj);
}
storeWeak
HaveOld
:weak指针之前是否已经指向了一个弱引用HaveNew
:weak指针是否需要指向一个新引用CrashIfDeallocating
:如果被弱引用的对象正在析构,此时再弱引用该对象,是否应该crash
storeWeak最主要的两个逻辑点(源码太长,这里不贴了)
由于是第一次调用,所以走
haveNew
分支——获取到的是新的散列表SideTable,主要执行了weak_register_no_lock方法来进行插入
weak_register_no_lock
- 主要进行了
isTaggedPointer
和deallocating
条件判断 - 将被弱引用对象所在的
weak_table
中的weak_entry_t
哈希数组中取出对应的weak_entry_t
- 如果
weak_entry_t
不存在,则会新建一个并插入 - 如果存在就将指向被弱引用对象地址的指针
referrer
通过函数append_referrer
插入到对应的weak_entry_t
引用数组
append_referrer
找到弱引用对象的对应的weak_entry
哈希数组中插入
weak创建流程
weak销毁过程
由于弱引用在析构dealloc时自动置空,所以查看dealloc的底层实现并LLVM调试
_objc_rootDealloc->rootDealloc
rootDealloc->object_dispose
object_dispose->objc_destructInstance
objc_destructInstance->clearDeallocating
clearDeallocating->sidetable_clearDeallocating
sidetable_clearDeallocating3->table.refcnts.erase(it)
weak销毁流程
Method Swizzing坑点
黑魔法应用
在日常开发中,再好的程序员都会犯错,比如数组越界
NSArray *array = @[@"F", @"e", @"l", @"i", @"x"];
NSLog(@"%@", array[5]);
NSLog(@"%@", [array objectAtIndex:5]);
因此为了避免数组越界这种问题,大神们开始玩起了黑魔法——method swizzing
- 新建
NSArray分类
- 导入
runtime
头文件——<objc/runtime.h>
- 写下新的方法
- 在
+load
利用黑魔法交换方法
#import "NSArray+FX.h"
#import <objc/runtime.h>@implementation NSArray (FX)+ (void)load {// 交换objectAtIndex方法Method oriMethod1 = class_getInstanceMethod(self, @selector(objectAtIndex:));Method swiMethod1 = class_getInstanceMethod(self, @selector(fx_objectAtIndex:));method_exchangeImplementations(oriMethod1, swiMethod1);// 交换取下标方法Method oriMethod2 = class_getInstanceMethod(self, @selector(objectAtIndexedSubscript:));Method swiMethod2 = class_getInstanceMethod(self, @selector(fx_objectAtIndexedSubscript:));method_exchangeImplementations(oriMethod2, swiMethod2);
}- (void)fx_objectAtIndex:(NSInteger)index {if (index > self.count - 1) {NSLog(@"objectAtIndex————————数组越界");return;}return [self fx_objectAtIndex:index];
}- (void)fx_objectAtIndexedSubscript:(NSInteger)index {if (index > self.count - 1) {NSLog(@"取下标————————数组越界");return;}return [self fx_objectAtIndexedSubscript:index];
}@end
然而程序还是无情的崩了…
其实在iOS中NSNumber、NSArray、NSDictionary
等这些类都是类簇(Class Clusters)
,一个NSArray
的实现可能由多个类组成。所以如果想对NSArray
进行方法交换,必须获取到其真身进行方法交换,直接对NSArray进行操作是无效的
以下是NSArray
和NSDictionary
本类的类名
这样就好办了,可以使用runtime
取出本类
坑点一
黑魔法最好写成单例,避免多次交换
比如说添加了[NSArray load]
代码,方法实现又交换回去了导致了崩溃
将+load
方法改写成单例(虽然不常见,但也要避免)
+ (void)load {static dispatch_once_t onceToken;dispatch_once(&onceToken, ^{// 交换objectAtIndex方法Method oriMethod1 = class_getInstanceMethod(objc_getClass("__NSArrayI"), @selector(objectAtIndex:));Method swiMethod1 = class_getInstanceMethod(objc_getClass("__NSArrayI"), @selector(fx_objectAtIndex:));method_exchangeImplementations(oriMethod1, swiMethod1);// 交换取下标方法Method oriMethod2 = class_getInstanceMethod(objc_getClass("__NSArrayI"), @selector(objectAtIndexedSubscript:));Method swiMethod2 = class_getInstanceMethod(objc_getClass("__NSArrayI"), @selector(fx_objectAtIndexedSubscript:));method_exchangeImplementations(oriMethod2, swiMethod2);});
}
坑点二
①子类交换父类实现的方法
- 父类
FXPerson
类中有-doInstance
方法,子类FXSon类
没有重写 FXSon类
新建分类做了方法交换,新方法中调用旧方法FXPerson类
、FXSon
类调用-doInstance
子类打印出结果,而父类调用却崩溃了,为什么会这样呢?
因为FXSon类
交换方法时取得doInstance
先在本类搜索方法,再往父类里查找,在FXFather
中找到了方法实现就把它跟新方法进行交换了。可是新方法是在FXSon
分类中的,FXFather
找不到imp就unrecognized selector sent to instance 0x600002334250
所以这种情况下应该只交换子类的方法,不动父类的方法
+ (void)load {static dispatch_once_t onceToken;dispatch_once(&onceToken, ^{Method oriMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(doInstance));Method swiMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(fx_doInstance));BOOL didAddMethod = class_addMethod(self, @selector(doInstance), method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(swiMethod));if (didAddMethod) {class_replaceMethod(self, @selector(fx_doInstance), method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));} else {method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);}});
}
- 通过
class_addMethod
给FXSon类添加方法(class_addMethod
不会取代本类中已存在的实现,只会覆盖本类中继承父类的方法实现) -
- 取得新方法
swiMethod
的实现和方法类型
- 取得新方法
-
- 往方法名
@selector(fx_doInstance)
添加方法
- 往方法名
-
class_addMethod
把新方法实现放到旧方法名中,此刻调用doInstance
就是调用fx_doInstance
,但是调用fx_doInstance
会崩溃
- 根据
didAddMethod
判断是否添加成功 -
- 添加成功说明之前本类没有实现——
class_replaceMethod
替换方法
- 添加成功说明之前本类没有实现——
-
- 添加失败说明之前本类已有实现——
method_exchangeImplementations
交换方法
- 添加失败说明之前本类已有实现——
-
class_replaceMethod
用doInstance
方法实现替换掉fx_doInstance
中的方法实现
FXPerson类只写了方法声明,没有方法实现,却做了方法交换——会造成死循环
doInstance
方法中添加了新的方法实现fx_doInstance
方法中想用旧的方法实现替代之前的方法实现,可是找不到doInstance
实现,导致class_replaceMethod
无效->在fx_doInstance
中调用fx_doInstance
就会死循环
+ (void)load {static dispatch_once_t onceToken;dispatch_once(&onceToken, ^{Method oriMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(doInstance));Method swiMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(fx_doInstance));if (!oriMethod) {class_addMethod(self, @selector(doInstance), method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(swiMethod));method_setImplementation(swiMethod, imp_implementationWithBlock(^(id self, SEL _cmd) {NSLog(@"方法未实现");}));}BOOL didAddMethod = class_addMethod(self, @selector(doInstance), method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(swiMethod));if (didAddMethod) {class_replaceMethod(self, @selector(fx_doInstance), method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));} else {method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);}});
}
注意事项
使用Method Swizzling有以下注意事项:
- 尽可能在
+load
方法中交换方法 - 最好使用
单例
保证只交换一次 - 自定义方法名不能产生冲突
- 对于系统方法要调用原始实现,避免对系统产生影响
- 做好注释(因为方法交换比较绕)
- 迫不得已情况下才去使用方法交换
这是一份做好封装的Method Swizzling
交换方法
+ (void)FXMethodSwizzlingWithClass:(Class)cls oriSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swizzledSEL {if (!cls) NSLog(@"传入的交换类不能为空");Method oriMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL);Method swiMethod = class_getInstanceMethod(cls, swizzledSEL);if (!oriMethod) {class_addMethod(cls, oriSEL, method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(swiMethod));method_setImplementation(swiMethod, imp_implementationWithBlock(^(id self, SEL _cmd) {NSLog(@"方法未实现");}));}BOOL didAddMethod = class_addMethod(cls, oriSEL, method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(swiMethod));if (didAddMethod) {class_replaceMethod(cls, swizzledSEL, method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));} else {method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);}
}
某个方法进行多次交换,最终的调用顺序是怎样的?
补充面试题二
问:如果发现方法交换之后不生效,应该怎么排查?
答:解决的方案有多种,主要从两个方向进行思考
- 方法交换的
class
有没有问题 - 方法交换的
method
有没有问题