1.Runtime简介
因为Objc是一门动态语言,所以它总是想办法把一些决定工作从编译连接推迟到运行时。也就是说只有编译器是不够的,还需要一个运行时系统 (runtime system) 来执行编译后的代码。这就是 Objective-C Runtime 系统存在的意义,它是整个Objc运行框架的一块基石。
Runtime其实有两个版本:“modern”和 “legacy”。我们现在用的 Objective-C 2.0 采用的是现行(Modern)版的Runtime系统,只能运行在 iOS 和 OS X 10.5 之后的64位程序中。而OS X较老的32位程序仍采用 Objective-C 1中的(早期)Legacy 版本的 Runtime 系统。这两个版本最大的区别在于当你更改一个类的实例变量的布局时,在早期版本中你需要重新编译它的子类,而现行版就不需要。
Runtime基本是用C和汇编(437版本开始较多使用mm文件,但是仍用C语法)实现的,可见苹果为了动态系统的高效而作出了很多努力,你可以在这里下到苹果维护的开源代码runtime源码。苹果和GNU各自维护一个开源的runtime版本,这两个版本之间都在努力的保持一致。
2.Runtime相关的头文件
ios的sdk中 usr/include/objc文件夹下面有这样几个文件
List.h NSObjCRuntime.h NSObject.h Object.h Protocol.h a.txt hashtable.h hashtable2.h message.h module.map objc-api.h objc-auto.h objc-class.h objc-exception.h objc-load.h objc-runtime.h objc-sync.h objc.h runtime.h
都是和运行时相关的头文件,其中主要使用的函数定义在message.h和runtime.h这两个文件中。 在message.h中主要包含了一些向对象发送消息的函数,这是OC对象方法调用的底层实现。 runtime.h是运行时最重要的文件,其中包含了对运行时进行操作的方法。 主要包括:
1.操作对象的类型的定义
/// An opaque type that represents a method in a class definition. 一个类型,代表着类定义中的一个方法 typedef struct objc_method *Method;/// An opaque type that represents an instance variable.代表实例(对象)的变量 typedef struct objc_ivar *Ivar;/// An opaque type that represents a category.代表一个分类 typedef struct objc_category *Category;/// An opaque type that represents an Objective-C declared property.代表OC声明的属性 typedef struct objc_property *objc_property_t;// Class代表一个类,它在objc.h中这样定义的 typedef struct objc_class *Class; struct objc_class {Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;#if !__OBJC2__Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;long version OBJC2_UNAVAILABLE;long info OBJC2_UNAVAILABLE;long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE; #endif} OBJC2_UNAVAILABLE;这些类型的定义,对一个类进行了完全的分解,将类定义或者对象的每一个部分都抽象为一个类型type,对操作一个类属性和方法非常方便。
OBJC2_UNAVAILABLE
标记的属性是Ojective-C 2.0不支持的,但实际上可以用响应的函数获取这些属性,例如:如果想要获取Class的name属性,可以按如下方法获取: Class classPerson = Person.class; // printf("%s\n", classPerson->name); //用这种方法已经不能获取name了 因为OBJC2_UNAVAILABLE const char *cname = class_getName(classPerson); printf("%s", cname); // 输出:Person
2.函数的定义
对对象进行操作的方法一般以object_
开头
对类进行操作的方法一般以class_
开头
对类或对象的方法进行操作的方法一般以method_
开头
对成员变量进行操作的方法一般以ivar_
开头
对属性进行操作的方法一般以property_
开头
对协议进行操作的方法一般以protocol_
开头
根据以上的函数的前缀 可以大致了解到层级关系。对于以objc_
开头的方法,则是runtime最终的管家,可以获取内存中类的加载信息,类的列表,关联对象和关联属性等操作。
例如:使用runtime对当前的应用中加载的类进行打印,别被吓一跳。
- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {unsigned int count = 0;Class *classes = objc_copyClassList(&count);for (int i = 0; i < count; i++) {const char *cname = class_getName(classes[i]);printf("%s\n", cname);} }
3.技术点和应用场景
在以下的代码中,都用到了Person类,Person类知识简单的定义了一个成员变量和两个属性
@interface Person : NSObject {@privatefloat _height; } @property (nonatomic, copy) NSString *name; @property (nonatomic, assign) int age; @end
3_1.获取属性\成员变量列表
class_copyIvarList
函数,如果想要获取属性列表可以使用class_copyPropertyList
函数,使用的示例如下: - (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {Class classPerson = NSClassFromString(@"Person"); // 与下面一句效果一样,可以不用导入头文件 // Class clazz = Person.class;unsigned int count = 0;Ivar *ivarList = class_copyIvarList(classPerson, &count); // 获取成员变量数组for (int i = 0; i < count; i++) {const char *cname = ivar_getName(ivarList[i]); // 获取成员变量的名字NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname];NSLog(@"%@", name);}NSLog(@"-------------------分割线------------------");objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList(classPerson, &count); // 获取属性数组for (int i = 0; i < count; i++) {const char *cname = property_getName(propertyList[i]);NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname];NSLog(@"%@", name);}}以上代码的输出为:
2015-06-05 22:28:16.194 runtime终极[4192:195757] _height 2015-06-05 22:28:16.195 runtime终极[4192:195757] _age 2015-06-05 22:28:16.195 runtime终极[4192:195757] _name 2015-06-05 22:28:16.195 runtime终极[4192:195757] -------------------分割线------------------ 2015-06-05 22:28:16.195 runtime终极[4192:195757] name 2015-06-05 22:28:16.195 runtime终极[4192:195757] age
为什么会有上面的输出结果,因为@property会做三份工作:
1.生成一个带下划线的成员变量
2.生成这个成员变量的get方法
3.生成这个成员变量的set方法
因此会输出三个成员变量_height、_age和_name。需要注意的是属性名是不带下划线的,和定义时的名字一样。因此可以说:ivarList可以获取到@property关键字定义的属性 ,而propertyList不可以获取到成员变量。也就是:使用ivarList是可以将所有的成员变量和属性都获取的。
当属性是readonly的而且重写了getter时,这种情况还是会遇见的,比如一个属性是计算型属性,需要依赖其他属性的值计算而来。此时生成的带下划线的成员变量就不在了, 通过ivarList不能获取该属性了。因此当有这种值的时候,无论使用ivarList还是使用propertyList都无法获取全部的属性或变量。
在进行下一个话题之前:先需要弄清楚另一个问题:对于一个readonly的属性,到底是didSet+set好,还是重写getter好?
大部分的readonly的属性是计算型的,依旧是依赖于其他属性,因此可以使用didSet+set,也就是在其他属性的set方法内,将本属性set。 但是didSet+set有时候完全没有必要,不符合懒加载的规则,浪费了计算能力,用重写getter的方法好一些。 因此重写getter总是会好一点。
回归正题:在KVC时,想要获取全部的成员变量和属性, 怎么办呢?
首先要了解setValue: forKeyPath:
方法的底层实现:以name属性为例
1.首先先去类的方法列表去寻找有木有setName:,如果有,就直接调用[person setName:value]
2.找找有没有带下划线的成员变量_name,如果有 _name = value;
3.找有没有成员变量name,如果有 name = value;
4.如果都没有找到,就直接报错。
因此对于readonly的又重写了getter的属性而言:如果对propertyList的属性一次使用kvc,就会报错,因此为保证代码正常,不能使用propertyList的属性进行kvc;
另外:这种属性本来就是计算型的了,为什么还有为它赋值呢,因此对它进行kvc也不合情理。
当使用ivaList时,直接就无法获取到这种属性,因此是kvc的最佳方案。再者,使用propertyList无法获取成员变量(_height),无法对成员变量进行赋值。而使用ivaList是可以将该赋值的成员变量都获取的。
以上就是使用ivar还是使用property进行kvc的论证。
话题外: 很多类 有些成员变量 既没有暴露给外部调用的getter又没有setter,只是用@private声明了一下:为什么??
猜测是:是方法调用时使用的中间变量,因为是跟随对象产生,不适合使用静态static,又因为外部不会使用,所以没必要给外部提供接口,但是可能有好几个方法都需要这个量,不适合做局部变量,所以就这样定义了。
对于这种情况,要想不对这种成员变量赋值,在KVC时又可以这样改进一下,通过ivarList获取,去掉propertyList中没有的成员变量,这样就过滤掉了上面的那种成员变量了。
3_1_1.应用1:KVC字典转模型
获取属性\成员列表一个重要的应用就是,一次取出模型中的属性\成员变量,根据它的名字获取字典中的key然后取出字典中这个key对应的value,使用setValue: forKeyPath:
方法设置值。为什么要这样,而不再使用方法setValuesForKeysWithDictionary:
。因为在setValuesForKeysWithDictionary:
方法内部会执行这样一个过程
遍历字典里面的所有key,一个一个取出来,遍历每个key按照以下过程
1.取出key,
2.取出key的value,即dict[key],直接给模型的属性\成员变量赋值
3.怎么给模型的属性赋值,使用方法setValue:value forKeyPath:key
进行赋值,这个方法的执行过程在前面已经提到。
因此,开发中经常遇到的字典中的key比模型中多时,会出现的 this class is not key-value compliant for ‘xxx’
这个bug就很好解释了,通常是因为字典中的key,比模型中的属性\成员变量多。那么当模型中的属性比字典中多时,使用setValuesForKeysWithDictionary:
会不不会有bug呢?经测试:当多出来的属性是对象数据类型时,为null,当属性是基本数据类型时,会有一个系统默认值(如int为0)。
因此使用逐一为属性赋值的方法进行KVC:
Class clazz = Person.class; unsigned int count = 0;Person *person = [[Person alloc]init]; NSDictionary *dict = @{@"name":@"zhangsan",@"age":@19, @"height": @1.75};Ivar *ivars = class_copyIvarList(clazz, &count); // NSLog(@"%tu", count); // 3 for (int i = 0; i < count; i++) {const char *cname = ivar_getName(ivars[i]);NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname];NSString *key = [name substringFromIndex:1]; // 去掉'_'[person setValue:dict[key] forKey:key]; } NSLog(@"%@", person); // 已经重写了description方法输出是:
<Person, 0x7ff15b80f230>{ name = zhangsan, height = 1.750000, age = 19}
使用这种方式进行kvc,即使字典中的key多的时候也不会有bug,但是新的问题出现了,如果模型中的属性比字典中的key多便会出现bug而且:如果多的是对象类型不会有bug,该属性的值为null,如果是基本数据类型就会出错could not set nil as the value for the key ‘xxx’
。例如,将上面的字典改为:
NSDictionary *dict = @{@"age":@19, @"height": @1.75}; // 去掉了name NSString类型修改之后输出为:
<Person, 0x7f996263fbd0>{ name = (null), height = 1.750000, age = 19}如果将字典改为:
NSDictionary *dict = @{@"name":@"zhangsan",@"age":@19}; // 去掉了height float类型程序直接崩溃。
如何解决上面的bug:可以在setValue:value forKeyPath:key
方法调用之前进行如下处理:取出属性对应的类型,如果类型是基本数据类型,value替换为默认值(如int对应默认值为0)。
runtime提供的ivar_getTypeEncoding
函数可以获取到属性的类型,返回值代表的含义如下:
height是float类型对应的TypeCode是"f"因此可以进行过滤一下,代码改动如下:
Class clazz = Person.class; unsigned int count = 0;Person *person = [[Person alloc]init]; NSDictionary *dict = @{@"name":@"zhangsan",@"age":@19, @"height": @1.75};Ivar *ivars = class_copyIvarList(clazz, &count); for (int i = 0; i < count; i++) {const char *cname = ivar_getName(ivars[i]);NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname];NSString *key = [name substringFromIndex:1];const char *coding = ivar_getTypeEncoding(ivars[i]); // 获取类型NSString *strCode = [NSString stringWithUTF8String:coding];id value = dict[key];if ([strCode isEqualToString:@"f"]) {// 判断类型是否是floatvalue = @(0.0);}[person setValue:value forKey:key]; } NSLog(@"%@", person);这样就可以正常执行了,输出为:
<Person, 0x7fc75d004a00>{ name = zhangsan, height = 0.000000, age = 19}
3_1_2.应用2:NSCoding归档和解档
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder {unsigned int count = 0;Ivar *ivars = class_copyIvarList(self.class, &count);for (int i = 0; i < count; i++) {const char *cname = ivar_getName(ivars[i]);NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname];NSString *key = [name substringFromIndex:1];id value = [self valueForKey:key]; // 取出key对应的value[aCoder encodeObject:value forKey:key]; // 编码} } - (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder {if (self = [super init]) {unsigned int count = 0;Ivar *ivars = class_copyIvarList(self.class, &count);for (int i = 0; i < count; i++) {const char *cname = ivar_getName(ivars[i]);NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname];NSString *key = [name substringFromIndex:1];id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key]; // 解码[self setValue:value forKey:key]; // 设置key对应的value}}return self; }
3_2.交换方法实现
交换方法实现的需求场景:自己创建了一个功能性的方法,在项目中多次被引用,当项目的需求发生改变时,要使用另一种功能代替这个功能,要求是不改变旧的项目(也就是不改变原来方法的实现)。
可以在类的分类中,再写一个新的方法(是符合新的需求的),然后交换两个方法的实现。这样,在不改变项目的代码,而只是增加了新的代码 的情况下,就完成了项目的改进。
交换两个方法的实现一般写在类的load方法里面,因为load方法会在程序运行前加载一次,而initialize方法会在类或者子类在 第一次使用的时候调用,当有分类的时候会调用多次。
// 程序一运行的时候调用 + (void)load {// 如果是类方法,使用的是class_getClassMethod,如果是对象方法使用的是class_getInstanceMethodMethod methodOne = class_getInstanceMethod(self, @selector(methodOne:));Method methodTwo = class_getInstanceMethod(self, @selector(methodTwo:));// 交换两个方法的实现method_exchangeImplementations(methodOne, methodTwo); }注意的是
1.可以交换的两个方法的参数必须是匹配的,参数的类型一致。
2.如果在方法one的内部想要调用方法two,此时在方法one的内部应该用one调用,而实际上是在调用two,否则会造成死循环。
例如:
// 交换前 - (NSString *) methodOne:(NSString *)str{NSLog(@"%@", [self methodTwo:str]);return "suc"; } // 交换后 在方法的实现中,要注意将调用two的地方,换成自己的名字 - (NSString *) methodOne:(NSString *)str{NSLog(@"%@", [self methodOne:str]);return "suc"; }任何一个方法都有两个重要的属性:SEL是方法的编号 ,IMP是方法的实现,方法的调用过程实际上去根据SEL去寻找IMP。
在这个例子中,假设在交换之前SEL为methodOne:的方法指向着IMP1,SEL为methodTwo的方法指向着IMP2。
交换实现实际上是在底层是交换了方法编号的指向,也就是让methodOne:指向了IMP2,methodTwo指向了IMP1。
3_3.类\对象的关联对象
const char* propertiesKey = "propertiesKey"; unsigned int count = 0; Ivar *ivars = class_copyIvarList([Person class], &count);NSMutableArray *arrayM = [NSMutableArray arrayWithCapacity:count];for (unsigned int i = 0; i < count; ++i) {Ivar pty = ivars[i];const char *cname = ivar_getName(ivars[i]);NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname];NSString *key = [name substringFromIndex:1]; // 去掉_[arrayM addObject:key]; } free(ivars); objc_setAssociatedObject(self, propertiesKey, arrayM, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC); NSLog(@"%@", arrayM);输出是
(age,height,name )
objc_setAssociatedObject
方法的参数解释:
第二个参数const void *key, 关联的key,可以是任意类型
第三个参数id value, 被关联的对象
第四个参数objc_AssociationPolicy policy关联引用的规则,取值有以下几种:
enum {OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1,OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403 };如果想要获取已经关联的对象,通过key取得即可
NSArray *pList = objc_getAssociatedObject(Person, propertiesKey);可以将以上两种操作封装起来,为Person类增加一个properties类方法,封装上面的操作,用于方便获取类的属性列表。
const char* propertiesKey = "propertiesKey";@implementation Person + (NSArray *)properties {// 如果已经关联了,就依据key取出被关联的对象并返回NSArray *pList = objc_getAssociatedObject(self, propertiesKey);if (pList != nil) {return pList;}// 如果没有关联,则设置关联对象,并将对象返回unsigned int count = 0;Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count);NSMutableArray *arrayM = [NSMutableArray arrayWithCapacity:count];for (unsigned int i = 0; i < count; ++i) {Ivar pty = ivars[i];const char *cname = ivar_getName(ivars[i]);NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname];NSString *key = [name substringFromIndex:1];[arrayM addObject:key];}free(ivars);objc_setAssociatedObject(self, propertiesKey, arrayM, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);return arrayM.copy; } @end
3_4.动态添加方法,拦截未实现的方法
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
以上两个一个使用于类方法,一个适用于对象方法。在代码中调用没有实现的方法时,也就是sel标识的方法没有实现 都会现调用这两个方法中的一个(如果是类方法就调用第一个,如果是对象方法就调用第二个)拦截。 通常的做法是在resolve的内部指定sel对应的IMP,从而完成方法的动态创建和调用两个过程,也可以不指定IMP打印错误信息后直接返回。
假如在Person类中没有-sayHi这个方法,如果对象p使用[p performSelector:@selector(sayHi) withObject:nil];那么就会必须经过Person类的resolveInstanceMethod:(SEL)sel
方法,在这里为-sayHi指定实现。
void abc(id self, SEL _cmd){NSLog(@"%@说了hello", [self name]); }@implementation Person//动态添加方法:在resolve中添加相应的方法,注意是类方法还是对象方法。 + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"sayHi"]) {class_addMethod(self, sel, abc, "v@:"); // 为sel指定实现为abc}return YES; } @end
对实现(abc)的前两个参数的说明
每个方法的内部都默认包含两个参数,被称为隐式参数id类型self(代表类或对象)和SEL类型的_cmd(方法编号)
class_addMethod
函数参数的含义:
第二个参数SEL name, 被解析的方法
第三个参数 IMP imp, 指定的实现
第四个参数const char *types,方法的类型,具体参照类型的codeType那张图,但是要注意一点:Since the function must take at least two arguments—self and _cmd, the second and third characters must be “@:” (the first character is the return type).译为:因为函数必须至少有两个参数self和_cmd,第二个和第三个字符必须是“@:”。如果想要再增加参数,就可以从实现的第三个参数算起,看下面的例子就明白。
返回值:YES if the method was found and added to the receiver, otherwise NO.
为-sayHi方法的实现增加参数
调用时:Person *p = [[Person alloc] init];p.name = @"zhangsan"; p.age = 10; [p performSelector:@selector(sayHi:) withObject:@"world"]; // 增加了一个参数,多了冒号对Person类中的代码做了修改
void abc(id self, SEL _cmd, NSString *content){ // 增加了一个参数contentNSLog(@"%@说了hello%@", [self name], content); }@implementation Person//动态添加方法:在resolve中添加相应的方法,注意是类方法还是对象方法。 + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"sayHi:"]) {class_addMethod(self, sel, abc, "v@:@"); // 增加了一个对象类型参数 增加了@}return YES; } @end输出为:
zhangsan说了helloworld
3_5.动态创建一个类
#import "ViewController.h" #import <objc/runtime.h> #import <objc/message.h> #import "Person.h"static void printSchool(id self, SEL _cmd) {NSLog(@"我的学校是%@", [self valueForKey:@"schoolName"]); }@implementation ViewController- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {Class classStudent = objc_allocateClassPair(Person.class, "Student", 0);// 添加一个NSString的变量,第四个参数是对其方式,第五个参数是参数类型if (class_addIvar(classStudent, "schoolName", sizeof(NSString *), 0, "@")) {NSLog(@"添加成员变量schoolName成功");}// 为Student类添加方法 "v@:"这种写法见参数类型连接if (class_addMethod(classStudent, @selector(printSchool), (IMP)printSchool, "v@:")) {NSLog(@"添加方法printSchool:成功");}// 注册这个类到runtime系统中就可以使用他了objc_registerClassPair(classStudent); // 返回void// 使用创建的类id student = [[classStudent alloc] init];NSString *schoolName = @"清华大学";// 给刚刚添加的变量赋值// object_setInstanceVariable(student, "schoolName", (void *)&str);在ARC下不允许使用[student setValue:schoolName forKey:@"schoolName"];// 调用printSchool方法,也就是给student这个接受者发送printSchool:这个消息 // objc_msgSend(student, "printSchool"); // 我尝试用这种方法调用但是没有成功[student performSelector:@selector(printSchool) withObject:nil]; // 动态调用未显式在类中声明的方法} @end输出的结果是:
添加成员变量schoolName成功 添加方法printSchool成功 我的学校是清华大学
面试题
说说什么是runtime
1>OC 是一个全动态语言,OC 的一切都是基于 Runtime 实现的平时编写的OC代码, 在程序运行过程中, 其实最终都是转成了runtime的C语言代码, runtime算是OC的幕后工作者
比如:
OC :
[[Person alloc] init]
runtime :
objc_msgSend(objc_msgSend("Person" , "alloc"), "init")
2>runtime是一套比较底层的纯C语言API, 属于1个C语言库, 包含了很多底层的C语言API
3>runtimeAPI的实现是用C和汇编,是一套苹果开源的框架
使用过runtime吗,用它来做什么。
本文二、三部分。