Objective C運行時（runtime）技術的幾個要點總結

前言：

         Objective C的runtime技術功能非常強大，能夠在運行時獲取並修改類的各種信息，包括獲取方法列表、屬性列表、變量列表，修改方法、屬性，增加方法，屬性等等，本文對相關的幾個要點做了一個小結。

目錄：

（1）使用class_replaceMethod/class_addMethod函數在運行時對函數進行動態替換或增加新函數

（2）重載forwardingTargetForSelector，將無法處理的selector轉發給其他對象

（3）重載resolveInstanceMethod，從而在無法處理某個selector時，動態添加一個selector

（4）使用class_copyPropertyList及property_getName獲取類的屬性列表及每個屬性的名稱

  (5) 使用class_copyMethodList獲取類的所有方法列表

  (6) 總結

 

(1)在運行時對函數進行動態替換 ： class_replaceMethod

      使用該函數可以在運行時動態替換某個類的函數實現，這樣做有什么用呢？最起碼，可以實現類似windows上hook效果，即截獲系統類的某個實例函數，然后塞一些自己的東西進去，比如打個log什么的。

示例代碼：

IMP orginIMP;
NSString * MyUppercaseString(id SELF, SEL _cmd)
{
    NSLog(@"begin uppercaseString");
    NSString *str = orginIMP (SELF, _cmd);（3）
    NSLog(@"end uppercaseString");
    return str;
}
-（void）testReplaceMethod
{
      Class strcls = [NSString class];
      SEL  oriUppercaseString = @selector(uppercaseString);
      orginIMP = [NSStringinstanceMethodForSelector:oriUppercaseString];  （1）  
      IMP imp2 = class_replaceMethod(strcls,oriUppercaseString,(IMP)MyUppercaseString,NULL);（2）
      NSString *s = "hello world";
      NSLog(@"%@",[s uppercaseString]];
}

執行結果為:

begin uppercaseString

end uppercaseString

HELLO WORLD

這段代碼的作用就是

（1）得到uppercaseString這個函數的函數指針存到變量orginIMP中

（2）將NSString類中的uppercaseString函數的實現替換為自己定義的MyUppercaseString

（3）在MyUppercaseString中，先執行了自己的log代碼，然后再調用之前保存的uppercaseString的系統實現，這樣就在系統函數執行之前加入自己的東西，后面每次對NSString調用uppercaseString的時候，都會打印出log來

 與class_replaceMethod相仿，class_addMethod可以在運行時為類增加一個函數。

（2）當某個對象不能接受某個selector時，將對該selector的調用轉發給另一個對象：- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

     forwardingTargetForSelector是NSObject的函數，用戶可以在派生類中對其重載,從而將無法處理的selector轉發給另一個對象。還是以上面的uppercaseString為例，如果用戶自己定義的CA類的對象a，沒有uppercaseString這樣一個實例函數，那么在不調用respondSelector的情況下，直接執行[a performSelector:@selector"uppercaseString"],那么執行時一定會crash，此時，如果CA實現了forwardingTargetForSelector函數，並返回一個NSString對象，那么就相對於對該NSString對象執行了uppercaseString函數，此時就不會crash了。當然實現這個函數的目的並不僅僅是為了程序不crash那么簡單，在實現裝飾者模式時，也可以使用該函數進行消息轉發。

示例代碼：

@interface CA : NSObject
-(void)f;

@end

@implementation CA

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    if (aSelector == @selector(uppercaseString))
    {
        return@"hello world";
    }
}

 

測試代碼：

CA *a = [CA new];

 NSString * s = [a performSelector:@selector(uppercaseString)];

NSLog(@"%@",s);

 

測試代碼的輸出為:HELLO WORLD 

 ps:這里有個問題，CA類的對象不能接收@selector（uppercaseString），那么如果我在forwardingTargetForSelector函數中用class_addMethod給CA類增加一個uppercaseString函數，然后返回self，可行嗎？經過試驗，這樣會crash，此時CA類其實已經有了uppercaseString函數，但是不知道為什么不能調用，如果此時new一個CA類的對象，並返回，是可以成功的。

(3)當某個對象不能接受某個selector時，向對象所屬的類動態添加所需的selector：

+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL 

     這個函數與forwardingTargetForSelector類似，都會在對象不能接受某個selector時觸發，執行起來略有差別。前者的目的主要在於給客戶一個機會來向該對象添加所需的selector，后者的目的在於允許用戶將selector轉發給另一個對象。另外觸發時機也不完全一樣，該函數是個類函數，在程序剛啟動，界面尚未顯示出時，就會被調用。

     在類不能處理某個selector的情況下，如果類重載了該函數，並使用class_addMethod添加了相應的selector，並返回YES，那么后面forwardingTargetForSelector就不會被調用，如果在該函數中沒有添加相應的selector，那么不管返回什么，后面都會繼續調用forwardingTargetForSelector，如果在forwardingTargetForSelector並未返回能接受該selector的對象，那么resolveInstanceMethod會再次被觸發，這一次，如果仍然不添加selector，程序就會報異常

代碼示例一：

 1 @implementation CA
 3 void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd)
 5 {    
 7      printf("SEL %s did not exist\n",sel_getName(_cmd));
 9 }
10 
11 + (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL
13 {
15     if (aSEL == @selector(t))
17     {
19         class_addMethod([selfclass], aSEL, (IMP) dynamicMethodIMP, "v@:");
21         return YES;
23     }
25     return [superresolveInstanceMethod:aSEL];
27 }
28 
29 @end
 

測試代碼：

  CA * ca = [CA new]

  [ca performSelector:@selector(t)];  

　　

 

執行結果

   SEL t did not exist

 

示例代碼二：

@implementation CA

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd)
{
    printf("SEL %s did not exist\n",sel_getName(_cmd));
}

+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL
{
    return  YES;
}
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    if (aSelector == @selector(uppercaseString))
    {
        return @"hello world";
    }
}
測試代碼 ：

 a = [[CA alloc]init];
 NSLog(@"%@",[a performSelector:@selector(uppercaseString)];

　　

該測試代碼的輸出為:HELLO WORLD 

對於該測試代碼，由於a沒有uppercaseString函數，因此會觸發resolveInstanceMethod，但是由於該函數並沒有添加selector，因此運行時發現找不到該函數，會觸發

forwardingTargetForSelector函數，在forwardingTargetForSelector函數中，返回了一個NSString "hello world"，因此會由該string來執行uppercaseString函數，最終返回大寫的hello world。

 

示例代碼三：

@implementation CA

+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL
{
    return  YES;
}
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    return nil;
  }
　測試代碼：

1  a = [[CA alloc]init];
2  NSLog(@"%@",[a performSelector:@selector(uppercaseString)];

　　

　　

這段代碼的執行順序為:

 (1)：首先在程序剛執行，AppDelegate都還沒有出來時，resolveInstanceMethod就被觸發，

 

(2)等測試代碼執行時，forwardingTargetForSelector被調用

(3)由於forwardingTargetForSelector返回了nil，因此運行時還是找不到uppercaseString selector，這時又會觸發resolveInstanceMethod，由於還是沒有加入selector，於是會crash。

 

(4) 使用class_copyPropertyList及property_getName獲取類的屬性列表及每個屬性的名稱

  

    u_int               count;
    objc_property_t*    properties= class_copyPropertyList([UIView class], &count);
    for (int i = 0; i < count ; i++)
    {
        const char* propertyName = property_getName(properties[i]);
        NSString *strName = [NSString  stringWithCString:propertyName encoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSLog(@"%@",strName);
    }

　以上代碼獲取了UIView的所有屬性並打印屬性名稱，　輸出結果為：

 skipsSubviewEnumeration
 viewTraversalMark
 viewDelegate
 monitorsSubtree
 backgroundColorSystemColorName
 gesturesEnabled
 deliversTouchesForGesturesToSuperview
 userInteractionEnabled
 tag
 layer
 _boundsWidthVariable
 _boundsHeightVariable
 _minXVariable
 _minYVariable
 _internalConstraints
 _dependentConstraints
 _constraintsExceptingSubviewAutoresizingConstraints
 _shouldArchiveUIAppearanceTags

 

 

(5) 使用class_copyMethodList獲取類的所有方法列表

    獲取到的數據是一個Method數組，Method數據結構中包含了函數的名稱、參數、返回值等信息，以下代碼以獲取名稱為例：

    u_int               count;
    Method*    methods= class_copyMethodList([UIView class], &count);
    for (int i = 0; i < count ; i++)
    {
        SEL name = method_getName(methods[i]);
        NSString *strName = [NSString  stringWithCString:sel_getName(name) encoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSLog(@"%@",strName);
    }

　　代碼執行后將輸出UIView所有函數的名稱，具體結果略。

     其他一些相關函數：

    

1.SEL method_getName(Method m) 由Method得到SEL
2.IMP method_getImplementation(Method m)  由Method得到IMP函數指針
3.const char *method_getTypeEncoding(Method m)  由Method得到類型編碼信息
4.unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)獲取參數個數
5.char *method_copyReturnType(Method m)  得到返回值類型名稱
6.IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)  為該方法設置一個新的實現

 

（6）總結

       總而言之，使用runtime技術能做些什么事情呢？

       可以在運行時，在不繼承也不category的情況下，為各種類（包括系統的類）做很多操作，具體包括：

•    增加

增加函數:class_addMethod
增加實例變量:class_addIvar
增加屬性:@dynamic標簽，或者class_addMethod，因為屬性其實就是由getter和setter函數組成
增加Protocol:class_addProtocol (說實話我真不知道動態增加一個protocol有什么用,-_-!!)

•    獲取  

獲取函數列表及每個函數的信息(函數指針、函數名等等):class_getClassMethod method_getName ...
獲取屬性列表及每個屬性的信息:class_copyPropertyList property_getName
獲取類本身的信息,如類名等：class_getName class_getInstanceSize
獲取變量列表及變量信息：class_copyIvarList
獲取變量的值

•    替換

將實例替換成另一個類：object_setClass
將函數替換成一個函數實現：class_replaceMethod
直接通過char *格式的名稱來修改變量的值，而不是通過變量

　　

  　　

   參考資料：（1）Objective-C Runtime Reference

               （2）深入淺出Cocoa之消息   

               （3）objective-c 編程總結（第六篇）運行時操作 - 方法交換

                (4)Runtime of Objective-C