1.Runtime簡介
因為Objc是一門動態語言,所以它總是想辦法把一些決定工作從編譯連接推遲到運行時。也就是說只有編譯器是不夠的,還需要一個運行時系統 (runtime system) 來執行編譯后的代碼。這就是 Objective-C Runtime 系統存在的意義,它是整個Objc運行框架的一塊基石。
Runtime其實有兩個版本:“modern”和 “legacy”。我們現在用的 Objective-C 2.0 采用的是現行(Modern)版的Runtime系統,只能運行在 iOS 和 OS X 10.5 之后的64位程序中。而OS X較老的32位程序仍采用 Objective-C 1中的(早期)Legacy 版本的 Runtime 系統。這兩個版本最大的區別在於當你更改一個類的實例變量的布局時,在早期版本中你需要重新編譯它的子類,而現行版就不需要。
Runtime基本是用C和匯編(437版本開始較多使用mm文件,但是仍用C語法)實現的,可見蘋果為了動態系統的高效而作出了很多努力,你可以在這里下到蘋果維護的開源代碼runtime源碼。蘋果和GNU各自維護一個開源的runtime版本,這兩個版本之間都在努力的保持一致。
2.Runtime相關的頭文件
ios的sdk中 usr/include/objc文件夾下面有這樣幾個文件
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
都是和運行時相關的頭文件,其中主要使用的函數定義在message.h和runtime.h這兩個文件中。 在message.h中主要包含了一些向對象發送消息的函數,這是OC對象方法調用的底層實現。 runtime.h是運行時最重要的文件,其中包含了對運行時進行操作的方法。 主要包括:
1.操作對象的類型的定義
/// An opaque type that represents a method in a class definition. 一個類型,代表着類定義中的一個方法 typedef struct objc_method *Method; /// An opaque type that represents an instance variable.代表實例(對象)的變量 typedef struct objc_ivar *Ivar; /// An opaque type that represents a category.代表一個分類 typedef struct objc_category *Category; /// An opaque type that represents an Objective-C declared property.代表OC聲明的屬性 typedef struct objc_property *objc_property_t; // Class代表一個類,它在objc.h中這樣定義的 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;這些類型的定義,對一個類進行了完全的分解,將類定義或者對象的每一個部分都抽象為一個類型type,對操作一個類屬性和方法非常方便。
OBJC2_UNAVAILABLE
標記的屬性是Ojective-C 2.0不支持的,但實際上可以用響應的函數獲取這些屬性,例如:如果想要獲取Class的name屬性,可以按如下方法獲取:
Class classPerson = Person.class; // printf("%s\n", classPerson->name); //用這種方法已經不能獲取name了 因為OBJC2_UNAVAILABLE const char *cname = class_getName(classPerson); printf("%s", cname); // 輸出:Person
2.函數的定義
對對象進行操作的方法一般以object_
開頭
對類進行操作的方法一般以class_
開頭
對類或對象的方法進行操作的方法一般以method_
開頭
對成員變量進行操作的方法一般以ivar_
開頭
對屬性進行操作的方法一般以property_
開頭
對協議進行操作的方法一般以protocol_
開頭
根據以上的函數的前綴 可以大致了解到層級關系。對於以objc_
開頭的方法,則是runtime最終的管家,可以獲取內存中類的加載信息,類的列表,關聯對象和關聯屬性等操作。
例如:使用runtime對當前的應用中加載的類進行打印,別被嚇一跳。
- (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.技術點和應用場景
在以下的代碼中,都用到了Person類,Person類知識簡單的定義了一個成員變量和兩個屬性
@interface Person : NSObject { @private float _height; } @property (nonatomic, copy) NSString *name; @property (nonatomic, assign) int age; @end
3_1.獲取屬性\成員變量列表
對於獲取成員變量的列表可以使用class_copyIvarList
函數,如果想要獲取屬性列表可以使用
class_copyPropertyList
函數,使用的示例如下:
- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event { Class classPerson = NSClassFromString(@"Person"); // 與下面一句效果一樣,可以不用導入頭文件 // Class clazz = Person.class; unsigned int count = 0; Ivar *ivarList = class_copyIvarList(classPerson, &count); // 獲取成員變量數組 for (int i = 0; i < count; i++) { const char *cname = ivar_getName(ivarList[i]); // 獲取成員變量的名字 NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname]; NSLog(@"%@", name); } NSLog(@"-------------------分割線------------------"); objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList(classPerson, &count); // 獲取屬性數組 for (int i = 0; i < count; i++) { const char *cname = property_getName(propertyList[i]); NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname]; NSLog(@"%@", name); } }以上代碼的輸出為:
2015-06-05 22:28:16.194 runtime終極[4192:195757] _height 2015-06-05 22:28:16.195 runtime終極[4192:195757] _age 2015-06-05 22:28:16.195 runtime終極[4192:195757] _name 2015-06-05 22:28:16.195 runtime終極[4192:195757] -------------------分割線------------------ 2015-06-05 22:28:16.195 runtime終極[4192:195757] name 2015-06-05 22:28:16.195 runtime終極[4192:195757] age
為什么會有上面的輸出結果,因為@property會做三份工作:
1.生成一個帶下划線的成員變量
2.生成這個成員變量的get方法
3.生成這個成員變量的set方法
因此會輸出三個成員變量_height、_age和_name。需要注意的是屬性名是不帶下划線的,和定義時的名字一樣。因此可以說:ivarList可以獲取到@property關鍵字定義的屬性 ,而propertyList不可以獲取到成員變量。也就是:使用ivarList是可以將所有的成員變量和屬性都獲取的。
當屬性是readonly的而且重寫了getter時,這種情況還是會遇見的,比如一個屬性是計算型屬性,需要依賴其他屬性的值計算而來。此時生成的帶下划線的成員變量就不在了, 通過ivarList不能獲取該屬性了。因此當有這種值的時候,無論使用ivarList還是使用propertyList都無法獲取全部的屬性或變量。
在進行下一個話題之前:先需要弄清楚另一個問題:對於一個readonly的屬性,到底是didSet+set好,還是重寫getter好?
大部分的readonly的屬性是計算型的,依舊是依賴於其他屬性,因此可以使用didSet+set,也就是在其他屬性的set方法內,將本屬性set。 但是didSet+set有時候完全沒有必要,不符合懶加載的規則,浪費了計算能力,用重寫getter的方法好一些。 因此重寫getter總是會好一點。
回歸正題:在KVC時,想要獲取全部的成員變量和屬性, 怎么辦呢?
首先要了解setValue: forKeyPath:
方法的底層實現:以name屬性為例
1.首先先去類的方法列表去尋找有木有setName:,如果有,就直接調用[person setName:value]
2.找找有沒有帶下划線的成員變量_name,如果有 _name = value;
3.找有沒有成員變量name,如果有 name = value;
4.如果都沒有找到,就直接報錯。
因此對於readonly的又重寫了getter的屬性而言:如果對propertyList的屬性一次使用kvc,就會報錯,因此為保證代碼正常,不能使用propertyList的屬性進行kvc;
另外:這種屬性本來就是計算型的了,為什么還有為它賦值呢,因此對它進行kvc也不合情理。
當使用ivaList時,直接就無法獲取到這種屬性,因此是kvc的最佳方案。再者,使用propertyList無法獲取成員變量(_height),無法對成員變量進行賦值。而使用ivaList是可以將該賦值的成員變量都獲取的。
以上就是使用ivar還是使用property進行kvc的論證。
話題外: 很多類 有些成員變量 既沒有暴露給外部調用的getter又沒有setter,只是用@private聲明了一下:為什么??
猜測是:是方法調用時使用的中間變量,因為是跟隨對象產生,不適合使用靜態static,又因為外部不會使用,所以沒必要給外部提供接口,但是可能有好幾個方法都需要這個量,不適合做局部變量,所以就這樣定義了。
對於這種情況,要想不對這種成員變量賦值,在KVC時又可以這樣改進一下,通過ivarList獲取,去掉propertyList中沒有的成員變量,這樣就過濾掉了上面的那種成員變量了。
3_1_1.應用1:KVC字典轉模型
獲取屬性\成員列表一個重要的應用就是,一次取出模型中的屬性\成員變量,根據它的名字獲取字典中的key然后取出字典中這個key對應的value,使用setValue: forKeyPath:
方法設置值。為什么要這樣,而不再使用方法setValuesForKeysWithDictionary:
。因為在setValuesForKeysWithDictionary:
方法內部會執行這樣一個過程
遍歷字典里面的所有key,一個一個取出來,遍歷每個key按照以下過程
1.取出key,
2.取出key的value,即dict[key],直接給模型的屬性\成員變量賦值
3.怎么給模型的屬性賦值,使用方法setValue:value forKeyPath:key
進行賦值,這個方法的執行過程在前面已經提到。
因此,開發中經常遇到的字典中的key比模型中多時,會出現的 this class is not key-value compliant for ‘xxx’
這個bug就很好解釋了,通常是因為字典中的key,比模型中的屬性\成員變量多。那么當模型中的屬性比字典中多時,使用setValuesForKeysWithDictionary:
會不不會有bug呢?經測試:當多出來的屬性是對象數據類型時,為null,當屬性是基本數據類型時,會有一個系統默認值(如int為0)。
因此使用逐一為屬性賦值的方法進行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); // 已經重寫了description方法輸出是:
<Person, 0x7ff15b80f230>{ name = zhangsan, height = 1.750000, age = 19}
使用這種方式進行kvc,即使字典中的key多的時候也不會有bug,但是新的問題出現了,如果模型中的屬性比字典中的key多便會出現bug而且:如果多的是對象類型不會有bug,該屬性的值為null,如果是基本數據類型就會出錯could not set nil as the value for the key ‘xxx’
。例如,將上面的字典改為:
NSDictionary *dict = @{@"age":@19, @"height": @1.75}; // 去掉了name NSString類型修改之后輸出為:
<Person, 0x7f996263fbd0>{ name = (null), height = 1.750000, age = 19}如果將字典改為:
NSDictionary *dict = @{@"name":@"zhangsan",@"age":@19}; // 去掉了height float類型程序直接崩潰。
如何解決上面的bug:可以在setValue:value forKeyPath:key
方法調用之前進行如下處理:取出屬性對應的類型,如果類型是基本數據類型,value替換為默認值(如int對應默認值為0)。
runtime提供的ivar_getTypeEncoding
函數可以獲取到屬性的類型,返回值代表的含義如下:

height是float類型對應的TypeCode是"f"因此可以進行過濾一下,代碼改動如下:
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]); // 獲取類型 NSString *strCode = [NSString stringWithUTF8String:coding]; id value = dict[key]; if ([strCode isEqualToString:@"f"]) {// 判斷類型是否是float value = @(0.0); } [person setValue:value forKey:key]; } NSLog(@"%@", person);這樣就可以正常執行了,輸出為:
<Person, 0x7fc75d004a00>{ name = zhangsan, height = 0.000000, age = 19}
3_1_2.應用2:NSCoding歸檔和解檔
獲取屬性\成員列表另外一個重要的應用就是進行歸檔和解檔,其原理和上面的kvc基本上一樣,這里只是展示一些代碼:- (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對應的value [aCoder encodeObject:value forKey:key]; // 編碼 } } - (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]; // 解碼 [self setValue:value forKey:key]; // 設置key對應的value } } return self; }
3_2.交換方法實現
交換方法實現的需求場景:自己創建了一個功能性的方法,在項目中多次被引用,當項目的需求發生改變時,要使用另一種功能代替這個功能,要求是不改變舊的項目(也就是不改變原來方法的實現)。
可以在類的分類中,再寫一個新的方法(是符合新的需求的),然后交換兩個方法的實現。這樣,在不改變項目的代碼,而只是增加了新的代碼 的情況下,就完成了項目的改進。
交換兩個方法的實現一般寫在類的load方法里面,因為load方法會在程序運行前加載一次,而initialize方法會在類或者子類在 第一次使用的時候調用,當有分類的時候會調用多次。
// 程序一運行的時候調用 + (void)load { // 如果是類方法,使用的是class_getClassMethod,如果是對象方法使用的是class_getInstanceMethod Method methodOne = class_getInstanceMethod(self, @selector(methodOne:)); Method methodTwo = class_getInstanceMethod(self, @selector(methodTwo:)); // 交換兩個方法的實現 method_exchangeImplementations(methodOne, methodTwo); }注意的是
1.可以交換的兩個方法的參數必須是匹配的,參數的類型一致。
2.如果在方法one的內部想要調用方法two,此時在方法one的內部應該用one調用,而實際上是在調用two,否則會造成死循環。
例如:
// 交換前 - (NSString *) methodOne:(NSString *)str{ NSLog(@"%@", [self methodTwo:str]); return "suc"; } // 交換后 在方法的實現中,要注意將調用two的地方,換成自己的名字 - (NSString *) methodOne:(NSString *)str{ NSLog(@"%@", [self methodOne:str]); return "suc"; }任何一個方法都有兩個重要的屬性:SEL是方法的編號 ,IMP是方法的實現,方法的調用過程實際上去根據SEL去尋找IMP。
在這個例子中,假設在交換之前SEL為methodOne:的方法指向着IMP1,SEL為methodTwo的方法指向着IMP2。
交換實現實際上是在底層是交換了方法編號的指向,也就是讓methodOne:指向了IMP2,methodTwo指向了IMP1。
3_3.類\對象的關聯對象
關聯對象不是為類\對象添加屬性或者成員變量(因為在設置關聯后也無法通過ivarList或者propertyList取得) ,而是為類添加一個相關的對象,通常用於存儲類信息,例如存儲類的屬性列表數組,為將來字典轉模型的方便。 例如,將屬性的名稱存到數組中設置關聯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);輸出是
( age, height, name )
objc_setAssociatedObject
方法的參數解釋:
第二個參數const void *key, 關聯的key,可以是任意類型
第三個參數id value, 被關聯的對象
第四個參數objc_AssociationPolicy policy關聯引用的規則,取值有以下幾種:
enum { OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401, OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403 };如果想要獲取已經關聯的對象,通過key取得即可
NSArray *pList = objc_getAssociatedObject(Person, propertiesKey);可以將以上兩種操作封裝起來,為Person類增加一個properties類方法,封裝上面的操作,用於方便獲取類的屬性列表。
const char* propertiesKey = "propertiesKey"; @implementation Person + (NSArray *)properties { // 如果已經關聯了,就依據key取出被關聯的對象並返回 NSArray *pList = objc_getAssociatedObject(self, propertiesKey); if (pList != nil) { return pList; } // 如果沒有關聯,則設置關聯對象,並將對象返回 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.動態添加方法,攔截未實現的方法
每個類都有都有一下兩個類方法(來自NSObject)+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
以上兩個一個使用於類方法,一個適用於對象方法。在代碼中調用沒有實現的方法時,也就是sel標識的方法沒有實現 都會現調用這兩個方法中的一個(如果是類方法就調用第一個,如果是對象方法就調用第二個)攔截。 通常的做法是在resolve的內部指定sel對應的IMP,從而完成方法的動態創建和調用兩個過程,也可以不指定IMP打印錯誤信息后直接返回。
假如在Person類中沒有-sayHi這個方法,如果對象p使用[p performSelector:@selector(sayHi) withObject:nil];那么就會必須經過Person類的resolveInstanceMethod:(SEL)sel
方法,在這里為-sayHi指定實現。
void abc(id self, SEL _cmd){ NSLog(@"%@說了hello", [self name]); } @implementation Person //動態添加方法:在resolve中添加相應的方法,注意是類方法還是對象方法。 + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel { if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"sayHi"]) { class_addMethod(self, sel, abc, "v@:"); // 為sel指定實現為abc } return YES; } @end
對實現(abc)的前兩個參數的說明
每個方法的內部都默認包含兩個參數,被稱為隱式參數id類型self(代表類或對象)和SEL類型的_cmd(方法編號)
class_addMethod
函數參數的含義:
第二個參數SEL name, 被解析的方法
第三個參數 IMP imp, 指定的實現
第四個參數const char *types,方法的類型,具體參照類型的codeType那張圖,但是要注意一點: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).譯為:因為函數必須至少有兩個參數self和_cmd,第二個和第三個字符必須是“@:”。如果想要再增加參數,就可以從實現的第三個參數算起,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.
為-sayHi方法的實現增加參數
調用時:Person *p = [[Person alloc] init]; p.name = @"zhangsan"; p.age = 10; [p performSelector:@selector(sayHi:) withObject:@"world"]; // 增加了一個參數,多了冒號對Person類中的代碼做了修改
void abc(id self, SEL _cmd, NSString *content){ // 增加了一個參數content NSLog(@"%@說了hello%@", [self name], content); } @implementation Person //動態添加方法:在resolve中添加相應的方法,注意是類方法還是對象方法。 + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel { if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"sayHi:"]) { class_addMethod(self, sel, abc, "v@:@"); // 增加了一個對象類型參數 增加了@ } return YES; } @end輸出為:
zhangsan說了helloworld
3_5.動態創建一個類
動態創建一個類,為這個類添加成員變量和方法,並創建這個類型的對象:#import "ViewController.h" #import <objc/runtime.h> #import <objc/message.h> #import "Person.h" static void printSchool(id self, SEL _cmd) { NSLog(@"我的學校是%@", [self valueForKey:@"schoolName"]); } @implementation ViewController - (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event { Class classStudent = objc_allocateClassPair(Person.class, "Student", 0); // 添加一個NSString的變量,第四個參數是對其方式,第五個參數是參數類型 if (class_addIvar(classStudent, "schoolName", sizeof(NSString *), 0, "@")) { NSLog(@"添加成員變量schoolName成功"); } // 為Student類添加方法 "v@:"這種寫法見參數類型連接 if (class_addMethod(classStudent, @selector(printSchool), (IMP)printSchool, "v@:")) { NSLog(@"添加方法printSchool:成功"); } // 注冊這個類到runtime系統中就可以使用他了 objc_registerClassPair(classStudent); // 返回void // 使用創建的類 id student = [[classStudent alloc] init]; NSString *schoolName = @"清華大學"; // 給剛剛添加的變量賦值 // object_setInstanceVariable(student, "schoolName", (void *)&str);在ARC下不允許使用 [student setValue:schoolName forKey:@"schoolName"]; // 調用printSchool方法,也就是給student這個接受者發送printSchool:這個消息 // objc_msgSend(student, "printSchool"); // 我嘗試用這種方法調用但是沒有成功 [student performSelector:@selector(printSchool) withObject:nil]; // 動態調用未顯式在類中聲明的方法 } @end輸出的結果是:
添加成員變量schoolName成功 添加方法printSchool成功 我的學校是清華大學
面試題
說說什么是runtime
1>OC 是一個全動態語言,OC 的一切都是基於 Runtime 實現的平時編寫的OC代碼, 在程序運行過程中, 其實最終都是轉成了runtime的C語言代碼, 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是一套比較底層的純C語言API, 屬於1個C語言庫, 包含了很多底層的C語言API
3>runtimeAPI的實現是用C和匯編,是一套蘋果開源的框架
使用過runtime嗎,用它來做什么。
本文二、三部分。