OC之runtime

OC拥有很多的动态特性,这些动态特性在运行程序时发挥作用,而不是在编译或者链接代码时发挥作用.这一特性,也为OC提供了很多强大的功能和灵活性. 比如可以以实时的方式进行程序的开发和更新,而不需要重新编译或者重新部署.

运行时系统的基本应用

对象消息

在面向对象中呢,消息传递是指在对象之间发送和接收消息. 在OC中的对象消息传递用于类和对象方法的调用.
[接收器 方法选择器:(参数)];
接收器就是class或者obj. 消息就是由 selecter 和 parameter构成. 对象消息的传递是以动态的方式实现的. 接收器的相应类型和相应的调用方法,是在运行时决定的(所以会存在一些与动态绑定有关的额外开销,当然oc有缓存机制来减少这种开销).

所以OC对象消息传递的关键要素有:

.接收器:类,对象

.消息:选择器+参数
. 方法:声明方法的实现,参数,返回值等等....
. 方法绑定. 向接收器发送消息的时候,寻找并且执行方法的过程

选择器
在消息传递的过程中,选择器是一个文本字符串.
` -(void)addValue1:(NSInteger)value1 value2:(NSInteger)value2{...}`
`addValue1:value2:`

选择器是一个特殊的类型.
SEL类型 是用于在编写源代码时替换选择器值的标识符.

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // SEL addValue1 =  NSSelectorFromString(@"addvalue1:value2:");
    SEL addValue1 = @selector(addvalue1:value2:);
    //[self addvalue1:@"a" value2:@"b"];
    [self performSelector:addValue1 withObject:@"a" withObject:@"b"];
}

-(void)addvalue1:(NSString *)value1 value2:(NSString *)value2
{
 NSLog(@"%@",NSStringFromSelector(_cmd));
//addvalue1:value2:
}

动态类型 和 对象内省

运行时系统通过动态类型(dynamic typing)功能可以在运行程序时,决定对象的类型.
id类型是一个OC所特有的类型,它的变量可以存储任意类型的对象.

 id list = [NSArray new];
    list = @"I am a sting";
    if([list isKindOfClass:[NSArray class]]){}
    if([list isKindOfClass:[NSString class]]){}

好处就是可以简化接口,提供非常大的灵活性.

动态绑定(dynamic binding)

是指在运行程序时(而不是编译)将消息与方法对应起来的处理过程.在运行程序和发送消息前,消息和接收消息的对象不会对应. 因为许多的接收器可能实现了相同的方法,调用方式会动态变化.动态绑定实现了 OOP的多态性.

    id person = [[People alloc]init];
    [person run];

因为person的类型为 People,运行时系统会搜寻 People的run方法. 如果没有找到,就去父类中寻找对相应方法.直到找到为止.

OC运行时系统 确定消息接收器的类型(动态类型)-> 然后确定实现的方法(动态绑定)->调用方法.

动态方法决议

动态方法决议能够以动态的方法实现方法. 通过

+(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel

+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel

Description: Dynamically provides an implementation for a given selector for an instance method.
This method and resolveClassMethod: allow you to dynamically provide an implementation for a given selector.
An Objective-C method is simply a C function that take at least two arguments—self and _cmd. Using the class_addMethod function, you can add a function to a class as a method. Given the following function:

parameters: name The name of a selector to resolve.

return: YES if the method was found and added to the receiver, otherwise NO.

以动态的方式,添加类方法,或者实例方法.

void doLogin(){
    NSLog(@"dologin");
}
@implementation ViewController

+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    NSString *string = NSStringFromSelector(sel);
    if ([string isEqualToString:@"doLogin"]) {
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)doLogin,"@@:@");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [self performSelector:NSSelectorFromString(@"doLogin")];
}


/// A pointer to the function of a method implementation. 
#if !OBJC_OLD_DISPATCH_PROTOTYPES
typedef void (*IMP)(void /* id, SEL, ... */ ); 
#else
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...); 
#endif

"@@:@" OC的类型编码

-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
Returns the object to which unrecognized messages should first be directed.
If an object implements (or inherits) this method, and returns a non-nil (and non-self) result, that returned object is used as the new receiver object and the message dispatch resumes to that new object.

       NSInteger a = [self performSelector:NSSelectorFromString(@"length")];
}
-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    if ([NSStringFromSelector(aSelector) isEqualToString:@"length"]) {
        return @"没有找到方法";
    }
    return 0;
}

运行时系统的结构

介绍运行时系统的结构以及它实现这些动态特性的方式.

运行时系统的组成部分

OC的运行时系统由两个部分组成:编译器 和 运行时系统库

编译器

在编译阶段,编译器对源文件进行一系列的处理(预处理,词法分析,语法分析,链接...)等.生成构成可执行程序的二进制文件. 运行时系统会为OC的面向对象特征提供标准的API和实现代码. OC的面向对象元素和动态特性,都是由运行时系统提供的.
运行时系统由这几部分组成:

类元素:接口,实现代码,协议,分类,方法,属性,变量等等
类实例: 对象
对象消息的传递: 动态类型,动态绑定
动态方法决议
动态加载
对象内省

当编译器解析使用了这些元素和特性的OC源码时,它就会使用适当的运行时系统库数据结构和函数,生成可执行代码.例子:

  1. 生成对象消息传递代码
    [接收器 消息];
    它会生成调用运行时系统库中函数 objc_msgSend()的代码.将源码转化为objc_msgSend(..)的代码,每条消息都是以动态的方式处理的,这就意味着接收器的类型和方法的实际实现,都是在运行程序的时候决定的.
OBJC_EXPORT id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
    OBJC_AVAILABLE(10.0, 2.0, 9.0, 1.0);
  1. 生成类和代码
/// An opaque type that represents an Objective-C class.

typedef struct objc_class *Class;

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

Class的数据类型就是一个 objc_class 结构体指针

 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;

运行时库提供接口,访问这些信息:

    objc_getClass(const char *name); // 对象的类定义
    objc_getMetaClass(const char *name); // 对象的元类定义
    class_getSuperclass(__unsafe_unretained Class cls);  // 类的父类
    class_copyMethodList(__unsafe_unretained Class cls, unsigned int *outCount); // 类的方法列表
      class_copyIvarList(__unsafe_unretained Class cls, unsigned int *outCount)//实例变量列表
    class_copyPropertyList(__unsafe_unretained Class cls, unsigned int *outCount);// 属性列表

id 类型的定义

 typedef struct objc_object *id;
运行时系统库

运行时系统库提供的有公开API,这些API使用C语言编写.例如:

  1. 使用运行时系统创建类.
NSString* hello(){
    return @"hello world";
}

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

   // 创建一个类
    Class dynaClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], "DynaClass", 0);
    // 给类添加一个方法
    class_addMethod(dynaClass, @selector(firstMethod), (IMP)hello, "@@:@");
    objc_registerClassPair(dynaClass);
    id dynaObj = [[dynaClass alloc]init];
   id result =  [dynaObj performSelector:@selector(firstMethod)];
    NSLog(@"%@",result);
}

2.实现运行时系统的对象消息传递

运行时系统定义了一种方法数据类型(objc_method)

struct objc_method {
    SEL method_name    // SEL类型的变量                                      
    char *method_types                                       
    IMP method_imp    // IMP的变量 方法的函数地址                                       
}                 


typedef struct objc_method *Method;

执行方法的逻辑:
1.通过对象的isa指针,找到对象所属的类
2.通过搜索类的方法缓存,查找方法的IMP指针.如果找到了,就去调用函数.

  1. 类的方法列表
  2. 一系列的动态方法决议方法.
  3. 父类的方法列表
与运行时系统的交互
  1. 运行时系统api. C风格的.
  2. NSObject提供了一套api.其他类继承NSObject.
isKindOfClass..
performerSelect...

运行时系统的应用

AFN里的方法混淆


+ (void)swizzleResumeAndSuspendMethodForClass:(Class)theClass {
    Method afResumeMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(af_resume));
    Method afSuspendMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(af_suspend));

    if (af_addMethod(theClass, @selector(af_resume), afResumeMethod)) {
        af_swizzleSelector(theClass, @selector(resume), @selector(af_resume));
    }

    if (af_addMethod(theClass, @selector(af_suspend), afSuspendMethod)) {
        af_swizzleSelector(theClass, @selector(suspend), @selector(af_suspend));
    }
}



// AFN
static inline void af_swizzleSelector(Class theClass, SEL originalSelector, SEL swizzledSelector) {
    Method originalMethod = class_getInstanceMethod(theClass, originalSelector);
    Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(theClass, swizzledSelector);
    method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
}



- (void)af_suspend {
    NSAssert([self respondsToSelector:@selector(state)], @"Does not respond to state");
    NSURLSessionTaskState state = [self state];
    [self af_suspend]; // 方法交换后 [self suspend]; 挂起,结束
    
    if (state != NSURLSessionTaskStateSuspended) {
        // dataTask suspend 后发送通知
        [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:AFNSURLSessionTaskDidSuspendNotification object:self];
    }
}



//  
* @note This is an atomic version of the following:
 *  \code 
 *  IMP imp1 = method_getImplementation(m1);
 *  IMP imp2 = method_getImplementation(m2);
 *  method_setImplementation(m1, imp2);
 *  method_setImplementation(m2, imp1);
 *  \endcode
 */
OBJC_EXPORT void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2) 
    OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0);

YYModel

// 属性列表
objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(cls, &propertyCount);
if (properties) {
NSMutableDictionary *propertyInfos = [NSMutableDictionary new];
_propertyInfos = propertyInfos;
for (unsigned int i = 0; i < propertyCount; i++) {
YYClassPropertyInfo *info = [[YYClassPropertyInfo alloc] initWithProperty:properties[i]];
if (info.name) propertyInfos[info.name] = info;
}
free(properties);
}



- (instancetype)initWithProperty:(objc_property_t)property {
if (!property) return nil;
self = [super init];
_property = property;
const char *name = property_getName(property);
if (name) {
_name = [NSString stringWithUTF8String:name];
}

YYEncodingType type = 0;
unsigned int attrCount;
objc_property_attribute_t *attrs = property_copyAttributeList(property, &attrCount);
for (unsigned int i = 0; i < attrCount; i++) {
switch (attrs[i].name[0]) {
case 'T': { // Type encoding
if (attrs[i].value) {

...

case 'v': return YYEncodingTypeVoid | qualifier;
case 'B': return YYEncodingTypeBool | qualifier;
case 'c': return YYEncodingTypeInt8 | qualifier;
case 'C': return YYEncodingTypeUInt8 | qualifier;
case 's': return YYEncodingTypeInt16 | qualifier;
case 'S': return YYEncodingTypeUInt16 | qualifier;
case 'i': return YYEncodingTypeInt32 | qualifier;
case 'I': return YYEncodingTypeUInt32 | qualifier;
case 'l': return YYEncodingTypeInt32 | qualifier;
case 'L': return YYEncodingTypeUInt32 | qualifier;
case 'q': return YYEncodingTypeInt64 | qualifier;
case 'Q': return YYEncodingTypeUInt64 | qualifier;
case 'f': return YYEncodingTypeFloat | qualifier;
case 'd': return YYEncodingTypeDouble | qualifier;
case 'D': return YYEncodingTypeLongDouble | qualifier;


}
....

case 'R': {
type |= YYEncodingTypePropertyReadonly;
} break;
case 'C': {
type |= YYEncodingTypePropertyCopy;
} break;
case '&': {
type |= YYEncodingTypePropertyRetain;
} break;
case 'N': {
type |= YYEncodingTypePropertyNonatomic;
} break;
case 'D': {
type |= YYEncodingTypePropertyDynamic;
} break;

-----------------------完----------------------

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