Objective-C Runtime（三）Method Swizzling

Runtime 3 Method Swizzling

Objective-C Runtime（一）

简介
对象、类的结构
- objc_object
- objc_class
消息传递（Messaging）
- objc_method
- objc_msgSend

Objective-C Runtime（二）

动态方法解析和转发
- 动态方法解析
- 快速消息转发
- 标准消息转发
- 消息转发与多继承
- 消息转发与代理对象

Objective-C Runtime（三）

Method Swizzling
- class_replaceMethod
- method_setImplementation
- method_exchangeImplementations
- Method Swizzling 的应用
- Method Swizzling 注意事项

Objective-C Runtime（四）

isa swizzling
- 介绍
- 应用之KVO
- 注意

持续更新中...

Method Swizzling

其实runtime的概念、特性已经讲完了。现在来说一下runtime很强大的一个黑色技能：Method Swizzling。

Method Swizzling 利用 Runtime 特性把一个方法的实现与另一个方法的实现进行替换。

消息传递 中有讲到，每个类里都有一个 dispatch table ，将方法的名字（SEL）跟方法的实现（IMP，指向 C 函数的指针）一一对应。swizzle 一个方法其实就是在程序运行时在 dispatch table 里做点改动，让这个方法的名字（SEL）对应到另个 IMP 。

转换前，一一对应：

method_swizzling_1.png

转换后，交换一一对应：

method_swizzling_2.png

在objc/runtime.h中，OC提供了以下API来动态替换方法的实现：

class_replaceMethod
method_setImplementation
method_exchangeImplementations

这些方法归根结底，都是偷换了method的IMP。

class_replaceMethod

class_replaceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, 
                    const char * _Nullable types)

在文档中详细说明了，它有两种不同的行为。当类中没有想替换的原方法时，该方法会调用 class_addMethod 来为该类增加一个新方法。也因此它需要在调用时传入types参数，而method_exchangeImplementations和method_setImplementation却不需要。

method_setImplementation

最简单，仅仅是给一个方法设置其实现方式。

method_exchangeImplementations

顾名思义，是交换两个方法的实现，等同于调用两次method_setImplementation：

IMP imp1 = method_getImplementation(m1);
IMP imp2 = method_getImplementation(m2);
method_setImplementation(m1, imp2);
method_setImplementation(m2, imp1);

Method Swizzling 的应用

有时候我们想对已有类的已有实现增加一些额外处理，这时候我们可以在已有类的分类中做Method Swizzling。

下面我们在UIControl的分类里，将-setTag:和自定义的-xxx_setTag:方法交换：

- (void)xxx_setTag:(NSInteger)tag {
    NSLog(@"%s  %@  tag=%ld", __FUNCTION__, NSStringFromSelector(_cmd), tag);
    return [self xxx_setTag:tag];
}

上面是自定义-xxx_setTag:方法的实现，乍一看像是递归。但是别忘了我们是要调换方法的IMP的，在runtime的时候，函数实现已经被交换了。调用-setTag:会调用你实现的-xxx_setTag:，而在 -xxx_setTag:里调用-xxx_setTag:实际上调用的是原来的-setTag:。

//UIControl+XXXExtension.m
+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class class = [self class];
        
        //1
        SEL originalSelector = @selector(setTag:);
        SEL swizzledSelector = @selector(xxx_setTag:);
        //2
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);
        
        // When swizzling a class method, use the following:
        // Class class = object_getClass((id)self);
        // ...
        // Method originalMethod = class_getClassMethod(class, originalSelector);
        // Method swizzledMethod = class_getClassMethod(class, swizzledSelector);

        //3
        BOOL didAddMethod = class_addMethod(class,
                                            originalSelector,
                                            method_getImplementation(swizzledMethod),
                                            method_getTypeEncoding(swizzledMethod));

        if (didAddMethod) {
        //4
            class_replaceMethod(class,
                                swizzledSelector,
                                method_getImplementation(originalMethod),
                                method_getTypeEncoding(originalMethod));
        } else {
        //5
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        }
    });
}

拿到要交换的两个方法名SEL
通过方法名SEL，拿到方法对象Method
在交换方法前，先调用了class_addMethod。是因为要保证所交换的原方法是本类的方法，不是父类的方法。class_addMethod会覆盖父类的方法实现，但是不会替换本类已经有的方法实现。所以先做一层class_addMethod保证了本类本身有原方法的实现。
如果本类没有相应的原方法实现，class_addMethod会成功添加一个原方法，实现IMP设置为新的实现。然后通过class_replaceMethod在新方法名义下设置原方法的实现。
如果本类有相应的原方法实现，method_exchangeImplementations交换两个方法的实现。

通常我们方法混写是想要在应用程序的整个生命周期中有效，所以把method swizzling的代码放在+load的dispatch once中，是为了保证它的执行是线程安全的，并且只执行一次。了解更多关于+load

然后我们来调用一下混写后的方法：

 UIControl *ctrl = [[UIControl alloc] init];
 ctrl.tag = 10;
    
 UIView *view = [[UIView alloc] init];
 view.tag = 100;

控制台输出：

-[UIControl(XXXExtension) xxx_setTag:]  tag=10

从输出中，可以知道新方法只应用于UIControl的对象，并不影响其父类UIView的对象。这就因为我们只交换了UIControl类的方法，明显UIControl本身没有-setTag:方法，所以会通过class_addMethod添加一个，所以不影响其父类UIView。

Method Swizzling 注意事项

Method swizzling is not atomic
Changes behavior of un-owned code
Possible naming conflicts
Swizzling changes the method's arguments
The order of swizzles matters
Difficult to understand (looks recursive)
Difficult to debug

- Method swizzling is not atomic

很明显方法混写的代码要完整的执行，程序才会正常执行，正如我们在+load方法中执行dispatch once。

- Changes behavior of un-owned code

混写的方法不止对一个实例有效，是对目标类的所有实例。我们改变了目标类，所以swizzling是很重要的事，要十分小心。

- Possible naming conflicts

命名冲突贯穿整个Cocoa的问题，我们常常在类名和类别方法名前加上前缀，所以我们也在新方法的前面加前缀，就像前面代码里的-xxx_setTag:。但如果-xxx_setTag:在别处也定义了怎么办？这个问题不仅仅存在于swizzling，这我们可以用别的变通的方法：

直接用新的 IMP 取代原 IMP ，而不是替换。只需要有全局的函数指针指向原 IMP 就可以。

static void (*gOriginalSetTagIMP)(id self, SEL _cmd, NSInteger tag);

static void xxxSetTag(id self, SEL _cmd, NSInteger tag) {
    // do custom work
    NSLog(@"%s  tag=%ld", __FUNCTION__, tag);
    gOriginalSetTagIMP(self, _cmd, tag);
}

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{    
     
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(setTag:));
        gOriginalSetTagIMP = (void *)method_getImplementation(originalMethod);
        
        if(!class_addMethod(self, @selector(setTag:), (IMP)xxxSetTag, method_getTypeEncoding(originalMethod))) {
            method_setImplementation(originalMethod, (IMP)xxxSetTag);
        }
    });
}

注意这里的自定义实现xxxSetTag里不能再调用xxxSetTag本身了，不然就真的递归了。因为这里调用的是函数，直接调用，不走runtime的消息传递了。

或者用OC提供的imp_implementationWithBlock，直接用block生成对应的实现IMP：

Method originalMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(setTag:));
IMP originalImp = method_getImplementation(originalMethod);
SEL originalSel = method_getName(originalMethod);
    
IMP swizzledImp = imp_implementationWithBlock(^(id target, NSInteger tag){
    NSLog(@"%s   tag=%ld", __FUNCTION__, tag);
    void (*func)(id, SEL, NSInteger) = (void(*)(id, SEL, NSInteger))originalImp;
    func(target, originalSel, tag);
});
    
if(!class_addMethod(self, @selector(setTag:), (IMP)swizzledImp, method_getTypeEncoding(originalMethod))) {
    method_setImplementation(originalMethod, (IMP)swizzledImp);
}

- Swizzling changes the method's arguments

method swizzling 后的方法，想正常调用的话，将是个问题。

比如如果想直接调用xxx_setTag:方法：

[self xxx_setTag:12];

runtime 的做法是：

objc_msgSend(self, @selector(xxx_setTag:), 12);

runtime去寻找xxx_setTag:的方法实现, _cmd参数为xxx_setTag: ，但是事实上runtime找到的方法实现是原始的setTag:的。

解决方法：使用全局的函数指针IMP。

- The order of swizzles matters

多个swizzle方法的执行顺序也需要注意。那么应该是什么顺序呢，从父类->子类的顺序交换，还是从父类->子类的顺序？

举个例子，在UIView、UIControl、UIButton的分类里面分别自定义如下代码，准备与原来的-setTag:方法进行交换：

//  UIView+LYHExtension.m
- (void)viewSetTag:(NSInteger)tag {
    NSLog(@"%s   cmd=%@  tag=%ld", __FUNCTION__, NSStringFromSelector(_cmd), tag);
    return [self viewSetTag:tag];
}

//  UIControl+LYHExtension.m
- (void)controlSetTag:(NSInteger)tag {
    NSLog(@"%s   cmd=%@  tag=%ld", __FUNCTION__, NSStringFromSelector(_cmd), tag);
    return [self controlSetTag:tag];
}

//  UIButton+LYHExtension.m
- (void)buttonSetTag:(NSInteger)tag {
    NSLog(@"%s   cmd=%@  tag=%ld", __FUNCTION__, NSStringFromSelector(_cmd), tag);
    return [self buttonSetTag:tag];
}

从父类->子类的顺序进行method swizzle：

[UIView swizzle:@selector(setTag:) withSelector:@selector(viewSetTag:)];
[UIControl swizzle:@selector(setTag:) withSelector:@selector(controlSetTag:)];
[UIButton swizzle:@selector(setTag:) withSelector:@selector(buttonSetTag:)];

这里新写了一个方法-swizzle: withSelector:，实现跟上面+load方法里的方法交换一样。

交换前：

交换前.png

按父类->子类的顺序交换后：

交换后_父类子类顺序.png

创建一个UIButton的实例，然后调用一下-setTag:，因为在自定义的方法里的实现是用NSLog打印当前方法信息，以及调用原来的方法。那就看一下控制台：

-[UIButton(XXXExtension) buttonSetTag:]   cmd=setTag:  tag=100
-[UIControl(XXXExtension) controlSetTag:]   cmd=buttonSetTag:  tag=100
-[UIView(XXXExtension) viewSetTag:]   cmd=controlSetTag:  tag=100

用图表示更清晰，按父类->子类的顺序交换后，调用子类的-setTag:方法：

交换后_父类子类顺序_调用.png

很明显，这种从父类->子类的交换顺序，能正常实现我们想要的流程，也就是子类中拿到的方法，是父类已经swizzle后的代码。

反过来，子类->父类的顺序进行method swizzle：

按子类->父类的顺序交换后：

交换后_子类父类顺序.png

很明显，每层的子类（UIButton、UIControl）都是直接跟拥有原始方法的父类（UIView）直接进行交换，不管是否跨层级。

依然创建一个UIButton的实例，调用一下-setTag:，控制台：

-[UIButton(XXXExtension) buttonSetTag:]   cmd=setTag:  tag=100

控制台只打印了UIButton的自定义方法，没有继承父类UIControl和祖父类UIView的自定义方法。

按子类->父类的顺序交换后，调用子类的-setTag:方法：

交换后_子类父类顺序_调用.png

多个有继承关系的类的对象swizzle时，先从父对象开始。这样才能保证子类方法拿到父类中的被swizzle的实现。在+(void)load中swizzle不会出错，就是因为load类方法会默认从父类开始调用。

- Difficult to understand (looks recursive)

新方法的实现看起来像递归，但是看看上面已经给出的 swizzling 封装方法, 使用起来就很易读懂。