二十六、Runtime

Objective-c

一、Runtime简介

• Runtime简称运行时。OC就是运行时机制，也就是在运行时候的一些机制，其中最主要的是消息机制
• 对于C语言，函数的调用，在编译的时候就会决定调用哪个函数
• 对于OC方法的调用，属于动态调用过程，只有在真正运行的时候才会根据方法名找到对于的方法来调用
• 事实证明：
  
  • 在编译阶段，C语言调用未实现的函数就会报错
  • 在编译阶段，OC可以调用任何方法，即使这个方法没有实现，只要声明过就不会报错，在运行的时候才会发现方法没有实现而报错

二、Runtime作用

（一）发送消息(objc_msgSend)

• 方法调用的本质，就是让对象发送消息（用runtime发送消息）

1. 验证：方法的调用是否真的转换为消息机制

• 随便创建一个OC对象，代码：

id objc = [[NSObject alloc] init];

• 上句代码是调用了两个方法，可以拆分成：

id objc = [NSObject alloc];
objc = [objc init];

• 我们需要对上述代码用clang编译器重新编译：用Xcode创建命令行工具，main.m文件中代码如下图，打开终端，进入main.m所在文件夹，输入指令clang -rewrite-objc main.m，然后就会发现文件夹下生产了main.cpp文件，里面代码非常多，使用@autoreleasepool关键词进行搜索，就会发现上面的两句代码已经被转换成了runtime语句

2. 消息机制简单实现

//参数一：谁发送消息
//参数二：发送什么消息
//参数三：发送消息传递的参数，以此类推
objc_msgSend(id self, SEL op, ...)

注意：
1.使用消息机制，必须导入#import <objc/message.h>
并且设置Build Setting -> 搜索msg -> 设置属性为No，否则没有参数提示
2.只有对象才能发送消息，就算是类名调用类方法，其本质也是将类名转换成类对象，因此以objc开头

• 创建一个Person类，里面有两个方法：一个对象方法- (void)eat;，一个类方法+ (void)run:(NSInteger)meter;

①创建Person对象
OC语句

Person *p = [[Person alloc] init];

runtime

/***************简单写法***************/
Person *p = objc_msgSend([Person class], @selector(alloc));
p = objc_msgSend(p, @selector(init));
/***************底层写法***************/
//objc_getClass() : 根据传入的字符串获取某个类，注意传入的C语言字符串，所以前面不加@
//sel_registerName() : 根据传入的方法名注册方法编号，根据方法编号才能找到对应的方法实现
Person *p = objc_msgSend(objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc"));
p = objc_msgSend(p, sel_registerName("init"));

②调用对象方法eat

OC语句

[p eat];

runtime

objc_msgSend(p, @selector(eat));

③调用类方法run

OC语句

[Person run:20];

runtime

objc_msgSend([Person class], @selector(run:), 20);

3. 消息机制的主要应用场景

• 虽然上面的代码都能用runtime实现，但很麻烦，那么消息机制在开发中主要应用场景是：调用私有方法
• 比如把Person类的对象方法eat的声明注释掉，那么eat只有实现就变成了私有方法，如果还是按照[p eat];来使用的话就会报错，但是使用runtime语句objc_msgSend(p, @selector(eat));依旧能正常调用

4. 方法调用流程（消息机制的原理）

• 对象根据方法编号SEL去映射表查找对应方法的方法实现

比如[p eat];
1. 对象通过isa指针找到自己所属的类
2. runtime会通过sel_registerName("eat")将eat方法注册成方法编号
3. 根据方法编号去查找对应方法（对象方法存储在类对象的方法列表中，类方法存储在元类的方法列表中）
4. 找到的只是最终函数的实现地址，最后根绝地址去方法区调用对应函数的实现

（二）交换方法(method_exchangeImplementation())

1. 交换方法的主要应用场景

• 系统自带的方法功能不够，扩展功能，并且保持原有的功能

2. 需求示例

• 需求：给imageNamed方法添加功能，加载图片的时候能判断是否加载成功

• 在没有学到交换方法之前，要实现上述需求应该会自定义类，继承自UIImage，然后重写imageNamed方法

//自定义类CXImage，继承自UIImage，重写imageNamed
+ (UIImage *)imageNamed:(NSString *)name
{
    //原有功能：加载图片
    UIImage *image = [super imageNamed:name];
    //扩展功能：判断图片是否加载成功
    if (image) {
        NSLog(@"加载成功");
    } else {
        NSLog(@"加载失败");
    }
    return image;
}

• 但是上面的方式有弊端：每次使用都要#import "CXImage"，而且如果项目中已经有N多地方用到了[UIImage imageNamed:];，要一一替换的话太过麻烦

• 使用交换方法的基本步骤：

  • 先创建分类
  • 自己实现一个带有扩展功能的方法
  • 实现交换方法，且只需要交换一次

① 步骤1：先创建分类UIImage+Image，自己定义一个能加载图片并判断是否加载成功的方法

+ (UIImage *)cx_imageNamed:(NSString *)imageName
{
    //原有功能：加载图片
    UIImage *image = [UIImage imageNamed:imageNamed];
    //扩展功能：判断图片是否加载成功
    if (image) {
        NSLog(@"加载成功");
    } else {
        NSLog(@"加载失败");
    }
    return image;
}

② 步骤2：当调用imageNamed方法时会自动调用cx_imageNamed方法，也就是交换两个方法的实现

//交换方法只需要设置一次
//加载这个分类时调用
+ (void)load
{
    //1.先把两个方法取出来
    //方法都是从类里面寻找，所以以class开头
    //第一个参数：哪个类
    //第二个参数：哪个方法
    Method imageNamedMethod = class_getclassMethod(self, @selector(imageNamed:));
    Method cx_imageNamedMethod = class_getclassMethod(self, @selector(cx_imageNamed:));
    //2.方法交换
    method_exchangeImplementations(imageNamedMethod, cx_imageNamedMethod);
}

③ 注意：因为此时imageNamed和cx_imageNamed方法已经交换实现了，所以在cx_imageNamed方法中不能再使用imageNamed，那样会引起死循环，要改成cx_imageNamed

+ (UIImage *)cx_imageNamed:(NSString *)imageName
{
    //原有功能：加载图片
    UIImage *image = [UIImage cx_imageNamed:imageNamed];
    //扩展功能：判断图片是否加载成功
    if (image) {
        NSLog(@"加载成功");
    } else {
        NSLog(@"加载失败");
    }
    return image;
}

• 最终，外界调用imageNamed方式时会来到cx_imageNamed方法内，且不需要#import "UIImage+Image"，原有的代码不需要更改

（三）动态添加方法(class_addMethod)

1. 动态添加方法的主要应用场景

• 如果一个类方法非常多，加载类到内存的时候比较耗费资源，可以使用动态给某个类添加方法解决。比如app有免费功能和收费功能，对于免费用户来说，收费功能是用不到的，所以收费功能的方法也没必要直接添加到方法列表中，当用到的时候才去添加
• 面试题：有没有使用过performSelector，什么时候使用？ -> 动态添加方法的时候使用 -> 怎么动态添加方法 -> runtime -> 为什么要动态添加方法

2. 动态添加方法的简单使用：

① 创建一个Person类，里面没有任何方法，然后在外界直接调用某个方法，如果这时运行程序就会崩

Person *p = [[Person alloc] init];
//performSelector:动态添加方法
[p performSelector:@selector(eat)];

② 在Person类中动态添加方法

• 如果外界调用了一个没有实现的对象方法就会调用+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel，要在该方法中动态添加（如果是未实现的类方法，就会调用+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel）

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == NSSelectorFromString(@"eat")) {
        //动态添加方法
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

• 动态添加方法为class_addMethod，里面有四个参数

  • 参数一：给哪个类添加方法
  • 参数二：添加哪个方法
  • 参数三：添加方法的函数实现（添加方法为什么要用函数实现？因为OC底层就是将方法转换成C语言的函数）
  • 参数四：函数的类型（返回值+参数类型）
    

• 不知道如何下手，可以查看官方文档，写的很清楚

• 官方示例：

//函数的实现
//默认一个方法都会包含两个隐式参数-self和_cmd
void myMethodIMP(id self, SEL _cmd)
{
    //implementation...
}
//动态添加方法
class_addMethod([self class], @selector(resolveThisMethodDynamically), (IMP) myMethodIMP, "v@:");
//最后一个参数-函数的类型可以通过官方文档中`Type Encodings`查到，v表示void，@表示对象，:表示SEL

• 所以，我们为Person类动态添加eat方法的代码为：

void eat(id self, SEL _cmd)
{
    NSLog(@"实现了eat%@--%@", self, NSStringFromSelector(_cmd));
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == NSSelectorFromString(@"eat")) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)eat, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

• 如何再添加一个带有参数的对象方法run

外界调用

[p performSelector:@selector(run:) withObject:@10];

动态添加

void run(id self, SEL _cmd, NSNumber *meter) 
{
    NSLog(@"跑了%@米", meter);
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == NSSelectorFromString(@"run:")) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)run, "v@:@");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

（四）分类添加属性

• 原理：给一个类声明属性，其实本质就是给这个类添加关联，并不是直接把这个值的内存空间添加到内存空间
• 在category中添加@property也是只会生成setter和getter的声明；如果要增加属性的实现，需要借助runtime的两个函数objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject
• 一般在给系统的类添加属性的时候，可以使用runtime动态添加属性的方法
• 代码示例：给NSObject分类添加一个属性用来保存字符串

NSObject+Extension.h

@interface NSObject (Extension)
@property NSString *name;
@end

NSObject+Extension.m

@implementation NSObject (Extension)
- (void)setName:(NSString *)name
{
    //参数一：给谁添加属性
    //参数二：属性名称
    //参数三：属性值
    //参数四：保存策略
    objc_setAssociatedObject(self, @"name", name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (NSString *)name
{
    return objc_getAssociatedObject(self, @"name");
}
@end

ViewController.m

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
    objc.name = @"123";
    NSLog(@"%@", objc.name);
}

（五）字典转模型

• 字典转模型有两种方法，可以用KVC，也可以用runtime
• 新建项目，导入plist文件，加载plist文件，创建模型类，在模型类中添加plist文件中所有key对应的属性，并创建一个类方法，用来进行字典转模型

1. 利用KVC进行字典转模型

+ (instancetype)itemWithDictionary:(NSDictionary *)dict
{
    StatusItem *item = [[StatusItem alloc] init];
    //KVC:把字典中所有值给模型的属性赋值
    [item setValuesForKeysWithDictionary:dict];
    return item;
}

• setValuesForKeysWithDictionary方法内部会遍历字典中所有key，然后去模型中查找有没有对应的属性，找到后进行赋值，相当于下面代码：

+ (instancetype)itemWithDictionary:(NSDictionary *)dict
{
    StatusItem *item = [[StatusItem alloc] init];
    //KVC:把字典中所有值给模型的属性赋值
//    [item setValuesForKeysWithDictionary:dict];
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull key, id  _Nonnull value, BOOL * _Nonnull stop) {
        [item setValue:value forKey:key];
    }];
    return item;
}

• [item setValue:value forKey:key];内部又做了什么？比如[item setValue:@"笑cry" forKey:@"text"];：

  • 首先去模型中查找有没有属性的setter方法，本例中也就是setText，如果有，直接调用赋值，[self setText:@"笑cry"];
  • 如果没有setter，就查找有没有text属性，如果有，直接访问属性赋值，text = @"笑cry";
  • 如果没有text属性，再查找有没有_text属性，如果有，直接访问属性赋值，_text = @"笑cry";
  • 如果都找不到，就会直接报错，setValue:forUndefinedKey:错误（比如随便把一个属性注释掉，运行时就会报错）

• 所以利用KVC进行字典转模型要求模型中的属性必须与字典中的key一一对应，但是很多时候，我们只会用到字典中的一部分值，不一定要全部取出来，当模型属性和字典中key不对应的时候，再利用KVC进行字典转模型就会报错了。如果不让系统报错，可以重写报错的方法

- (void)setValue:(id)value forUndefinedKey:(NSString *)key
{
}

• 利用KVC进行字典转模型的另一个弊端是，字典中包含字典，都需要转模型时，就会比较麻烦

2. 利用runtime进行字典转模型(一级转换)

• KVC进行字典转模型的时候，是根据字典中所有key去查找模型中的属性，所以要求模型中的属性与字典中的可以必须一一对应
• 而runtime是根据模型中的属性，去字典中取出对应的value给模型属性赋值，这样就是创建了哪些属性，就只取哪些属性的值

//字典转模型
+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict
{
    id objc = [[self alloc] init];
    //1.获取模型中的所有成员变量
    //参数一：获取哪个类的成员变量
    //参数二：成员变量个数
    //返回类型：Ivar *，是一个数组
    unsigned int count = 0;
    Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);
    //遍历所有成员变量
    for (int i = 0, i < count, i++) {
        //取出成员变量
        Ivar ivar = ivarList[i];
        //获取成员变量的名字
        NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
        //成员变量名字是带下划线的，要把下划线去掉才是正确的key
        NSString *key = [ivarName substringFromIndex:1];
        //2.根据key去字典中取出对应的value
        id value = dict[key];
        //3.用value给模型属性赋值
        if (value) {
            [objc setValue:value forKey:key];
        }
    }
    return objc;
}

为什么第一步是获取模型中的所有成员变量而不是属性？
利用runtime既可以获取类中的所有成员变量，也可以获取所有属性(class_copyPropertyList)。
如果类中存在成员变量：
{
int _age;
}
@property (nonatomic, strong) NSString *source;
这时候使用获取属性的方法class_copyPropertyList是拿不到_age的，只能拿到source属性。
如果使用获取成员变量方法的话，既能拿到_age，又能拿到_source，所以直接获取所有成员变量的方法更为稳妥。

2. 利用runtime进行字典转模型(二级转换)

• 针对字典中包含字典，也要转模型的情况，要对上面代码进行修改，取出的value可能是字典，如果是字典，再转一遍

//字典转模型
+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict
{
    id objc = [[self alloc] init];
    //1.获取模型中的所有成员变量
    //参数一：获取哪个类的成员变量
    //参数二：成员变量个数
    //返回类型：Ivar *，是一个数组
    unsigned int count = 0;
    Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);
    //遍历所有成员变量
    for (int i = 0, i < count, i++) {
        //取出成员变量
        Ivar ivar = ivarList[i];
        //获取成员变量的名字
        NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
        //获取成员变量的类型
        NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
        // @\"User\" -> User
        ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\"" withString:@""];
        ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@" withString:@""];
        //成员变量名字是带下划线的，要把下划线去掉才是正确的key
        NSString *key = [ivarName substringFromIndex:1];
        //2.根据key去字典中取出对应的value
        id value = dict[key];
        //二级转换：判断value是否是字典
        //并且是自定义对象才需要转换
        if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]] && ![ivarType hasPrefix:@"NS"]) {
            // 获取类
            Class modelClass = NSClassFromString(ivarType);
            value = [modelClass modelWithDict:value];
        }
        //3.用value给模型属性赋值
        if (value) {
            [objc setValue:value forKey:key];
        }
    }
    return objc;
}