C本身是一个静态语言,数据类型和代码运行的结果都是在编译的时候确定的。而Objective-C的runtime机制赋予了C一个新的活力,即运行时机制。这也就是说,OC代码或者C代码在编译过后的机器码并不能得出运行结果。而这个结果需要在运行的时候才能获得,这样就给了我们一个新的操纵代码的空间,也就是运行时。在OC中,运行时是一段提前写完的一个模块的代码。可以这么说,OC的运行时就是这段代码赋予的。
前几篇文章中,我提到了objc_msgSend的流程,是为了让大家对runtime的过程有一个大致的了解。但是,对于大部分人来说,比起原理,更关注的是怎么用。所以本章的内容就是我在runtime小序曲,从运行时多态看这股神秘力量中提到的runtime的除了objc_msgSend的另外两种应用:NSObject的方法和runtime的函数。
学习进度:
runtime小序曲,从运行时多态看这股神秘力量
runtime进行曲,objc_msgSend的前世今生(一)
runtime进行曲,objc_msgSend的前世今生(二)
runtime变奏曲,那些藏在runtime中的接口(一)
runtime变奏曲,那些藏在runtime中的接口(二)
一、NSObject的方法
前几天,和群里的一位骚年讨论了runtime的问题。他的看法是,runtime并没有什么用,不用runtime照样可以开发。其实,前半句并没有什么毛病,runtime确实没有什么用,因为大部分开发工作基本用不着(其实我们公司用的蛮多的)。问题出在第二句,不用runtime就可以开发。OC作为一种高级语言,能让你方便的使用它的一些接口。比如:
- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector;
这个方法大家应该经常使用,尤其是在使用delegate的场合,基本是必用的。那么,我们从逻辑上看这个方法。从runtime小序曲,从运行时多态看这股神秘力量中我就说过,OC没法在编译时刻确定一个对象的类型。而这个方法是判断一个继承自NSObject的class有没有实现一个SEL。很明显,编译时刻做不了这件事,它是在运行时刻做的。所以,不用runtime就可以开发是错误的。其实,这种事情并不罕见,大部分人不想学习runtime的原因也是如此。
runtime是C和汇编写的,看不懂。
runtime开发用不着。
换个方式再说一下,runtime赋予C面向对象的能力,所以有了OC。那么说实话,只要你用到class,其实都是和runtime相关的,怎么可能避开。好像跑题了,现在我们回来。其实,和respondsToSelector:类似的OC方法还有很多,下述我会整理一些常用的。
// 在usr/include中的objc/runtime.h可以查看 // 获取对象对应的class - (Class)class; // 判断一个对象或者类是不是某个class或者这个class的派生类 - (BOOL)isKindOfClass:(Class)aClass; // 判断一个对象或者类是不是某个class - (BOOL)isMemberOfClass:(Class)aClass; // 判断一个对象或者类对应的objc_class里面是否实现了某个协议 - (BOOL)conformsToProtocol:(Protocol *)aProtocol; // 判断一个对象或者类对应的objc_class里面有没有某个方法 - (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector;
二、runtime中的数据结构
一中举出了一些OC的runtime方法,很易懂,因为OC就是我们的开发语言,下面我会一个个解读runtime中的C语言的接口。因为C中没有class的概念,只有struct,所以在介绍C语言接口之前,这里我将挨个介绍在runtime中使用到的常见结构体。
1、objc_class
类结构体,对应class。前几篇文章提到最多的一个结构。
objc_class
struct objc_class { // 指向元类的的指针,如果本身是元类,则指向rootMeta Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; #if !__OBJC2__ // 指向父类 Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE; // 类名 const char *name OBJC2_UNAVAILABLE; // 版本号,可以用runtime方法set,get long version OBJC2_UNAVAILABLE; long info OBJC2_UNAVAILABLE; long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE; // 成员变量列表,存储成员变量 struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法列表 struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法cache,msgSend遍历继承链的时候需要辅助使用 struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE; // 协议列表 struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE; #endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
OBJC2_UNAVAILABLE宏定义是苹果在 Objc 中对系统运行版本进行约束的操作,为的是兼容非Objective-C 2.0的遗留逻辑,但我们仍能从中获得一些有价值的信息,有兴趣的可以查看源代码,见底部文献。
2、与objc_class直接相关
这里面举出了存储于上述objc_class结构体之中的一些相关结构体。
objc_method
// 存在objc_method_list里面 struct objc_method { // 方法名 SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 参数,返回值编码 char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法地址指针 IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE; }
objc_method_description
// 方法描述 struct objc_method_description { // 方法名 SEL name; // 参数,返回值编码 char *types; };
objc_protocol_list
struct objc_protocol_list { // 指向下一个objc_protocol_list的指针 struct objc_protocol_list *next; long count; // 协议结构 Protocol *list[1]; };
objc_ivar
struct objc_ivar { // 成员变量名 char *ivar_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 成员变量的类型,比如@"NSString" 代表NSString char *ivar_type OBJC2_UNAVAILABLE; int ivar_offset OBJC2_UNAVAILABLE; #ifdef __LP64__ int space OBJC2_UNAVAILABLE; #endif }
3、与分类相关
分类是不会在编译时刻绑定到对应的类里的,只能在运行时动态绑定。所以这里把它拿出来。
objc_category
struct objc_category { // 分类名称 char *category_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 绑定的类名 char *class_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 分类中的实例方法 struct objc_method_list *instance_methods OBJC2_UNAVAILABLE; // 分类中的类方法 struct objc_method_list *class_methods OBJC2_UNAVAILABLE; // 分类实现的协议 struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE; }
分类和类扩展区别:
extension看起来很像一个匿名的category,但是extension和有名字的category几乎完全是两个东西。 extension在编译期决议,它就是类的一部分,在编译期和头文件里的@interface以及实现文件里的@implement一起形成一个完整的类,它伴随类的产生而产生,亦随之一起消亡。但是category则完全不一样,它是在运行期决议的。如想学习更多category相关底层,参见:http://tech.meituan.com/DiveIntoCategory.html。
4、属性相关
这里为什么把属性拿出来呢?因为上述的兼容OC1.0的objc_class里面没有property。看了runtime的源码之后,发现property有一个具体的存储地点,也在objc_class(实质是继承了objc_object)中,至于上述objc_class没有,只是因为apple不想让我们看见。如想了解更多,参考:runtime源码的objc-runtime-new.mm和objc-private.h。
objc_property_t
// 属性对应的结构体objc_property,至于具体结构,一般看不着 typedef struct objc_property *objc_property_t; // 在objc-runtime-old.h中的结构体作为参考吧 struct old_property { // 属性名 const char *name; // objc_property_attribute_t的char*表示 const char *attributes; };
objc_property_attribute_t
// 这是用来修饰表示属性的一些修饰词,比如nonatomic、copy等等 typedef struct { const char *name; const char *value; } objc_property_attribute_t;
objc_property_attribute_t具体参考:https://developer.apple.com/library/content/documentation/Cocoa/Conceptual/ObjCRuntimeGuide/Articles/ocrtPropertyIntrospection.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008048-CH101-SW1。
三、runtime的函数
到这也就到了正菜了。本章我会把runtime库中public部分所有和class相关的api都调用一遍,解释一遍。至于ivar相关、method相关、protocol相关、property相关和具体应用,且待下回分解。
前提
// 为获取class的protocol准备 @protocol AProtocol - (void)aProtocolMethod; @end // 为获取class的相关信息 @interface A : NSObject { NSString *strA; } @property (nonatomic, assign) NSUInteger uintA; @end @implementation A @end // 为为class添加方法准备 void aNewMethod() { NSLog(@"aNewMethod"); } void aReplaceMethod() { NSLog(@"aReplaceMethod"); }
class相关使用场景1(class一些基础信息获取):
// 代码 // 获取类名 const char *a = class_getName([A class]); NSLog(@"%s", a); // a // 获取父类 Class aSuper = class_getSuperclass([A class]); NSLog(@"%s", class_getName(aSuper)); // b // 判断是否是元类 BOOL aIfMeta = class_isMetaClass([A class]); BOOL aMetaIfMeta = class_isMetaClass(objc_getMetaClass("A")); NSLog(@"%i %i", aIfMeta, aMetaIfMeta); // c // 类大小 size_t aSize = class_getInstanceSize([A class]); NSLog(@"%zu", aSize); // d // 获取和设置类版本号 class_setVersion([A class], 1); NSLog(@"%d", class_getVersion([A class])); // e // 获取工程中所有的class,包括系统class unsigned int count3; int classNum = objc_getClassList(NULL, count3); NSLog(@"%d", classNum); // f // 获取工程中所有的class的数量 objc_copyClassList(&count3); NSLog(@"%d", classNum); // g Class aClass; // 获取name为"A"的class aClass = objc_getClass("A"); NSLog(@"%s", class_getName(aClass)); // h // 获取name为"A"的class,比getClass少了一次检查 aClass = objc_lookUpClass("A"); NSLog(@"%s", class_getName(aClass)); // i // 获取name为"A"的class,找不到会crash aClass = objc_getRequiredClass("A"); NSLog(@"%s", class_getName(aClass)); // j // 获取name为"A"的class元类 Class aMetaClass = objc_getMetaClass("A"); NSLog(@"%d", class_isMetaClass(aMetaClass)); // k // 输出 2017-01-21 12:15:55.909 block[2493:1919841] A // a 2017-01-21 12:15:55.912 block[2493:1919841] NSObject // b 2017-01-21 12:15:55.913 block[2493:1919841] 0 1 // c 2017-01-21 12:15:55.913 block[2493:1919841] 24 // d 2017-01-21 12:15:55.914 block[2493:1919841] 1 // e 2017-01-21 12:44:32.401 block[5103:1948802] 4733 // f 2017-01-21 12:44:32.402 block[5103:1948802] 4733 // g 2017-01-21 12:44:32.402 block[5103:1948802] A // h 2017-01-21 12:44:32.403 block[5103:1948802] A // i 2017-01-21 12:44:32.403 block[5103:1948802] A // j 2017-01-21 12:44:32.403 block[5103:1948802] 1 // k
class相关使用场景2(class中的ivar和property)
// 代码 // 获取类实例成员变量,只能取到本类的,父类的访问不到 Ivar aInstanceIvar = class_getInstanceVariable([A class], "strA"); NSLog(@"%s", ivar_getName(aInstanceIvar)); // a // 获取类成员变量,相当于class_getInstanceVariable(cls->isa, name),感觉除非给metaClass添加成员,否则不会获取到东西 Ivar aClassIvar = class_getClassVariable([A class], "strA"); NSLog(@"%s", ivar_getName(aClassIvar)); // b // 往A类添加成员变量不会成功的。因为class_addIvar不能给现有的类添加成员变量,也不能给metaClass添加成员变量,那怎么添加,且往后看 if (class_addIvar([A class], "intA", sizeof(int), log2(sizeof(int)), @encode(int))) { NSLog(@"绑定成员变量成功"); // c } // 获取类中的ivar列表,count为ivar总数 unsigned int count; Ivar *ivars = class_copyIvarList([A class], &count); NSLog(@"%i", count); // d // 获取某个名为"uIntA"的属性 objc_property_t aPro = class_getProperty([A class], "uintA"); NSLog(@"%s", property_getName(aPro)); // e // 获取类的全部属性 class_copyPropertyList([A class], &count); NSLog(@"%i", count); // f // 创建objc_property_attribute_t,然后动态添加属性 objc_property_attribute_t type = { "T", [[NSString stringWithFormat:@"@/"%@/"",NSStringFromClass([NSString class])] UTF8String] }; //type objc_property_attribute_t ownership0 = { "C", "" }; // C = copy objc_property_attribute_t ownership = { "N", "" }; //N = nonatomic objc_property_attribute_t backingivar = { "V", [[NSString stringWithFormat:@"_%@", @"aNewProperty"] UTF8String] }; //variable name objc_property_attribute_t attrs[] = { type, ownership0, ownership, backingivar }; if(class_addProperty([A class], "aNewProperty", attrs, 4)) { // 只会增加属性,不会自动生成set,get方法 NSLog(@"绑定属性成功"); // g } // 创建objc_property_attribute_t,然后替换属性 objc_property_attribute_t typeNew = { "T", [[NSString stringWithFormat:@"@/"%@/"",NSStringFromClass([NSString class])] UTF8String] }; //type objc_property_attribute_t ownership0New = { "C", "" }; // C = copy objc_property_attribute_t ownershipNew = { "N", "" }; //N = nonatomic objc_property_attribute_t backingivarNew = { "V", [[NSString stringWithFormat:@"_%@", @"uintA"] UTF8String] }; //variable name objc_property_attribute_t attrsNew[] = { typeNew, ownership0New, ownershipNew, backingivarNew }; class_replaceProperty([A class], "uintA", attrsNew, 4); // 这有个很大的坑。替换属性指的是替换objc_property_attribute_t,而不是替换name。如果替换的属性class里面不存在,则会动态添加这个属性 objc_property_t pro = class_getProperty([A class], "uintA"); NSLog(@"123456 %s", property_getAttributes(pro)); // h // class_getIvarLayout、class_setIvarLayout、class_getWeakIvarLayout、class_setWeakIvarLayout用来设定和获取成员变量的weak、strong。参见http://blog.sunnyxx.com/2015/09/13/class-ivar-layout/ // 输出 2017-01-21 12:44:32.377 block[5103:1948802] strA // a 2017-01-21 12:44:32.377 block[5103:1948802] (null) // b 2017-01-21 12:44:32.377 block[5103:1948802] 2 // d 2017-01-21 12:44:32.377 block[5103:1948802] uintA // e 2017-01-21 12:44:32.378 block[5103:1948802] 1 // f 2017-01-21 12:44:32.378 block[5103:1948802] 绑定属性成功 // g 2017-01-21 12:44:32.379 block[5103:1948802] 123456 T@"NSString",C,N,V_uintA // h
class相关使用场景3(class中的method)
// 代码 // 动态添加方法 class_addMethod([A class], @selector(aNewMethod), (IMP)aNewMethod, "v"); // 向元类动态添加类方法 class_addMethod(objc_getMetaClass("A"), @selector(aNewMethod), (IMP)aNewMethod, "v"); // 获取类实例方法 Method aMethod = class_getInstanceMethod([A class], @selector(aNewMethod)); // 获取元类中类方法 Method aClassMethod = class_getClassMethod([A class], @selector(aNewMethod)); NSLog(@"%s", method_getName(aMethod)); // a NSLog(@"%s", method_getName(aClassMethod)); // b // 获取类中的method列表 unsigned int count1; Method *method = class_copyMethodList([A class], &count1); // 多了一个方法,打印看出.cxx_destruct,只在arc下有,析构函数 NSLog(@"%i", count1); // c NSLog(@"%s", method_getName(method[2])); // d // 替换方法,其实是替换IMP class_replaceMethod([A class], @selector(aNewMethod), (IMP)aReplaceMethod, "v"); // 调用aNewMethod,其实是调用了aReplaceMethod [[A new] performSelector:@selector(aNewMethod)]; // aReplaceMethod会输出 e // 获取类中某个SEL的IMP IMP aNewMethodIMP = class_getMethodImplementation([A class], @selector(aNewMethod)); aNewMethodIMP(); // 会调用aReplaceMethod的输出 f // 获取类中某个SEL的IMP IMP aNewMethodIMP_stret = class_getMethodImplementation_stret([A class], @selector(aNewMethod)); aNewMethodIMP_stret(); // 会调用aReplaceMethod的输出 g // 判断A类中有没有一个SEL if(class_respondsToSelector([A class], @selector(aNewMethod))) { NSLog(@"存在这个方法"); // h } // 输出 2017-01-21 12:44:32.379 block[5103:1948802] aNewMethod // a 2017-01-21 12:44:32.379 block[5103:1948802] aNewMethod // b 2017-01-21 12:44:32.380 block[5103:1948802] 4 // c 2017-01-21 12:44:32.380 block[5103:1948802] setUintA: // d 2017-01-21 12:44:32.380 block[5103:1948802] aReplaceMethod // e 2017-01-21 12:44:32.381 block[5103:1948802] aReplaceMethod // f 2017-01-21 12:44:32.381 block[5103:1948802] aReplaceMethod // g 2017-01-21 12:44:32.381 block[5103:1948802] 存在这个方法 // h
class相关使用场景4(动态创建类)
// 代码 // 动态创建一个类和其元类 Class aNewClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], "aNewClass", 0); // 添加成员变量 if (class_addIvar(aNewClass, "intA", sizeof(int), log2(sizeof(int)), @encode(int))) { NSLog(@"绑定成员变量成功"); // a } // 注册这个类,之后才能用 objc_registerClassPair(aNewClass); // 销毁这个类和元类 objc_disposeClassPair(aNewClass); // 输出 2017-01-21 12:44:32.382 block[5103:1948802] 绑定成员变量成功 // a class相关使用场景5(class中的protocol) // 代码 // 添加protocol到class if(class_addProtocol([A class], @protocol(AProtocol))) { NSLog(@"绑定Protocol成功"); // a } // 查看类是不是遵循protocol if(class_conformsToProtocol([A class], @protocol(AProtocol))) { NSLog(@"A遵循AProtocol"); // b } // 获取类中的protocol unsigned int count2; Protocol *__unsafe_unretained *aProtocol = class_copyProtocolList([A class], &count2); NSLog(@"%s", protocol_getName(aProtocol[0])); // c // 输出 2017-01-21 12:44:32.381 block[5103:1948802] 绑定Protocol成功 // a 2017-01-21 12:44:32.381 block[5103:1948802] A遵循AProtocol // b 2017-01-21 12:44:32.382 block[5103:1948802] AProtocol // c
四、小结
本章介绍了runtime的一些OC方法和runtime的数据结构,另外把runtime库public部分中所有与class相关的C方法都介绍了。下一节,将继续介绍runtime库public部分中中的其他的api。(其实,我觉得runtime学习不要太关注应用,准确的说,每一个api都是一种应用)
五、文献
1、https://developer.apple.com/reference/objectivec/1657527-objective_c_runtime?language=objc
2、https://developer.apple.com/library/content/documentation/Cocoa/Conceptual/ObjCRuntimeGuide/Articles/ocrtPropertyIntrospection.html
3、http://blog.sunnyxx.com/2015/09/13/class-ivar-layout/
4、http://tech.meituan.com/DiveIntoCategory.html
5、https://github.com/opensource-apple/objc4