iOS的Runtime剖析

runtime结合block实现国际化GIT地址:https://github.com/AlanZhangQ/runtime-block-Nationality.git

一. runtime简介

•  runtime简称运行时，OC就是运行时机制，也就是运行时候的一些机制，其中最主要的就是消息机制
•  编译时和运行时的区别：编译时就是正在编译的时候，其实编译时就是简单的作一些翻译工作，就是编译器帮你把源代码翻译成机器能识别的代码.(当然只是一般意义上这么说,实际上可能只是翻译成某个中间状态的语言.比如Java只有JVM识别的字节码,C#中只有CLR能识别的MSIL.另外还有啥链接器，汇编器.为了了便于理解我们可以统称为编译器)。运行时就是代码跑起来了，被装载到内存中去了，(你的代码保存在磁盘上没装入内存之前是个死家伙，只有跑到内存中才变成活的)。而运行时类型检查就与前面讲的编译时类型检查(或者静态类型检查)不一样，不是简单的扫描代码，而是在内存中做些操作，做些判断。（例子：NSString*string = [[NSData alloc] init];  编译时是NSString的类型; 运行时是NSData类型的对象）
• 对于C语言，函数的调用会在编译的时候决定调用哪个函数
• 对于OC的函数，属于动态调用过程，在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数，只有在真正运行的时候才会根据函数的名称找到对应的函数来调用。
• 事实证明：在编译的阶段，OC可以调用任何函数，即使这个函数并未实现，只要声明就不会报错，但在运行的时候会报错。但是在编译阶段，C语言调用未实现的函数就会报错。

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二.  runtime消息机制

• OC中任何方法调用本质：当发送一个消息，其实是用runtime发送消息
• 验证：方法调用，是否真的转换为消息机制
• clang -rewrite-objc main.m 查看最终生成代码
• 注意不能直接使用objc_msgSend()等类方法，如果想使用，需要查找build settings -> 找到Enable Strict Checking of objc_msgSend calls 设置为NO

原本main.m中的代码

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        id objc =  [NSObject alloc];

        objc = [objc init];
        
    }

clang -rewrite-objc main.m 生成的消息转发机制代码

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 

//（id：谁发送消息， SEL：发送什么消息）
        id objc = ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc"));



        objc = ((id (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc, sel_registerName("init"));
    }

    return 0;
}

根据以上代码对比可以得出， 原本main.m中的代码根据runtime的消息机制也可以写为: 

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {

       objc_msgSend(objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc"));

        
       objc_msgSend(objc, sel_registerName("init"));
        
    }
    
    return 0;
}

开发中会用到runtime消息机制的场景:

    1.装逼(一些为了炫技而使用runtime)

    2.当想要调用私有方法不得不用runtime消息机制(只有实现，没有声明).

对象方法: 存在于类对象的方法列表中

类方法: 存在于元类中的方法列表

怎么调用对象方法:

1. 通过isa指针去找到对应的类

2. 把方法名转化为方法编号(SEL)

3. 根据方法编号(SEL)去查找到IMP函数指针, 再根据函数指针找到对应方法

• 消息机制原理:对象根据方法编号SEL去映射表查找对应的方法实现

补充：内容5大区：1.栈 2.堆 3.静态区 4.常量区 5.方法区

    1.栈:不需要手动管理内存,自动管理

    2.堆,需要手动管理内存,自己去释放

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三.  runtime交换方法

• 开发使用场景:系统自带的方法功能不够，给系统自带的方法扩展一些功能，并且保持原有的功能。
• 方式一:继承系统的类，重写方法.
• 方式二:使用runtime,交换方法.

@implementation ViewController


- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    // 需求：给imageNamed方法提供功能，每次加载图片就判断下图片是否加载成功。
    // 步骤一：先搞个分类，定义一个能加载图片并且能打印的方法+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name;
    // 步骤二：交换imageNamed和imageWithName的实现，就能调用imageWithName，间接调用imageWithName的实现。
    UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"123"];

}

@end


@implementation UIImage (Image)
// 加载分类到内存的时候调用
+ (void)load
{
    // 交换方法

    // 获取imageWithName方法地址
    Method imageWithName = class_getClassMethod(self, @selector(imageWithName:));

    // 获取imageWithName方法地址
    Method imageName = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));

    // 交换方法地址，相当于交换实现方式
    method_exchangeImplementations(imageWithName, imageName);


}

// 不能在分类中重写系统方法imageNamed，因为会把系统的功能给覆盖掉，而且分类中不能调用super.

// 既能加载图片又能打印
+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name
{

    // 这里调用imageWithName，相当于调用imageName
    UIImage *image = [self imageWithName:name];

    if (image == nil) {
        NSLog(@"加载空的图片");
    }

    return image;
}


@end

• 交换原理：

交换之前：

•  

• 交换之后：

•  

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四.  runtime动态添加方法

• 开发使用场景：如果一个类方法非常多，加载类到内存的时候也比较耗费资源，需要给每个方法生成映射表，可以使用动态给某个类，添加方法解决。
• 经典面试题：有没有使用performSelector，其实主要想问你有没有动态添加过方法(也叫方法的懒加载)。
• 简单使用

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

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

    // 默认person，没有实现eat方法，可以通过performSelector调用，但是会报错。
    // 动态添加方法就不会报错
    [p performSelector:@selector(eat)];
    [p performSelector:@selector(eat:) withObject:@"大包子"];

}


@end


@implementation Person
// void(*)()
// 默认方法都有两个隐式参数，
//C语言的方法
void eat(id self,SEL sel)
{
    NSLog(@"%@ %@",self,NSStringFromSelector(sel));
}

void eat1(id self,SEL sel,id obj)
{
    NSLog(@"%@ %@ %@",self,NSStringFromSelector(sel), obj);
}

// 当一个对象调用未实现的方法，会调用这个方法处理,并且会把对应的SEL指针(保存了方法编号)传过来.
// 刚好可以用来判断，未实现的方法是不是我们想要动态添加的方法
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{

    if (sel == @selector(eat)) {
        // 动态添加eat方法

        // 第一个参数：给哪个类添加方法
        // 第二个参数：添加方法的方法编号
        // 第三个参数：添加方法的函数实现（函数地址）
        // 第四个参数：函数的类型，(返回值+参数类型) v:void @:对象->self :表示SEL->_cmd
        class_addMethod(self, @selector(eat), eat, "v@:");

    } else if (sel == @selector(eat:)) {
       
        class_addMethod(self, @selector(eat:), eat1, "v@:@");

    }

    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end

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五.  runtime给分类添加属性

• 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类存空间。

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

    // 给系统NSObject类动态添加属性name

    NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
    objc.name = @"Alan";
    NSLog(@"%@",objc.name);

}


@end


// 定义关联的key
static const char *key = "name";

@implementation NSObject (Property)

- (NSString *)name
{
    // 根据关联的key，获取关联的值。
    return objc_getAssociatedObject(self, key);
}

- (void)setName:(NSString *)name
{
    // 第一个参数：给哪个对象添加关联
    // 第二个参数：关联的key，通过这个key获取
    // 第三个参数：关联的value
    // 第四个参数:关联的策略
    objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

@end

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六.  runtime实现字典转模型

• 设计模型：字典转模型的第一步
  • 模型属性，通常需要跟字典中的key一一对应
  • 问题：一个一个的生成模型属性，很慢？
  • 需求：能不能自动根据一个字典，生成对应的属性。
  • 解决：提供一个分类，专门根据字典生成对应的属性字符串。

    @implementation NSObject (Log)


// 自动打印属性字符串
+ (void)resolveDict:(NSDictionary *)dict{

    // 拼接属性字符串代码
    NSMutableString *strM = [NSMutableString string];

    // 1.遍历字典，把字典中的所有key取出来，生成对应的属性代码
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull key, id  _Nonnull obj, BOOL * _Nonnull stop) {

        // 类型经常变，抽出来
         NSString *type;

        if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSCFString")]) {
            type = @"NSString";
        }else if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSCFArray")]){
            type = @"NSArray";
        }else if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSCFNumber")]){
            type = @"int";
        }else if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSCFDictionary")]){
            type = @"NSDictionary";
        }


        // 属性字符串
        NSString *str;
        if ([type containsString:@"NS"]) {
            str = [NSString stringWithFormat:@"@property (nonatomic, strong) %@ *%@;",type,key];
        }else{
            str = [NSString stringWithFormat:@"@property (nonatomic, assign) %@ %@;",type,key];
        }

        // 每生成属性字符串，就自动换行。
        [strM appendFormat:@"\n%@\n",str];

    }];

    // 把拼接好的字符串打印出来，就好了。
    NSLog(@"%@",strM);

}


@end

KVC底层原理: 当调用setValue: forKey方法时经历的底层方法(例: [self setValue:@"Alan" forKey:@"name"])

1. 首先去模型中查找有没有setName方法，找到就直接调用赋值，若没找到

2. 去模型中查找有没有name属性，有的话直接访问属性赋值，若没有

3. 去模型中查找有没有_name成员变量，有就直接访问成员变量赋值，若没有

4.找不到，会报错（如果重写setValue: forUndefinedKey:方法，则不会报错，返回空）

• 字典转模型的方式一：KVC

@implementation Status


+ (instancetype)statusWithDict:(NSDictionary *)dict
{
    Status *status = [[self alloc] init];

    [status setValuesForKeysWithDictionary:dict];

    return status;

}

@end

• KVC字典转模型弊端：必须保证，模型中的属性和字典中的key一一对应。
  • 如果不一致，就会调用[<Status 0x7fa74b545d60> setValue:forUndefinedKey:] 报key找不到的错。
  • 分析:模型中的属性和字典的key不一一对应，系统就会调用setValue:forUndefinedKey:报错。
  • 解决:重写对象的setValue:forUndefinedKey:,把系统的方法覆盖， 就能继续使用KVC，字典转模型了。

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

}

• 字典转模型的方式二：Runtime
  • 思路：利用运行时，遍历模型中所有属性，根据模型的属性名，去字典中查找key，取出对应的值，给模型的属性赋值。
  • 步骤：提供一个NSObject分类，专门字典转模型，以后所有模型都可以通过这个分类转。

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

    // 解析Plist文件
    NSString *filePath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"status.plist" ofType:nil];

    NSDictionary *statusDict = [NSDictionary dictionaryWithContentsOfFile:filePath];

    // 获取字典数组
    NSArray *dictArr = statusDict[@"statuses"];

    // 自动生成模型的属性字符串
//    [NSObject resolveDict:dictArr[0][@"user"]];


    _statuses = [NSMutableArray array];

    // 遍历字典数组
    for (NSDictionary *dict in dictArr) {

        Status *status = [Status modelWithDict:dict];

        [_statuses addObject:status];

    }

    // 测试数据
    NSLog(@"%@ %@",_statuses,[_statuses[0] user]);


}

@end

@implementation NSObject (Model)

+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict
{
    // 思路：遍历模型中所有属性-》使用运行时

    // 0.创建对应的对象
    id objc = [[self alloc] init];

    // 1.利用runtime给对象中的成员属性赋值

    // class_copyIvarList:获取类中的所有成员属性
    // Ivar：成员属性的意思
    // 第一个参数：表示获取哪个类中的成员属性
    // 第二个参数：表示这个类有多少成员属性，传入一个Int变量地址，会自动给这个变量赋值
    // 返回值Ivar *：指的是一个ivar数组，会把所有成员属性放在一个数组中，通过返回的数组就能全部获取到。
    /* 类似下面这种写法

     Ivar ivar;
     Ivar ivar1;
     Ivar ivar2;
     // 定义一个ivar的数组a
     Ivar a[] = {ivar,ivar1,ivar2};

     // 用一个Ivar *指针指向数组第一个元素
     Ivar *ivarList = a;

     // 根据指针访问数组第一个元素
     ivarList[0];

     */
    unsigned int count;

    // 获取类中的所有成员属性
    Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);

    for (int i = 0; i < count; i++) {
        // 根据角标，从数组取出对应的成员属性
        Ivar ivar = ivarList[i];

        // 获取成员属性名
        NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];

        // 处理成员属性名->字典中的key
        // 从第一个角标开始截取
        NSString *key = [name substringFromIndex:1];

        // 根据成员属性名去字典中查找对应的value
        id value = dict[key];

        // 二级转换:如果字典中还有字典，也需要把对应的字典转换成模型
        // 判断下value是否是字典
        if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]]) {
            // 字典转模型
            // 获取模型的类对象，调用modelWithDict
            // 模型的类名已知，就是成员属性的类型

            // 获取成员属性类型
           NSString *type = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
          // 生成的是这种@"@\"User\"" 类型 -》 @"User"  在OC字符串中 \" -> "，\是转义的意思，不占用字符
            // 裁剪类型字符串
            NSRange range = [type rangeOfString:@"\""];

           type = [type substringFromIndex:range.location + range.length];

            range = [type rangeOfString:@"\""];

            // 裁剪到哪个角标，不包括当前角标
          type = [type substringToIndex:range.location];


            // 根据字符串类名生成类对象
            Class modelClass = NSClassFromString(type);


            if (modelClass) { // 有对应的模型才需要转

                // 把字典转模型
                value  =  [modelClass modelWithDict:value];
            }


        }

        // 三级转换：NSArray中也是字典，把数组中的字典转换成模型.
        // 判断值是否是数组
        if ([value isKindOfClass:[NSArray class]]) {
            // 判断对应类有没有实现字典数组转模型数组的协议
            if ([self respondsToSelector:@selector(arrayContainModelClass)]) {

                // 转换成id类型，就能调用任何对象的方法
                id idSelf = self;

                // 获取数组中字典对应的模型
                NSString *type =  [idSelf arrayContainModelClass][key];

                // 生成模型
               Class classModel = NSClassFromString(type);
                NSMutableArray *arrM = [NSMutableArray array];
                // 遍历字典数组，生成模型数组
                for (NSDictionary *dict in value) {
                    // 字典转模型
                  id model =  [classModel modelWithDict:dict];
                    [arrM addObject:model];
                }

                // 把模型数组赋值给value
                value = arrM;

            }
        }


        if (value) { // 有值，才需要给模型的属性赋值
            // 利用KVC给模型中的属性赋值
            [objc setValue:value forKey:key];
        }

    }

    return objc;
}

+ (NSDictionary *)arrayContainModelClass
{
    return @{@"pic_urls" : @"Picture"};
}


@end

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七.  runtime实现快速归解档

在开发中 , 通常会运用到一些全局的单例 , 保存用户的基本信息或者一些基本状态 . 这个时候可能会运用到单例来保存信息 , 保证全局获取到的都是最新的相同的信息. 并且,一般全局单例的属性较多 , 比如包括了用户的姓名,手机号,性别,城市,年龄等等众多信息.如果对该单例的各项属性进行归档, 那么得让此单例遵循协议,并实现 - (id)initWithCoder:(NSCoder *)decoder 和 - (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)encoder 方法.

首先 , 定义一个单例对象

+ (instancetype)shareInstance
{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{

        account = [[JYAccount alloc]init];
    });
    return account;
}

假如该单例有如下属性

@property (nonatomic, strong) NSNumber *sex;                 //性别
@property (nonatomic, strong) NSNumber *registerTime;        //注册时间
@property (nonatomic , copy) NSString *level;
@property (nonatomic , copy) NSString *mobile;               //手机号
@property (nonatomic , copy) NSString *nickName;             //昵称
@property (nonatomic , copy) NSString *portrait;             //头像图片路径
@property (nonatomic , copy) NSString *status;
@property (nonatomic , copy) NSString *tokenId;              //唯一标识
@property (nonatomic , copy) NSString *userName;             //用户名

归档

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)encoder

此方法通俗一点讲 , 就是告诉系统该如何存属性 , 如果用通常的方法做 , 实现 - (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)encoder方法如下

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)encoder
{
    [encoder encodeObject:self.name forKey:@"sex"];
    [encoder encodeObject:self.password forKey:@"registerTime"];
    [encoder encodeObject:self.photo forKey:@"level"];
    [encoder encodeObject:self.roleId forKey:@"mobile"];
    [encoder encodeObject:self.sex forKey:@"nickName"];
    [encoder encodeObject:self.tokenid forKey:@"portrait"];
    [encoder encodeObject:self.userId forKey:@"status"];
    [encoder encodeObject:self.phoneNum forKey:@"tokenId"];
    [encoder encodeObject:self.phoneNum forKey:@"userName"];
}

如果用runtime快速归档

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)encoder
{
    unsigned int count;
    Ivar *ivar = class_copyIvarList([JYAccount class], &count); //获取属性列表
    for (NSInteger index = 0; index <count; index++) { //遍历属性列表获取每个属性 , 并从中取值
        Ivar iv = ivar[index];
        const char *name = ivar_getName(iv);
        NSString *strName = [NSString stringWithUTF8String:name];

        id value = [self valueForKey:strName];
        [encoder encodeObject:value forKey:strName];
    }
    free(ivar); //释放
}

解档

- (id)initWithCoder:(NSCoder *)decoder

此方法通俗一点讲 , 就是告诉系统该如何读取属性 , 如果用通常的方法做 , 实现- (id)initWithCoder:(NSCoder *)decoder方法如下：

 - (id)initWithCoder:(NSCoder *)decoder
{
    if (self = [super init]) {
        self.name = [decoder decodeObjectForKey:@"sex"];
        self.password = [decoder decodeObjectForKey:@"registerTime"];
        self.photo = [decoder decodeObjectForKey:@"level"];
        self.roleId = [decoder decodeObjectForKey:@"mobile"];
        self.sex = [decoder decodeObjectForKey:@"nickName"];
        self.tokenid = [decoder decodeObjectForKey:@"portrait"];
        self.userId = [decoder decodeObjectForKey:@"status"];
        self.phoneNum = [decoder decodeObjectForKey:@"tokenId"];
        self.phoneNum = [decoder decodeObjectForKey:@"userName"];
    }
    return self;
}

如果用tuntime快速解档

- (id)initWithCoder:(NSCoder *)decoder
{
    if (self = [super init]) {
        unsigned int count = 0;
        //获取类中所有成员变量名
        Ivar *ivar = class_copyIvarList([JYAccount class], &count);  //获取属性列表
        for (NSInteger index = 0; index<count; index++) {  //获取每个属性,并对其赋值
            Ivar iva = ivar[index];
            const char *name = ivar_getName(iva);
            NSString *strName = [NSString stringWithUTF8String:name];
            id value = [decoder decodeObjectForKey:strName];
            [self setValue:value forKey:strName];
        }
        free(ivar); //释放
    }
    return self;
}

当你的单例中,有上十个属性,甚至几十个属性时 , 灵活运用runtime进行归档 , 能为你省下不少的代码 ,看着也不至于很Low …