iOS之Runtime原理解读
来源:互联网 发布:金十数据如何看原油 编辑:程序博客网 时间:2024/06/10 08:44
Runtime简介
做过Android开发的同学都知道,早期的Android系统采用的是Dalvik机制,应用每次运行的时候,字节码都需要通过即时编译器转换为机器码,大大的降低了app的运行效率。在Android 5.0系统之后,系统采用了ART机制,应用在第一次安装的时候,字节码就会预先编译成机器码,以后每次运行速度大大的提高了。
OC是一门动态语言,所以它总是想办法把一些决定工作从编译推迟到运行时,也就是说在iOS的编译系统里,光有编译器是不够的,还需要一个运行时系统 (runtime system) 来执行编译后的工作。
iOS系统采用的就是Runtime机制。对于C语言,函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数。对于OC函数来说,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。
基本结构
要谈Runtime机制,必然要先了解OC的对象以及类的结构。首先我们看一下和Runtime相关的头文件。
和运行时相关的头文件,其中主要使用的函数定义在message.h和runtime.h这两个文件中。在message.h中主要包含了一些向对象发送消息的函数,这是OC对象方法调用的底层实现。使用时只需要导入头文件即可。
#import <objc/message.h>#import <objc/runtime.h>
runtime.h是运行时最重要的文件,其中包含了对运行时进行操作的方法。 主要包括:
操作对象的类型的定义
/// An opaque type that represents a method in a class definition. 一个类型,代表着类定义中的一个方法typedef struct objc_method *Method;/// An opaque type that represents an instance variable.代表实例(对象)的变量typedef struct objc_ivar *Ivar;/// An opaque type that represents a category.代表一个分类typedef struct objc_category *Category;/// An opaque type that represents an Objective-C declared property.代表OC声明的属性typedef struct objc_property *objc_property_t;// Class代表一个类,它在objc.h中这样定义的 typedef struct objc_class *Class;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;
这些类型的定义,对一个类进行了完全的分解,将类定义或者对象的每一个部分都抽象为一个类型type,对操作一个类属性和方法非常方便。OBJC2_UNAVAILABLE标记的属性是Ojective-C 2.0不支持的,但实际上可以用响应的函数获取这些属性。
对于上面的源码,有几个字段需要说明:
isa:这里的isa指针同样是一个指向objc_class的指针,表明该Class的类型,这里的isa指针指向的就是我们常说的meta-class了。不难看出,类本身也是一个对象。
super_class:这个指针就是指向该class的super class,即指向父类,如果该类已经是最顶层的根类(如NSObject或NSProxy),则super_class为NULL。
cache:用于缓存最近使用的方法。一个接收者对象接收到一个消息时,它会根据isa指针去查找能够响应这个消息的对象。在实际使用中,这个对象只有一部分方法是常用的,很多方法其实很少用或者根本用不上。这种情况下,如果每次消息来时,我们都是methodLists中遍历一遍,性能势必很差。这时,cache就派上用场了。在我们每次调用过一个方法后,这个方法就会被缓存到cache列表中,下次调用的时候runtime就会优先去cache中查找,如果cache没有,才去methodLists中查找方法。这样,对于那些经常用到的方法的调用,但提高了调用的效率。
version:我们可以使用这个字段来提供类的版本信息。这对于对象的序列化非常有用,它可是让我们识别出不同类定义版本中实例变量布局的改变。
objc_method_list: 方法链表中存放的是该类的成员方法(-方法),类方法(+方法)存在meta-class的objc_method_list链表中。
通过图来描述相应的继承关系如下:
说明:
所有metaclass中isa指针都指向跟metaclass,而跟metaclass则指向自身。
Root metaclass是通过继承Root class产生的,与root class结构体成员一致,也就是前面提到的结构。
不同的是Root metaclass的isa指针指向自身。
root class的super class 指向的是nil。
函数的定义
函数的定义规则如下:
- 对对象进行操作的方法一般以object_开头
- 对类进行操作的方法一般以class_开头
- 对类或对象的方法进行操作的方法一般以method_开头
- 对成员变量进行操作的方法一般以ivar_开头
- 对属性进行操作的方法一般以property_开头开头
- 对协议进行操作的方法一般以protocol_开头
例如:使用runtime对当前的应用中加载的类进行打印操作。
- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event { unsigned int count = 0; Class *classes = objc_copyClassList(&count); for (int i = 0; i < count; i++) { const char *cname = class_getName(classes[i]); printf("%s\n", cname); }}
Runtime应用
那么Runtime在我们实际开发中会起到说明作用呢?主要有以下几点:
1. 动态的添加对象的成员变量和方法,修改属性值和方法
2. 动态交换两个方法的实现
3. 实现分类也可以添加属性
4. 实现NSCoding的自动归档和解档
5. 实现字典转模型的自动转换
6. 动态创建一个类(比如KVO的底层实现)
OC的方法调用在Runtime
1.OC代码调用方法
Receiver *receiver = [[Receiver alloc] init]; [receiver message];
2.在编译时RunTime会将上述代码转化成[发送消息]
objc_msgSend(receiver,@selector(message));
下面我们通过一个简单的例子来讲解Runtime的常见应用。
创建Student类
#import <Foundation/Foundation.h>#import <UIKit/UIKit.h>@interface Student : NSObject@property(nonatomic,copy)NSString *name;- (void)eat;- (void)sleep;@end
Student.m文件
#import "Student.h"@implementation Student- (void)eat{ NSLog(@"%@吃饭了",self.name);}- (void)sleep{ NSLog(@"%@睡觉了",self.name);}@end
1. 动态变量控制
- (void)changeVariable { Student *student = [Student new]; student.name = @"库克"; NSLog(@"%@",student.name); unsigned int count; Ivar *ivar = class_copyIvarList([student class], &count); for (int i = 0; i< count; i++) { Ivar var = ivar[i]; const char *varName = ivar_getName(var); NSString *name = [NSString stringWithCString:varName encoding:NSUTF8StringEncoding]; if ([name isEqualToString:@"_name"]) { object_setIvar(student, var, @"Steve Jobs"); break; } } NSLog(@"%@",student.name); }
输出结果:
2017-05-22 11:06:00.153 Day2017-05-22[9296:1003059] 库克2017-05-22 11:06:03.155 Day2017-05-22[9296:1003059] Steve Jobs
2.动态添加方法
void happyNewYear(id self, SEL _cmd){ NSLog(@"你好库克");}
注意:
1.void的前面没有+、-号,因为只是C的代码。
2.必须有两个指定参数(id self,SEL _cmd)
- (void)addMethod{ Student *student = [Student new]; student.name = @"库克"; class_addMethod([student class], @selector(join), (IMP)happyNewYear, "v@:"); [student performSelector:@selector(join)];}
输出结果:
2017-05-22 11:10:06.379 Day2017-05-22[9296:1003059] 你好库克
3. 动态为Category扩展加属性
XCode运行你在Category的.h文件申明@Property,编译通过,但运行时如果没有Runtime处理,进行赋值取值,就马上报错。
首先添加分类Student+Category
头文件:
#import "Student.h"@interface Student (Category)@property(nonatomic,copy)NSString *firstName;@end
.m文件:
#import "Student+Category.h"#import <objc/runtime.h>@implementation Student (Category)const char name;- (void)setFirstName:(NSString *)firstName { objc_setAssociatedObject(self, &name, firstName, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);}-(NSString *)firstName { return objc_getAssociatedObject(self, &name);}@end
调用:
- (void)addExtentionProperty{ Student *student = [Student new]; student.firstName = @"Steve"; NSLog(@"添加属性firstName结果:%@ ",student.firstName);}
4.动态交换方法实现
- (void)exchangeMethod{ Student *student = [Student new]; student.name = @"库克"; [student eat]; [student sleep]; NSLog(@"----------交换方法实现-----------"); Method m1 = class_getInstanceMethod([student class], @selector(eat)); Method m2 = class_getInstanceMethod([student class], @selector(sleep)); method_exchangeImplementations(m1, m2); [student eat]; [student sleep];}
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