原文:http://blog.csdn.net/hello_hwc?viewmode=list
前言:之前一篇文章里,我详细的讲解了一些基本关键词以及基本概念,这里再简要列出来,以防有些同学看不懂。
- SEL 方法的名字,可以理解为字符串指针类型
- id 指向一个类的实例对象
- isa 每个类的示例对象都保存的指针,指向类对象
- Class 指向类对象
_cmd 每个OC方法都具有的参数
但是, 我仍然推荐先看一下前一篇文章
什么是Runtime?
Objective C语言把能在运行期做的事情就推迟到运行期再决定。这就意味着,Objective C不仅需要一个编译器,而且需要一个运行期环境。这个运行期环境就是Runtime。
Runtime是用C和汇编写的,并且它是开源的。所有的Apple开源代码都可以在http://www.opensource.apple.com上找到。
Objective C中的实例方法
在OC中,方法调用称为向对象发送消息,为什么这么叫呢?我们先看个例子
[receiver message]
那么,[receiver message]
编译后是什么呢?
编译后是这个样子的
objc_msgSend(receiver, selector)
我们看看这个方法的文档
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
参数
- self 消息的接收者
- op 消息的selector,一个C的字符串用来定位
- … 消息传入参数的数组
Runtime如何找到实例方法执行体?
上文提到了,一个OC方法被编译成objc_msgSend,那么,Runtime如何找到方法的执行体呢?
因为OC中存在一种对象叫做类对象(Class Object),类对象中保存了方法的列表,superClass等信息。
类对象的定义
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;
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可以看到这一行
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
那么,OC的实例对象又是如何找到类对象呢?从上文的第一部分,我们可以看到,objc_msgSend这个C函数输入参数包括,id类型的self,SEL类型的_cmd,以及参数列表。很直观,id类型中一定存在一个可以找到类对象的指针。我们来看看id定义
typedef struct objc_object *id;struct objc_object { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;}
现在很清楚了,实例对象通过isa找到类对象。
我们知道了
- OC的对象通过isa找到类对象
- 类对象查找自己存储的方法列表来找到对应的方法执行体
- 方法执行体执行具体的代码,并返回值给调用者。
那么,实际的方法执行体(Method)到底是什么东西?
看看Method的定义
struct objc_method { SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE; char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE; IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;}
Method保存了
- 方法的名字
- 方法的类型(参数列表)
- 方法的具体实现,由IMP指向
其中IMP的定义
typedef void (*IMP)(void /* id, SEL, ... */ ); typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);
我们来看一个例子,
定义一个
@interface CustomObject : NSObject-(NSString *)returnMeHelloWorld;@end@implementation CustomObject-(NSString *)returnMeHelloWorld{ return @"hello world";}@end
我们先只看调用这一行
NSString * helloWorld = [obj returnMeHelloWorld];
- 编译成如下id objc_msgSend(self,@selector(returnMeHelloWorld:));
- 在self中沿着isa找到CustomObject的类对象
- 类对象查找自己的方法list,找到对应的方法执行体Method
- 把参数传递给IMP实际指向的执行代码
- 代码执行返回结果给helloWorld
类方法又是如何处理的?
上文提到了,实例方法,那么类方法又是如何处理的呢?
由上文我们知道,实例对象由类对象创建,类对象保存了实例对象的方法列表。
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;
可以看到,这一行
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
这个isa指向的一个Class类型,就是保存了类方法的地方。这个Class类型的东西就是类元对象
类对象由类元对象(meta class)创建,类元对象保存了类对象的类方法,类名字等信息。
类元对象和类对象都是Class类型,只不过服务的对象不同罢了。
到这里,有同学可能要问了,类元对象由什么创建呢?
答案: NSObject类元对象
那么NSObject类元对象由什么创建呢?(就喜欢刨根问底)
答案: NSObject类元对象自身
我们来看一个例子,验证下这一些列的讲解,也加深一下印象
Class class = [CustomObject class]; Class metaClass = object_getClass(class); Class metaOfMetaClass = object_getClass(metaClass); Class rootMataClass = object_getClass(metaOfMetaClass); NSLog(@"CustomObject类对象是:%p",class); NSLog(@"CustomObject类元对象是:%p",metaClass); NSLog(@"metaClass类元对象:%p",metaOfMetaClass); NSLog(@"metaOfMetaClass的类元对象的是:%p",rootMataClass); NSLog(@"NSObject类元对象%p",object_getClass([NSObject class]));
可以看到Log
CustomObject类对象是:0x10248aed0CustomObject类元对象是:0x10248aea8metaClass类元对象:0x102ce5198metaOfMetaClass的类元对象的是:0x102ce5198NSObject类元对象0x102ce5198
这个可以作图为
看看SuperClass
在面相对象中,我们知道,子类调用一个方法,如果子类没有实现,会查找基类。OC作为一种面相对象的语言,当然支持这些。
我们依然写一段示例代码
Class class = [CustomObject class]; Class superClass = class_getSuperclass(class); Class superOfNSObject = class_getSuperclass(superClass); NSLog(@"CustomObject类对象是:%p",class); NSLog(@"CustomObject类superClass是:%p",superClass); NSLog(@"NSObject的superClass是:%p",superOfNSObject);
可以看到log
CustomObject类对象是:0x101792e88CustomObject类superClass是:0x101fec170NSObject的superClass是:0x0
由此,我们可以绘制继承关系图(图中nil的地址不对,不重新绘制了)
综合上述两个例子,我们绘制出完整的isa和superClass图
提高方法查找机制效率-Class Cache
通过上文我们知道,在OC中,方法是通过isa指针,查找Class中的Method list来查询的。而一个类往往会实现很多方法,每次调用都查询一次Method list的分发表(dispatch table)的代价是很高的(因为,这种查询可能每个RunLoop就执行上亿次)。这也就引入了Class Cache.
Class Cache认为,当一个方法被调用,那么它之后被调用的可能性比较大。
举个例子,我们常见的alloc,init,调用顺序如下
CustomObject * obj = [[CustomObject alloc] init];
- alloc是类方法,沿着isa找到CustomObject类元对象,发现没有实现alloc
- 沿着super,找到NSObject类元方法,执行alloc方法,并把alloc加入到NSObject类元对象的Class Cache中
- init是实例方法,沿着isa找到CustomObject的类对象,发现没有实现init
- 沿着super,找到NSObject类对象,执行init,并把init加入到NSObject的类对象Class Cache中
这里,再提一下alloc,init两个方法
alloc方法的文档
初始化isa,其他所有属性被设为0
init
NSObject的init返回self,其余的子类要调用[super init]进行必要的初始化工作。
为什么要放在一起写?
因为alloc和init有可能返回不同的对象
id a = [NSMutableArray alloc]; id b = [a init]; NSLog(@"%p",a); NSLog(@"%p",b);
输出
0x7fc550400fb00x7fc5505523a0
来看看为什么绝大部分对象都要继承自NSObject?
NSObject根类除了定义了一些基本的方法,例如,description,alloc。也定义了一些Runtime的基础方法,这里把一些不常用的列出来。并且,从上文的isa和superclass图来看,NSObject是整个消息机制的核心。
+initialize+load
+(BOOL)instancesRespondToSelector:(SEL)aSelector-respondsToSelector:
//向对象发送消息- (id)performSelector:(SEL)aSelector- performSelector:withObject:- performSelector:withObject:withObject:...
+resolveInstanceMethod:- forwardingTargetForSelector:- forwardInvocation:
到现在觉得这些函数熟悉吗?不熟悉,我还是建议回去好好研读下NSObject的文档。
假如一个对象没办法处理实例方法怎么办?
这里,我们再一次抢到,Objective C的方法就是前两个参数是self和_cmd的C方法
void ocMethod(id self, SEL _cmd) { }
在Objective中,对一个对象发送一个它没有实现的Selector是完全合法的,这样做可以隐藏某一个消息背后实现,也可以模拟多继承(OC不支持多继承)。这个机制就是动态转发机制。
主要包括三个函数
+resolveInstanceMethod:- forwardingTargetForSelector:- forwardInvocation:
动态方法的机制第一步,类自己处理
使用resolveInstanceMethod
这个方法的文档
动态为实例方法提供一个实现
这个方法在Objective C消息转发机制之前被调用。如果 respondsToSelector
或者instancesRespondToSelector:
被调用,可以为改Selector提供动态的实现者。
举个例子
#import "ViewController.h"#import <objc/runtime.h>@implementation ViewController- (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad];#pragma clang diagnostic push#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector" [self performSelector:@selector(dynamicSelector) withObject:nil];#pragma clang diagnostic pop}void myMehtod(id self,SEL _cmd){ NSLog(@"This is added dynamic");}+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{#pragma clang diagnostic push#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector" if (sel == @selector(dynamicSelector)) {#pragma clang diagnostic pop class_addMethod([self class],sel, (IMP)myMehtod,"v@:"); return YES; }else{ return [super resolveInstanceMethod:sel]; }}@end
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简单介绍下,class_addMethod这个函数
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
作用,为一个类添加实例方法
参数
- cls 想要添加的类对象
- name 添加后的方法Selector名字
- imp 具体的方法实现
- types 方法参数的编码,编码方式见文档
返回值
- YES 表示本类已经能够处理,NO表示需要消息转发机制。
第二部(第一步不能处理的情况下),调用forwardingTargetForSelector来简单的把执行任务转发给另一个对象,到这里,还是廉价调用
代码
#import "ViewController.h"#import <objc/runtime.h>@interface CustomObject : NSObject-(void)dynamicSelector;@end@implementation CustomObject-(void)dynamicSelector{ NSLog(@"hello world");}@end@interface ViewController ()@property (strong,nonatomic)CustomObject * myObj;@end@implementation ViewController- (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; self.myObj = [[CustomObject alloc] init];#pragma clang diagnostic push#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector" [self performSelector:@selector(dynamicSelector) withObject:nil];#pragma clang diagnostic pop}-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{#pragma clang diagnostic push#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector" if (aSelector == @selector(dynamicSelector) && [self.myObj respondsToSelector:@selector(dynamicSelector)]) { return self.myObj; }else{ return [super forwardingTargetForSelector:aSelector]; }#pragma clang diagnostic pop}@end
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第三步,当前两步都不能处理的时候,调用forwardInvocation转发给别人,返回值仍然返回给最初的Selector
代码
#import "ViewController.h"#import <objc/runtime.h>@interface CustomObject : NSObject-(void)dynamicSelector;@end@implementation CustomObject-(void)dynamicSelector{ NSLog(@"hello world");}@end@interface ViewController ()@property (strong,nonatomic)CustomObject * myObj;@end@implementation ViewController- (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; self.myObj = [[CustomObject alloc] init];#pragma clang diagnostic push#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector" [self performSelector:@selector(dynamicSelector) withObject:nil];#pragma clang diagnostic pop}-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{ if ([self.myObj respondsToSelector:[anInvocation selector]]) { [anInvocation invokeWithTarget:self.myObj]; }else{ [super forwardInvocation:anInvocation]; }}- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector { return [CustomObject instanceMethodSignatureForSelector:aSelector];}@end
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总结
消息转发机制使得OC可以进行”多继承”,比如有一个消息中心负责处理消息,这个消息中心很多个类都要用,继承或者聚合都不是很好的解决方案,使用单例看似可以,但单例的缺点也是很明显的。这时候,把消息转发给消息中心,无疑是一个较好的解决方案。
Runtime能提供什么?
Runtime的文档
Runtime Programming Guide
Objective C Runtime Reference
Foundation 中的Runtime方法
NSObject文档(建议没有研读过的同学好好研究下每一个方法)
总的来说,Runtime能够提供增加,修改,删除,查询类(属性方法),协议,block。
举个例子-用SEL属性来动态执行方法
经常会根据后台的Json来执行不同的方法,一两个还好,如果是10个20个,用if else或者switch都是很坑爹的设计。
#import "ViewController.h"#import <objc/runtime.h>@interface ViewController ()@property (nonatomic)SEL methodToInvoke;@end@implementation ViewController- (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; int a = arc4random() % 2; _methodToInvoke = NSSelectorFromString([[self numToSelector] objectForKey:@(a)]); #pragma clang diagnostic push#pragma clang diagnostic ignored "-Warc-performSelector-leaks" [self performSelector:_methodToInvoke withObject:nil];#pragma clang diagnostic pop}-(NSDictionary *)numToSelector{ return @{@(0):@"method1", @(1):@"method2"};}-(void)method1{ NSLog(@"method1");}-(void)method2{ NSLog(@"method2");}@end
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实际开发中Runtime如何应用?
- 动态改变方法的执行体
- Method Swizzling
- NSSelectorFromString,NSClassFromString…
- 动态添加属性(主要是类别)
- 动态遍历属性和方法,动态为类添加方法(写Model类的wrapper很有用)
- 消息转发机制使得架构更容易
后续会继续讲解Runtime的应用,欢迎关注我的博客
http://blog.csdn.net/hello_hwc