Runtime Method Swizzling

原文出自：标哥的技术博客

前言

在我学习runtime的method swizzling特性之前，有很多同事或者朋友经常在我耳边说起swizzling特性，一个个在我面前说这个东西千万不能用，会引起很多问题的。但是，在我学习完这一节的知识后，我终于明白其所以然。

学习完swizzling特性后，我很喜欢她。她就像一把双刃剑，用好了可以带你飞，乱用则会反伤。但是，我更相信她的强大，更相信自己够能驾驭她！一起来学习吧！

Method Swizzling

试想一下，苹果的源码是闭源的，我们只有类名和类的属性、方法等声明，却看不到实现，这时候我们若想改变其中一个方法的实现，有哪些方案呢？笔者想到的有以下几种方案：

1. 继承于这个类，然后通过重写方法（很常用，比如基类控制器，可以在视图加载完成时做一些公共的配置等）
2. 通过类别重写方法，暴力抢先（此法太暴力，尽量不要这么做）
3. swizzling（本文特讲内容）

Swizzling原理

在Objective-C中调用一个方法，其实是向一个对象发送消息，而查找消息的唯一依据是selector的名字。所以，我们可以利用Objective-C的runtime机制，实现在运行时交换selector对应的方法实现以达到我们的目的。

每个类都有一个方法列表，存放着selector的名字和方法实现的映射关系。IMP有点类似函数指针，指向具体的Method实现。如果对Method不了解，请阅读笔者的文章：runtime Method精讲。

我们先看看SEL与IMP之间的关系图（图片来源http://blog.csdn.net/yiyaaixuexi/article/details/9374411）：

从上图可以看出来，每一个SEL与一个IMP一一对应，正常情况下通过SEL可以查找到对应消息的IMP实现。

但是，现在我们要做的就是把链接线解开，然后连到我们自定义的函数的IMP上。当然，交换了两个SEL的IMP，还是可以再次交换回来了。交换后变成这样的，如下图（图片来源http://blog.csdn.net/yiyaaixuexi/article/details/9374411）：

从图中可以看出，我们通过swizzling特性，将selectorC的方法实现IMPc与selectorN的方法实现IMPn交换了，当我们调用selectorC，也就是给对象发送selectorC消息时，所查找到的对应的方法实现就是IMPn而不是IMPc了。

在+load方法中交换

Swizzling应该在+load方法中实现，因为+load方法可以保证在类最开始加载时会调用。因为method swizzling的影响范围是全局的，所以应该放在最保险的地方来处理是非常重要的。+load能够保证在类初始化的时候一定会被加载，这可以保证统一性。试想一下，若是在实际时需要的时候才去交换，那么无法达到全局处理的效果，而且若是临时使用的，在使用后没有及时地使用swizzling将系统方法与我们自定义的方法实现交换回来，那么后续的调用系统API就可能出问题。

类文件在工程中，一定会加载，因此可以保证+load会被调用。

不要在+initialize中交换

+initialize是类第一次初始化时才会被调用，因为这个类有可能一直都没有使用到，因此这个类可能永远不会被调用。

类文件虽然在工程中，但是如果没有任何地方调用过，那么是不会调用+initialize方法的。

使用dispatch_once保证只交换一次

方法交换应该要线程安全，而且保证只交换一次，除非只是临时交换使用，在使用完成后又交换回来。

最常用的用法是在+load方法中使用dispatch_once来保证交换是安全的。因为swizzling会改变全局，我们需要在运行时采取相应的防范措施。保证原子操作就是一个措施，确保代码即使在多线程环境下也只会被执行一次。而diapatch_once就提供这些保障，因此我们应该将其加入到swizzling的使用标准规范中。

通用交换IMP写法

网上有很多的版本，但是有很多是不全面的，考虑的范围不够全面。下面我们来写一个通用的写法，现在扩展到NSObject中，因为NSObject是根类，这样其它类都可以使用了：

@interface NSObject (Swizzling)+ (void)swizzleSelector:(SEL)originalSelector withSwizzledSelector:(SEL)swizzledSelector;@end#import "NSObject+Swizzling.h"#import <objc/runtime.h>// 实现代码如下@implementation NSObject (Swizzling)+ (void)swizzleSelector:(SEL)originalSelector withSwizzledSelector:(SEL)swizzledSelector {  Class class = [self class];  Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);  Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);  // 若已经存在，则添加会失败  BOOL didAddMethod = class_addMethod(class,                                      originalSelector,                                      method_getImplementation(swizzledMethod),                                      method_getTypeEncoding(swizzledMethod));  // 若原来的方法并不存在，则添加即可  if (didAddMethod) {    class_replaceMethod(class,                        swizzledSelector,                        method_getImplementation(originalMethod),                        method_getTypeEncoding(originalMethod));  } else {    method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);  }}@end

因为方法可能不是在这个类里，可能是在其父类中才有实现，因此先尝试添加方法的实现，若添加成功了，则直接替换一下实现即可。若添加失败了，说明已经存在这个方法实现了，则只需要交换这两个方法的实现就可以了。

尽量使用method_exchangeImplementations函数来交换，因为它是原子操作的，线程安全。尽量不要自己手动写这样的代码：

IMP imp1 = method_getImplementation(m1);IMP imp2 = method_getImplementation(m2);method_setImplementation(m1, imp2);method_setImplementation(m2, imp1);

虽然method_exchangeImplementations函数的本质也是这么写法，但是它内部做了线程安全处理。

当然，我们也可以写成C语言函数，而不是归属于类的方法：

// C语言版void swizzleSelector(Class class, SEL originalSelector, SEL swizzledSelector) {  Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);  Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);  // 若已经存在，则添加会失败  BOOL didAddMethod = class_addMethod(class,                                      originalSelector,                                      method_getImplementation(swizzledMethod),                                      method_getTypeEncoding(swizzledMethod));  // 若原来的方法并不存在，则添加即可  if (didAddMethod) {    class_replaceMethod(class,                        swizzledSelector,                        method_getImplementation(originalMethod),                        method_getTypeEncoding(originalMethod));  } else {    method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);  }}

简单使用swizzling

最简单的方法实现交换如下：

Method originalMethod = class_getInstanceMethod([NSArray class], @selector(lastObject));Method newMedthod = class_getInstanceMethod([NSArray class], NSSelectorFromString(@"hdf_lastObject"));method_exchangeImplementations(originalMethod, newMedthod);// NSArray提供了这样的实现- (id)hdf_lastObject {  if (self.count == 0) {    NSLog(@"%s 数组为空，直接返回nil", __FUNCTION__);    return nil;  }  return [self hdf_lastObject];}

看到hdf_lastObject这个方法递归调用自己了吗？为什么不是调用return [self lastObject]？因为我们交换了方法的实现，那么系统在调用lastObject方法是，找的是hdf_lastObject方法的实现，而手动调用hdf_lastObject方法时，会调用lastObject方法的实现。不清楚？回到前面看一看那个交换IMP的图吧！

我们通过使用swizzling只是为了添加个打印？当然不是，我们还可以做很多事的。比如，上面我们还做了防崩溃处理。

NSMutableArray扩展交换处理崩溃

还记得那些调用数组的addObject:方法加入一个nil值是的崩溃情景吗？还记得[__NSPlaceholderArray initWithObjects:count:]因为有nil值而崩溃的提示吗？还记得调用objectAtIndex:时出现崩溃提示empty数组问题吗？那么通过swizzling特性，我们可以做到不让它崩溃，而只是打印一些有用的日志信息。

我们先来看看NSMutableArray的扩展实现：

#import "NSMutableArray+Swizzling.h"#import <objc/runtime.h>#import "NSObject+Swizzling.h"@implementation NSMutableArray (Swizzling)+ (void)load {  static dispatch_once_t onceToken;  dispatch_once(&onceToken, ^{    [self swizzleSelector:@selector(removeObject:)     withSwizzledSelector:@selector(hdf_safeRemoveObject:)];    [objc_getClass("__NSArrayM") swizzleSelector:@selector(addObject:)     withSwizzledSelector:@selector(hdf_safeAddObject:)];    [objc_getClass("__NSArrayM") swizzleSelector:@selector(removeObjectAtIndex:)                            withSwizzledSelector:@selector(hdf_safeRemoveObjectAtIndex:)];    [objc_getClass("__NSArrayM") swizzleSelector:@selector(insertObject:atIndex:)     withSwizzledSelector:@selector(hdf_insertObject:atIndex:)];    [objc_getClass("__NSPlaceholderArray") swizzleSelector:@selector(initWithObjects:count:) withSwizzledSelector:@selector(hdf_initWithObjects:count:)];    [objc_getClass("__NSArrayM") swizzleSelector:@selector(objectAtIndex:) withSwizzledSelector:@selector(hdf_objectAtIndex:)];  });}- (instancetype)hdf_initWithObjects:(const id  _Nonnull __unsafe_unretained *)objects count:(NSUInteger)cnt {  BOOL hasNilObject = NO;  for (NSUInteger i = 0; i < cnt; i++) {    if ([objects[i] isKindOfClass:[NSArray class]]) {      NSLog(@"%@", objects[i]);    }    if (objects[i] == nil) {      hasNilObject = YES;      NSLog(@"%s object at index %lu is nil, it will be filtered", __FUNCTION__, i);//#if DEBUG//      // 如果可以对数组中为nil的元素信息打印出来，增加更容易读懂的日志信息，这对于我们改bug就好定位多了//      NSString *errorMsg = [NSString stringWithFormat:@"数组元素不能为nil，其index为: %lu", i];//      NSAssert(objects[i] != nil, errorMsg);//#endif    }  }  // 因为有值为nil的元素，那么我们可以过滤掉值为nil的元素  if (hasNilObject) {    id __unsafe_unretained newObjects[cnt];    NSUInteger index = 0;    for (NSUInteger i = 0; i < cnt; ++i) {      if (objects[i] != nil) {          newObjects[index++] = objects[i];      }    }    return [self hdf_initWithObjects:newObjects count:index];  }  return [self hdf_initWithObjects:objects count:cnt];}- (void)hdf_safeAddObject:(id)obj {  if (obj == nil) {    NSLog(@"%s can add nil object into NSMutableArray", __FUNCTION__);  } else {    [self hdf_safeAddObject:obj];  }}- (void)hdf_safeRemoveObject:(id)obj {  if (obj == nil) {    NSLog(@"%s call -removeObject:, but argument obj is nil", __FUNCTION__);    return;  }  [self hdf_safeRemoveObject:obj];}- (void)hdf_insertObject:(id)anObject atIndex:(NSUInteger)index {  if (anObject == nil) {    NSLog(@"%s can't insert nil into NSMutableArray", __FUNCTION__);  } else if (index > self.count) {    NSLog(@"%s index is invalid", __FUNCTION__);  } else {    [self hdf_insertObject:anObject atIndex:index];  }}- (id)hdf_objectAtIndex:(NSUInteger)index {  if (self.count == 0) {    NSLog(@"%s can't get any object from an empty array", __FUNCTION__);    return nil;  }  if (index > self.count) {    NSLog(@"%s index out of bounds in array", __FUNCTION__);    return nil;  }  return [self hdf_objectAtIndex:index];}- (void)hdf_safeRemoveObjectAtIndex:(NSUInteger)index {  if (self.count <= 0) {    NSLog(@"%s can't get any object from an empty array", __FUNCTION__);    return;  }  if (index >= self.count) {    NSLog(@"%s index out of bound", __FUNCTION__);    return;  }  [self hdf_safeRemoveObjectAtIndex:index];}@end

然后，我们测试nil值的情况，是否还会崩溃呢？

NSMutableArray *array = [@[@"value", @"value1"] mutableCopy];[array lastObject];[array removeObject:@"value"];[array removeObject:nil];[array addObject:@"12"];[array addObject:nil];[array insertObject:nil atIndex:0];[array insertObject:@"sdf" atIndex:10];[array objectAtIndex:100];[array removeObjectAtIndex:10];NSMutableArray *anotherArray = [[NSMutableArray alloc] init];[anotherArray objectAtIndex:0];NSString *nilStr = nil;NSArray *array1 = @[@"ara", @"sdf", @"dsfdsf", nilStr];NSLog(@"array1.count = %lu", array1.count);// 测试数组中有数组NSArray *array2 = @[@[@"12323", @"nsdf", nilStr], @[@"sdf", @"nilsdf", nilStr, @"sdhfodf"]];

哈哈，都不崩溃了，而且还打印出崩溃原因。是不是很神奇？如果充分利用这种特性，是不是可以给我们带来很多便利之处？

上面只是swizzling的一种应用场景而已。其实利用swizzling特性还可以做很多事情的，比如处理按钮重复点击问题等。

源代码

大家可以到笔者的GITHUB下载对应的源代码来测试：https://github.com/CoderJackyHuang/RuntimeDemo

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