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1小时让你知道什么是Objective-C Runtime,并对它有一定的基本了解,可以在开发过程中运用自如。
简而言之,Objective-C Runtime是一个将C语言转化为面向对象语言的扩展。
我们将C++和Objective进行对比,虽然C++和Objective-C都是在C的基础上加入面向对象的特性扩充而成的程序设计语言,但二者实现
的机制差异很大。C++是基于静态类型,而Objective-C是基于动态运行时类型。也就是说用C++编写的程序编译时就直接编译成了可令机器读懂的
机器语言;用Objective-C编写的程序不能直接编译成可令机器读懂的机器语言,而是在程序运行的时候,通过Runtime把程序转为可令机器读懂
的机器语言。Runtime是Objective不可缺少的重要一部分。
传送门->runtime源码
打开/Public Headers/objc.h文件可以看到如下定义:
#if !OBJC_TYPES_DEFINED
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;
/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
#endif
Class是一个指向objc_class结构体的指针,而id是一个指向objc_object结构体的指针,其中的isa是一个指向objc_class结构体的指针。其中的id就是我们所说的对象,Class就是我们所说的类。
打开/Public Headers/runtime.h文件
objc_class的定义如下:
typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; // metaclass
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE; // 父类
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE; // 类名
long version OBJC2_UNAVAILABLE; // 类的版本信息,默认为0,可以通过runtime函数class_setVersion或者class_getVersion进行修改、读取
long info OBJC2_UNAVAILABLE; // 类信息,供运行时期使用的一些位标识,如CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class,其中包含实例方法和变量;CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass,其中包含类方法;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的实例变量大小(包括从父类继承下来的实例变量)
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的成员变量地址列表
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法地址列表,与 info 的一些标志位有关,如CLS_CLASS (0x1L),则存储实例方法,如CLS_META (0x2L),则存储类方法;
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE; // 缓存最近使用的方法地址,用于提升效率;
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE; // 存储该类声明遵守的协议的列表
#endif
}
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */
由以上代码可见,类与对象的区别就是类比对象多了很多特征成员,类也可以当做一个objc_object来对待,也就是说类和对象都是对象,分别称作类对象(class object)和实例对象(instance object),这样我们就可以区别对象和类了。
isa:objc_object(实例对象)中isa指针指向的类结构称为class(也就是该对象所属的类)其中存放着普通成员变量与动态方法 (“-”开头的方法);此处isa指针指向的类结构称为metaclass,其中存放着static类型的成员变量与static类型的方法(“+”开头 的方法)。
super_class: 指向该类的父类的指针,如果该类是根类(如NSObject或NSProxy),那么super_class就为nil。
类与对象的继承层次关系如图(图片源自网络):
所有的metaclass中isa指针都是指向根metaclass,而根metaclass则指向自身。根metaclass是通过继承根类产生的,与根class结构体成员一致,不同的是根metaclass的isa指针指向自身。
SEL是selector在Objective-C中的表示类型。selector可以理解为区别方法的ID。
typedef struct objc_selector *SEL;
objc_selector的定义如下:
struct objc_selector {
char *name; OBJC2_UNAVAILABLE;// 名称
char *types; OBJC2_UNAVAILABLE;// 类型
};
name和types都是char类型。
终于到IMP了,它在objc.h中得定义如下:
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);
IMP是“implementation”的缩写,它是由编译器生成的一个函数指针。当你发起一个消息后(下文介绍),这个函数指针决定了最终执行哪段代码。
Method代表类中的某个方法的类型。
typedef struct objc_method *Method;
objc_method的定义如下:
struct objc_method {
SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法名
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法类型
IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法实现
}
方法名method_name类型为SEL,上文提到过。
方法类型method_types是一个char指针,存储着方法的参数类型和返回值类型。
方法实现method_imp的类型为IMP,上文提到过。
Ivar代表类中实例变量的类型
typedef struct objc_ivar *Ivar;
objc_ivar的定义如下:
struct objc_ivar {
char *ivar_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量名
char *ivar_type OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量类型
int ivar_offset OBJC2_UNAVAILABLE; // 基地址偏移字节
#ifdef __LP64__
int space OBJC2_UNAVAILABLE; // 占用空间
#endif
}
objc_property_t是属性,它的定义如下:
typedef struct objc_property *objc_property_t;
objc_property是内置的类型,与之关联的还有一个objc_property_attribute_t,它是属性的attribute,也就是其实是对属性的详细描述,包括属性名称、属性编码类型、原子类型/非原子类型等。它的定义如下:
typedef struct {
const char *name; // 名称
const char *value; // 值(通常是空的)
} objc_property_attribute_t;
Catch的定义如下:
typedef struct objc_cache *Cache
objc_cache的定义如下:
struct objc_cache {
unsigned int mask OBJC2_UNAVAILABLE;
unsigned int occupied OBJC2_UNAVAILABLE;
Method buckets[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
};
mask: 指定分配cache buckets的总数。在方法查找中,Runtime使用这个字段确定数组的索引位置。
occupied: 实际占用cache buckets的总数。
buckets: 指定Method数据结构指针的数组。这个数组可能包含不超过mask+1个元素。需要注意的是,指针可能是NULL,表示这个缓存bucket没有被占用,另外被占用的bucket可能是不连续的。这个数组可能会随着时间而增长。
objc_msgSend(下文讲解)每调用一次方法后,就会把该方法缓存到cache列表中,下次的时候,就直接优先从cache列表中寻找,如果cache没有,才从methodLists中查找方法。
这个就是我们平时所说的类别了,很熟悉吧。它可以动态的为已存在的类添加新的方法。
它的定义如下:
typedef struct objc_category *Category;
objc_category的定义如下:
struct objc_category {
char *category_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 类别名称
char *class_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 类名
struct objc_method_list *instance_methods OBJC2_UNAVAILABLE; // 实例方法列表
struct objc_method_list *class_methods OBJC2_UNAVAILABLE; // 类方法列表
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE; // 协议列表
}
因为是入门,以上就列举这些吧!
在面向对象编程中,对象调用方法叫做发送消息。在编译时,程序的源代码就会从对象发送消息转换成Runtime的objc_msgSend函数调用。
例如某实例变量receiver实现某一个方法oneMethod
[receiver oneMethod];
Runtime会将其转成类似这样的代码
objc_msgSend(receiver, selector);
具体会转换成什么代码呢?
Runtime会根据类型自动转换成下列某一个函数:
objc_msgSend:普通的消息都会通过该函数发送
objc_msgSend_stret:消息中有数据结构作为返回值(不是简单值)时,通过此函数发送和接收返回值
objc_msgSendSuper:和objc_msgSend类似,这里把消息发送给父类的实例
objc_msgSendSuper_stret:和objc_msgSend_stret类似,这里把消息发送给父类的实例并接收返回值
当消息被发送到实例对象时,是如图所示处理的(图片源自网络):
objc_msgSend函数的调用过程:
动态解析流程图(图片来自网络):
请参照图片品味以下步骤(实例请看下文《6.6 苍老师的唱歌篇》):
到这里大家可能晕乎乎的,下面看实战篇吧!苍老师必须让你懂!
请大家放心,以下所有实战篇,在最后都会分享Demo给大家!
苍老师见到我们广大的粉丝们,第一反应当然是:大家好!
#if TARGET_IPHONE_SIMULATOR
#import <objc/objc-runtime.h>
#else
#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>
#endif
// 自定义一个方法
void sayFunction(id self, SEL _cmd, id some) {
NSLog(@"%@岁的%@说:%@", object_getIvar(self, class_getInstanceVariable([self class], "_age")),[self valueForKey:@"name"],some);
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// 动态创建对象 创建一个Person 继承自 NSObject类
Class People = objc_allocateClassPair([NSObject class], "Person", 0);
// 为该类添加NSString *_name成员变量
class_addIvar(People, "_name", sizeof(NSString*), log2(sizeof(NSString*)), @encode(NSString*));
// 为该类添加int _age成员变量
class_addIvar(People, "_age", sizeof(int), sizeof(int), @encode(int));
// 注册方法名为say的方法
SEL s = sel_registerName("say:");
// 为该类增加名为say的方法
class_addMethod(People, s, (IMP)sayFunction, "v@:@");
// 注册该类
objc_registerClassPair(People);
// 创建一个类的实例
id peopleInstance = [[People alloc] init];
// KVC 动态改变 对象peopleInstance 中的实例变量
[peopleInstance setValue:@"苍老师" forKey:@"name"];
// 从类中获取成员变量Ivar
Ivar ageIvar = class_getInstanceVariable(People, "_age");
// 为peopleInstance的成员变量赋值
object_setIvar(peopleInstance, ageIvar, @18);
// 调用 peopleInstance 对象中的 s 方法选择器对于的方法
// objc_msgSend(peopleInstance, s, @"大家好!"); // 这样写也可以,请看我博客说明
((void (*)(id, SEL, id))objc_msgSend)(peopleInstance, s, @"大家好");
peopleInstance = nil; //当People类或者它的子类的实例还存在,则不能调用objc_disposeClassPair这个方法;因此这里要先销毁实例对象后才能销毁类;
// 销毁类
objc_disposeClassPair(People);
}
return 0;
}
最后的结果是:18岁的苍老师说:大家好!
在使用
objc_msgSend(peopleInstance, s, @"大家好!");
默认会出现以下错误:
objc_msgSend()报错Too many arguments to function call ,expected 0,have3
直接通过objc_msgSend(self, setter, value)是报错,说参数过多。
请这样解决:
Build Setting–> Apple LLVM 7.0 – Preprocessing–> Enable Strict Checking of objc_msgSend Calls 改为 NO
当然你也可以这样写(推荐):
((void (*)(id, SEL, id))objc_msgSend)(peopleInstance, s, @"大家好");
强制转换objc_msgSend函数类型为带三个参数且返回值为void函数,然后才能传三个参数。
此实战内容是,动态创建一个类,并创建成员变量和方法,最后赋值成员变量并发送消息。其中成员变量的赋值使用了KVC和object_setIvar函数两种方式,这些东西大家举一反三就可以了。
Demo传送门->6.1苍老师问好篇Demo
苍老师在大家心目中应该有很多特征吧,下面我们通过代码来获取苍老师的特征。
People.h文件
@interface People : NSObject
{
NSString *_occupation;
NSString *_nationality;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic) NSUInteger age;
- (NSDictionary *)allProperties;
- (NSDictionary *)allIvars;
- (NSDictionary *)allMethods;
@end
People.m文件
#if TARGET_IPHONE_SIMULATOR
#import <objc/objc-runtime.h>
#else
#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>
#endif
@implementation People
- (NSDictionary *)allProperties
{
unsigned int count = 0;
// 获取类的所有属性,如果没有属性count就为0
objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([self class], &count);
NSMutableDictionary *resultDict = [@{} mutableCopy];
for (NSUInteger i = 0; i < count; i ++) {
// 获取属性的名称和值
const char *propertyName = property_getName(properties[i]);
NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:propertyName];
id propertyValue = [self valueForKey:name];
if (propertyValue) {
resultDict[name] = propertyValue;
} else {
resultDict[name] = @"字典的key对应的value不能为nil哦!";
}
}
// 这里properties是一个数组指针,我们需要使用free函数来释放内存。
free(properties);
return resultDict;
}
- (NSDictionary *)allIvars
{
unsigned int count = 0;
NSMutableDictionary *resultDict = [@{} mutableCopy];
Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count);
for (NSUInteger i = 0; i < count; i ++) {
const char *varName = ivar_getName(ivars[i]);
NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:varName];
id varValue = [self valueForKey:name];
if (varValue) {
resultDict[name] = varValue;
} else {
resultDict[name] = @"字典的key对应的value不能为nil哦!";
}
}
free(ivars);
return resultDict;
}
- (NSDictionary *)allMethods
{
unsigned int count = 0;
NSMutableDictionary *resultDict = [@{} mutableCopy];
// 获取类的所有方法,如果没有方法count就为0
Method *methods = class_copyMethodList([self class], &count);
for (NSUInteger i = 0; i < count; i ++) {
// 获取方法名称
SEL methodSEL = method_getName(methods[i]);
const char *methodName = sel_getName(methodSEL);
NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:methodName