這篇文章是筆者結合一些參考文章和當初學習Runtime的心得而寫的一篇總結，主要講解Runtime在工作中的運用，沒有涉及到太底層的知識，極盡詳略，適合初中級學者，水平有限，有錯誤的地方，還請大佬在評論中指出，一起快樂學習。持續更新中。。。
1.Runtime簡介
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Runtime 簡稱執行時，是一套C語言的API（引入
<objc/runtime.h>或<objc/message.h>）。OC 就是執行時機制，也就是在執行時候的一些機制，其中最主要的是 訊息機制。 -
對於C語言，函式的呼叫在編譯的時候會決定呼叫哪個函式。
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對於OC，函式的呼叫稱為訊息傳送，屬於動態呼叫過程。在編譯的時候並不能決定真正呼叫哪個函式，只有在真正執行的時候才會根據函式的名稱找到對應的函式來呼叫。
2.Runtime訊息機制
訊息機制原理：物件根據方法編號SEL去對映表查詢對應的方法實現。
驗證：
1.在main.m中建立一個物件；
id object = [NSObject alloc];
object = [object init];
複製程式碼2.終端切換到該目錄下，執行命令clang -rewrite-objc main.m，編譯後會生成一個main.cpp(C++檔案)；
3.在.cpp檔案中搜尋autoreleasepool，可以找到上述物件建立的底層程式碼；
id object = ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc"));
object = ((id (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)object, sel_registerName("init"));
複製程式碼可以看出呼叫方法本質就是發訊息。[[NSObject alloc]init]語句發了兩次訊息，第一次發了alloc 訊息，第二次傳送init 訊息。
4.我們自己來嘗試實現，首先匯入標頭檔案 #import <objc/message.h>，然後讓訊息機制方法有提示（【build setting -> 搜尋msg -> objc_msgSend（YES --> NO）】)。
id object = objc_msgSend(objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc"));
object = objc_msgSend(object, sel_registerName("init"));
/**
objc_getClass(const char *name) 獲取當前類
sel_registerName(const char *str) 註冊個方法編號
objc_msgSend(id self：誰傳送訊息, SEL op：傳送什麼訊息, ...:引數)
*/
複製程式碼換個寫法:
id objc = objc_msgSend([NSObject class], @selector(alloc));
objc = objc_msgSend(objc, @selector(init));
複製程式碼引數處理：
objc_msgSend(p, sel_registerName("height:"), 180);
複製程式碼注：
objc_msgSend：這是個最基本的用於傳送訊息的函式。
其實編譯器會根據情況在objc_msgSend ，objc_msgSend_fpret ，objc_msgSend_stret，objc_msgSendSuper， 或 objc_msgSendSuper_stret 五個方法中選擇一個來呼叫。
如果訊息是傳遞給超類，那麼會呼叫名字帶有 Super 的函式；
如果訊息返回值是浮點數，那麼會呼叫名字帶有fpret 的函式；
如果訊息返回值是資料結構而不是簡單值時，那麼會呼叫名字帶有stret的函式。
3.Runtime方法呼叫流程
- 物件方法：(儲存到類物件的方法列表)
- 類方法：(儲存到元類(
Meta Class)中方法列表)
1.訊息傳遞:
一個物件的方法像這樣[obj foo]，編譯器轉成訊息傳送objc_msgSend(obj, foo)，Runtime時執行的流程是什麼樣的吶？
1.首先，通過obj的isa指標找到它的 class ;
2.註冊方法編號SEL,可以快速查詢；
3.根據方法編號，在 class 的 method list 找 foo ;
3.如果 class 中沒到 foo，繼續往它的 superclass 中找 ;
4.一旦找到 foo 這個函式，就去執行它的實現IMP 。
2.Runtime的三次轉發流程：
動態方法解析：
Objective-C執行時會呼叫 +resolveInstanceMethod:或者 +resolveClassMethod:，讓你有機會提供一個函式實現。如果你新增了函式，那執行時系統就會重新啟動一次訊息傳送的過程(動態新增方法)。如果未實現方法，執行時就會移到下一步：forwardingTargetForSelector。
備用接收者：
如果目標物件實現了-forwardingTargetForSelector:，Runtime 這時就會呼叫這個方法，給你把這個訊息轉發給其他物件的機會。如果還不能處理未知訊息，就會進入完整訊息轉發階段。
完整訊息轉發：
Runtime系統會向物件傳送methodSignatureForSelector:訊息，並取到返回的方法簽名用於生成NSInvocation物件。為接下來的完整的訊息轉發生成一個 NSMethodSignature物件。NSMethodSignature 物件會被包裝成 NSInvocation 物件，forwardInvocation: 方法裡就可以對 NSInvocation 進行處理了。如果未實現，Runtime則會發出 -doesNotRecognizeSelector: 訊息，程式這時也就掛掉了。
4.Runtime動態新增方法
使用場景：如果一個類方法非常多，載入類到記憶體的時候也比較耗費資源，需要給每個方法生成對映表，可以使用動態給某個類，新增方法解決。
經典面試題：有沒有使用performSelector，其實主要想問你有沒有動態新增過方法。
方法介紹：
// 引數1：給哪個類新增方法
// 引數2：新增方法的方法編號SEL
// 引數3：新增方法的函式實現IMP（函式地址）
// 引數4：函式的型別，(返回值+引數型別)
class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char * types)
複製程式碼注：
1.class_addMethod會新增一個覆蓋父類的實現，但不會取代原有類的實現。
方法示例：
假如Person物件呼叫eat方法，而該方法並沒有實現，則會報錯。我們可以利用Runtime在Person類中動態新增eat方法，來實現該方法的呼叫。
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
Person *p = objc_msgSend(objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc"));
p = objc_msgSend(p, sel_registerName("init"));
[p performSelector:@selector(eat)];
}
@end
複製程式碼@implementation Person
/**
void的前面沒有+、-號，因為只是C的程式碼;
必須有兩個指定引數(id self,SEL _cmd)
*/
void eat(id self, SEL sel)
{
NSLog(@"%@ %@",self,NSStringFromSelector(sel));
}
// 當一個物件呼叫未實現的方法，會呼叫這個方法處理,並且會把對應的方法列表傳過來.
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
if (sel == @selector(eat)) {
//函式的型別，(返回值+引數型別) v:void @:物件->self :表示SEL->_cmd
class_addMethod(self, sel, (IMP)eat, "v@:");
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end
複製程式碼5.Runtime方法交換(Method Swizzling)
使用場景：當第三方框架或者系統原生方法功能不能滿足我們的時候，我們可以在保持系統原有方法功能的基礎上，新增額外的功能。
方法介紹：
// 交換方法地址,交換兩個方法的實現
method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)
複製程式碼方法封裝：為了後續呼叫方便，我們可以將Method Swizzling功能封裝為類方法，作為NSObject的類別。
@interface NSObject (Swizzling)
+ (void)methodSwizzlingWithOriginalSelector:(SEL)originalSelector
bySwizzledSelector:(SEL)swizzledSelector;
@end
複製程式碼#import "NSObject+Swizzling.h"
#import <objc/message.h>
@implementation NSObject (Swizzling)
+ (void)methodSwizzlingWithOriginalSelector:(SEL)originalSelector bySwizzledSelector:(SEL)swizzledSelector
{
Class class = [self class];
//原有方法
Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
//替換原有方法的新方法
Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);
//先嚐試給源SEL新增IMP，這裡是為了避免源SEL沒有實現IMP的情況
BOOL didAddMethod =
class_addMethod(class,
originalSelector,
method_getImplementation(swizzledMethod),
method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
if (didAddMethod) {//新增成功：說明源SEL沒有實現IMP，將源SEL的IMP替換到交換SEL的IMP
class_replaceMethod(class,
swizzledSelector,
method_getImplementation(originalMethod),
method_getTypeEncoding(originalMethod));
} else {//新增失敗：說明源SEL已經有IMP，直接將兩個SEL的IMP交換即可
method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
}
}
@end
複製程式碼**方法示例：**例如我們想要替換ViewController生命週期方法，可以這樣做。
#import "UIViewController+Swizzling.h"
#import "NSObject+Swizzling.h"
@implementation UIViewController (Swizzling)
+ (void)load
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
[self methodSwizzlingWithOriginalSelector:@selector(viewWillAppear:) bySwizzledSelector:@selector(mj_viewWillAppear:)];
});
}
- (void)mj_viewWillAppear:(BOOL)animated{
[self mj_viewWillAppear:animated];
NSLog(@"被呼叫了");
}
@end
複製程式碼注：
1.swizzling建議在+load中完成。+load 和 +initialize 是Objective-C runtime會自動呼叫兩個類方法。+load 是在一個類被初始載入時呼叫，一定會被呼叫；+initialize 是在應用第一次呼叫該類的類方法或例項方法前呼叫，相當於懶載入方式，可能不被呼叫。此外 +load 方法還有一個非常重要的特性，那就是子類、父類和分類中的 +load 方法的實現是被區別對待的。換句話說在 Objective-C runtime 自動呼叫 +load 方法時，分類中的 +load 方法並不會對主類中的 +load 方法造成覆蓋。
2.swizzling應該只在dispatch_once 中完成,由於swizzling 改變了全域性的狀態，所以我們需要確保在任何情況下（多執行緒環境，或者被其他人手動再次呼叫+load方法）只交換一次，防止再次呼叫又將方法交換回來。+load方法本身即為執行緒安全，為什麼仍需新增dispatch_once，其原因就在於+load方法本身無法保證其中程式碼只被執行一次。
6.Runtime動態新增屬性
場景：分類是不能自定義屬性和變數的，這時候可以使用runtime動態新增屬性方法；
原理：給一個類宣告屬性，其實本質就是給這個類新增關聯，並不是直接把這個值的記憶體空間新增到類存空間。
方法：
/** 關聯物件、set方法
id object：給哪個物件新增關聯，給哪個物件設定屬性
const void *key：關聯的key，要求唯一，建議用char 可以節省位元組
id value：關聯的value，給屬性設定的值
objc_AssociationPolicy policy：記憶體管理的策略
*/
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
// 獲取關聯的物件、get方法
id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key)
// 移除關聯的物件
void objc_removeAssociatedObjects(id object)
複製程式碼記憶體策略對應的屬性修飾表：
| 記憶體策略 | 屬性修飾 | 描述 |
|---|---|---|
| OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN | @property (assign) 或 @property (unsafe_unretained) | 指定一個關聯物件的弱引用。 |
| OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC | @property (nonatomic, strong) | @property (nonatomic, strong) 指定一個關聯物件的強引用，不能被原子化使用。 |
| OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC | @property (nonatomic, copy) | 指定一個關聯物件的copy引用，不能被原子化使用。 |
| OBJC_ASSOCIATION_RETAIN | @property (atomic, strong) | 指定一個關聯物件的強引用，能被原子化使用。 |
| OBJC_ASSOCIATION_COPY | @property (atomic, copy) | 指定一個關聯物件的copy引用，能被原子化使用。 |
示例：實現一個UIView的Category新增自定義屬性defaultColor。
@interface UIView (Color)
@property (nonatomic, strong) UIColor *defaultColor;
@end
@implementation UIView (Color)
static char kDefaultColorKey;
- (void)setDefaultColor:(UIColor *)defaultColor
{
objc_setAssociatedObject(self, &kDefaultColorKey, defaultColor, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (id)defaultColor {
return objc_getAssociatedObject(self, &kDefaultColorKey);
}
@end
複製程式碼7.NSCoding自動歸檔解檔
場景：如果一個模型有許多個屬性，實現自定義模型資料持久化時，需要對每個屬性都實現一遍encodeObject 和 decodeObjectForKey方法，比較麻煩。我們可以使用Runtime來解決。
原理：用runtime提供的函式遍歷Model自身所有屬性，並對屬性進行encode和decode操作。
方法實現：
#import "MJMusicModel.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation MJMusicModel
// 設定不需要歸解檔的屬性
- (NSArray *)ignoredNames {
return @[@"_musicUrl"];
}
// 歸檔呼叫方法
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)encoder
{
unsigned int count = 0;
// 獲得這個類的所有成員變數
Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count);
for (int i = 0; i<count; i++) {
// 取出i位置對應的成員變數
Ivar ivar = ivars[i];
// 獲得成員變數的名字
const char *name = ivar_getName(ivar);
// 將每個成員變數名轉換為NSString物件型別
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
// 忽略不需要歸檔的屬性
if ([[self ignoredNames] containsObject:key]) {
continue;
}
// 歸檔
id value = [self valueForKey:key];
[encoder encodeObject:value forKey:key];
}
// 注意釋放記憶體！
free(ivars);
}
// 解檔方法
- (id)initWithCoder:(NSCoder *)decoder
{
if (self = [super init]) {
unsigned int count = 0;
Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count);
for (int i = 0; i<count; i++) {
// 取出i位置對應的成員變數
Ivar ivar = ivars[i];
// 獲得成員變數的名字
const char *name = ivar_getName(ivar);
// 將每個成員變數名轉換為NSString物件型別
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
// 忽略不需要解檔的屬性
if ([[self ignoredNames] containsObject:key]) {
continue;
}
// 解檔
id value = [decoder decodeObjectForKey:key];
// 設定到成員變數身上
[self setValue:value forKey:key];
}
free(ivars);
}
return self;
}
@end
複製程式碼注：我們可以將歸解檔兩個方法封裝為巨集，在需要的地方一句巨集搞定；也可以寫到NSObject一個分類中，方便使用。
8.Runtime字典轉模型
原理：利用Runtime，遍歷模型中所有屬性，根據模型的屬性名，去字典中查詢key，取出對應的值，給模型的屬性賦值。
步驟：提供一個NSObject分類，專門字典轉模型，以後所有模型都可以通過這個分類實現字典轉模型。
接下來分別介紹一下三種情況所實現的程式碼：
1.簡單的字典轉模型
注意：模型屬性數量大於字典的鍵值對時，由於屬性沒有對應值會被賦值為nil，就會導致crash，所以我們要加一個判斷，獲取到Value時，才給模型中屬性賦值。
NSDictionary *dict = @{
@"name" : @"xiaoming",
@"age" : @25,
@"weight" : @"60kg",
@"height" : @1.81
};
複製程式碼#import "NSObject+Model.h"
#import <objc/message.h>
@implementation NSObject (Model)
+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict
{
// 建立對應的物件
id objc = [[self alloc] init];
// 成員變數個數
unsigned int count = 0;
// 獲取類中的所有成員變數
Ivar *ivars = class_copyIvarList(self, &count);
// 遍歷所有成員變數
for (int i = 0; i < count; i++) {
// 根據角標，從陣列取出對應的成員變數（Ivar：成員變數,以下劃線開頭）
Ivar ivar = ivars[i];
// 獲取成員變數名字
NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
// 處理成員變數名->字典中的key(去掉 _ ,從第一個角標開始擷取)
NSString *key = [ivarName substringFromIndex:1];
// 根據成員屬性名去字典中查詢對應的value
id value = dict[key];
if (value) {
// 給模型中屬性賦值
[objc setValue:value forKey:key];
}
}
// 釋放ivars
free(ivars);
return objc;
}
@end
複製程式碼2.模型中巢狀模型（模型屬性是另外一個模型物件）
利用runtime的ivar_getTypeEncoding 方法獲取模型物件型別，對該模型物件型別再進行字典轉模型，也就是進行遞迴，需要注意的是要排除系統的物件型別，例如NSString。
NSDictionary *dict2 = @{
@"name" : @"xiaoming",
@"age" : @25,
@"body" :@{
@"weight" : @"65kg",
@"height" : @1.82
}
};
複製程式碼// runtime字典轉模型二級轉換：字典->字典；如果字典中還有字典，也需要把對應的字典轉換成模型
if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]]) {
// 獲取成員變數型別
NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
// 替換: @\"User\" -> User
ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\"" withString:@""];
ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@" withString:@""];
if (![ivarType hasPrefix:@"NS"]) {
// 字典轉換成模型,根據字串類名生成類物件
Class modelClass = NSClassFromString(ivarType);
if (modelClass) { // 有對應的模型才需要轉
// 把字典轉模型
value = [modelClass modelWithDict:value];
}
}
}
複製程式碼3.陣列中裝著模型（模型的屬性是一個陣列，陣列中是一個個模型物件）
攔截到模型的陣列屬性，進而對陣列中每個模型遍歷並字典轉模型，但是我們不知道陣列中的模型都是什麼型別，需要宣告一個方法，該方法目的不是讓其呼叫，而是讓其實現並返回模型的型別。
NSDictionary *dict3 = @{
@"name" : @"xiaoming",
@"age" : @25,
@"body" :@{
@"weight" : @"65kg",
@"height" : @1.82
},
@"children" : @[
@{
@"sex" : @"男",
@"love" : @"籃球",
},
@{
@"sex" : @"nv",
@"love" : @"鋼琴",
}
],
};
複製程式碼// runtime字典轉模型三級轉換：字典->陣列->字典；NSArray中也是字典，把陣列中的字典轉換成模型.
if ([value isKindOfClass:[NSArray class]]) {
// 判斷對應類有沒有實現字典陣列轉模型陣列的協議
// arrayContainModelClass 提供一個協議，只要遵守這個協議的類，都能把陣列中的字典轉模型
if ([self respondsToSelector:@selector(arrayContainModelClass)]) {
// 轉換成id型別，就能呼叫任何物件的方法
id idSelf = self;
// 獲取陣列中字典對應的模型
NSString *type = [idSelf arrayContainModelClass][key];
// 生成模型
Class classModel = NSClassFromString(type);
NSMutableArray *arrM = [NSMutableArray array];
// 遍歷字典陣列，生成模型陣列
for (NSDictionary *dict in value) {
// 字典轉模型
id model = [classModel modelWithDict:dict];
[arrM addObject:model];
}
// 把模型陣列賦值給value
value = arrM;
}
}
複製程式碼#import <Foundation/Foundation.h>
@protocol ModelDelegate <NSObject>
@optional
/**
提供一個協議，只要遵守這個協議的類，都能把陣列中的字典轉模型
*/
+ (NSDictionary *)arrayContainModelClass;
@end
@interface NSObject (Model)
/**
dict -> model
利用runtime 遍歷模型中所有屬性，根據模型中屬性去字典中取出對應的value給模型屬性賦值
*/
+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict;
@end
複製程式碼實現協議類：
+ (NSDictionary *)arrayContainModelClass
{
// 陣列屬性 : 陣列中的類名
return @{@"children" : @"MJChild"};
}
複製程式碼不忙的時候，就整理知識，經過幾天時間的努力，終於寫好了。途中參考大量資料，並通過Demo驗證其正確性，也算對自己的一次全面級的學習與複習。
下一篇，會深入瞭解Runtime底層語言。
I’m not perfect. But I keep trying.
參考文獻：
蘋果官方文件
OC最實用的runtime總結
讓你快速上手Runtime
runtime詳解
iOS 模式詳解—
iOS Runtime詳解
裝逼技術RunTime的總結篇