Runtime-iOS執行時應用篇
在上篇文章iOS執行時Runtime基礎後，本篇將會總結Rutime的具體應用例項，結合其動態特性，Runtime在開發中的應用大致分為以下幾個方面：
Runtime應用.png
一、動態方法交換：Method Swizzling
實現動態方法交換(Method Swizzling )是Runtime中最具盛名的應用場景，其原理是：通過Runtime獲取到方法實現的地址，進而動態交換兩個方法的功能。使用到關鍵方法如下：
//獲取類方法的Mthod
Method _Nullable class_getClassMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name)
//獲取例項物件方法的Mthod
Method _Nullable class_getInstanceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name)
//交換兩個方法的實現
void method_exchangeImplementations(Method _Nonnull m1, Method _Nonnull m2)
1.動態方法交換示例
現在演示一個程式碼示例：在檢視控制中，定義兩個例項方法printA與printB，然後執行交換
- (void)printA{
NSLog(@"列印A......");
}
- (void)printB{
NSLog(@"列印B......");
}
//交換方法的實現，並測試列印
Method methodA = class_getInstanceMethod([self class], @selector(printA));
Method methodB = class_getInstanceMethod([self class], @selector(printB));
method_exchangeImplementations(methodA, methodB);
[self printA]; //列印B......
[self printB]; //列印A......
2.攔截並替換系統方法
Runtime動態方法交換更多的是應用於系統類庫和第三方框架的方法替換。在不可見原始碼的情況下，我們可以藉助Rutime交換方法實現，為原有方法新增額外功能，這在實際開發中具有十分重要的意義。
下面將展示一個攔截並替換系統方法的示例：為了實現不同機型上的字型都按照比例適配，我們可以攔截系統UIFont的systemFontOfSize方法，具體操作如下：
步驟1：在當前工程中新增UIFont的分類：UIFont +Adapt,並在其中添用以替換的方法。
+ (UIFont *)zs_systemFontOfSize:(CGFloat)fontSize{
//獲取裝置螢幕寬度，並計算出比例scale
CGFloat width = [[UIScreen mainScreen] bounds].size.width;
CGFloat scale = width/375.0;
//注意：由於方法交換，系統的方法名已變成了自定義的方法名，所以這裡使用了
//自定義的方法名來獲取UIFont
return [UIFont zs_systemFontOfSize:fontSize * scale];
}
步驟2：在UIFont的分類中攔截系統方法，將其替換為我們自定義的方法，程式碼如下：
//load方法不需要手動呼叫，iOS會在應用程式啟動的時候自動調起load方法，而且執行時間較早，所以在此方法中執行交換操作比較合適。
+ (void)load{
//獲取系統方法地址
Method sytemMethod = class_getClassMethod([UIFont class], @selector(systemFontOfSize:));
//獲取自定義方法地址
Method customMethod = class_getClassMethod([UIFont class], @selector(zs_systemFontOfSize:));
//交換兩個方法的實現
method_exchangeImplementations(sytemMethod, customMethod);
}
新增一段測試程式碼，切換不同的模擬器，觀察在不同機型上文字的大小：
UILabel *label = [[UILabel alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 100, 300, 50)];
label.text = @"測試Runtime攔截方法";
label.font = [UIFont systemFontOfSize:20];
[self.view addSubview:label];
二、實現分類新增新屬性
我們在開發中常常使用類目Category為一些已有的類擴充套件功能。雖然繼承也能夠為已有類增加新的方法，而且相比類目更是具有增加屬性的優勢，但是繼承畢竟是一個重量級的操作，新增不必要的繼承關係無疑增加了程式碼的複雜度。
遺憾的是，OC的類目並不支援直接新增屬性，如果我們直接在分類的宣告中寫入Property屬性，那麼只能為其生成set與get方法宣告，卻不能生成成員變數，直接呼叫這些屬性還會造成崩潰。
所以為了實現給分類新增屬性，我們還需藉助Runtime的關聯物件(Associated Objects)特性，它能夠幫助我們在執行階段將任意的屬性關聯到一個物件上，下面是相關的三個方法：
/**
1.給物件設定關聯屬性
@param object 需要設定關聯屬性的物件，即給哪個物件關聯屬性
@param key 關聯屬性對應的key，可通過key獲取這個屬性，
@param value 給關聯屬性設定的值
@param policy 關聯屬性的儲存策略(對應Property屬性中的assign,copy，retain等)
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN @property(assign)。
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC @property(strong, nonatomic)。
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC @property(copy, nonatomic)。
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN @property(strong,atomic)。
OBJC_ASSOCIATION_COPY @property(copy, atomic)。
*/
void objc_setAssociatedObject(id _Nonnull object,
const void * _Nonnull key,
id _Nullable value,
objc_AssociationPolicy policy)
/**
2.通過key獲取關聯的屬性
@param object 從哪個物件中獲取關聯屬性
@param key 關聯屬性對應的key
@return 返回關聯屬性的值
*/
id _Nullable objc_getAssociatedObject(id _Nonnull object,
const void * _Nonnull key)
/**
3.移除物件所關聯的屬性
@param object 移除某個物件的所有關聯屬性
*/
void objc_removeAssociatedObjects(id _Nonnull object)
注意：key與關聯屬性一一對應，我們必須確保其全域性唯一性，常用我們使用@selector(methodName)作為key。
現在演示一個程式碼示例：為UIImage增加一個分類：UIImage+Tools，併為其設定關聯屬性urlString(圖片網路連結屬性），相關程式碼如下：
//UIImage+Tools.h檔案中
UIImage+Tools.m
@interface UIImage (Tools)
//新增一個新屬性：圖片網路連結
@property(nonatomic,copy)NSString *urlString;
@end
//UIImage+Tools.m檔案中
#import "UIImage+Tools.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation UIImage (Tools)
//set方法
- (void)setUrlString:(NSString *)urlString{
objc_setAssociatedObject(self,
@selector(urlString),
urlString,
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
//get方法
- (NSString *)urlString{
return objc_getAssociatedObject(self,
@selector(urlString));
}
//新增一個自定義方法，用於清除所有關聯屬性
- (void)clearAssociatedObjcet{
objc_removeAssociatedObjects(self);
}
@end
測試檔案中:
UIImage *image = [[UIImage alloc] init];
image.urlString = @"http://www.image.png";
NSLog(@"獲取關聯屬性：%@",image.urlString);
[image clearAssociatedObjcet];
NSLog(@"獲取關聯屬性：%@",image.urlString);
//列印：
//獲取關聯屬性：http://www.image.png
// 獲取關聯屬性：(null)
三、獲取類的詳細資訊
1.獲取屬性列表
unsigned int count;
objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count);
for (unsigned int i = 0; i<count; i++) {
const char *propertyName = property_getName(propertyList[i]);
NSLog(@"PropertyName(%d): %@",i,[NSString stringWithUTF8String:propertyName]);
}
free(propertyList);
2.獲取所有成員變數
Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);
for (int i= 0; i<count; i++) {
Ivar ivar = ivarList[i];
const char *ivarName = ivar_getName(ivar);
NSLog(@"Ivar(%d): %@", i, [NSString stringWithUTF8String:ivarName]);
}
free(ivarList);
3.獲取所有方法
Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &count);
for (unsigned int i = 0; i<count; i++) {
Method method = methodList[i];
SEL mthodName = method_getName(method);
NSLog(@"MethodName(%d): %@",i,NSStringFromSelector(mthodName));
}
free(methodList);
4.獲取當前遵循的所有協議
__unsafe_unretained Protocol **protocolList = class_copyProtocolList([self class], &count);
for (int i=0; i<count; i++) {
Protocol *protocal = protocolList[i];
const char *protocolName = protocol_getName(protocal);
NSLog(@"protocol(%d): %@",i, [NSString stringWithUTF8String:protocolName]);
}
free(propertyList);
注意：C語言中使用Copy操作的方法，要注意釋放指標，防止記憶體洩漏
四、解決同一方法高頻率呼叫的效率問題
Runtime原始碼中的IMP作為函式指標，指向方法的實現。通過它，我們可以繞開傳送訊息的過程來提高函式呼叫的效率。當我們需要持續大量重複呼叫某個方法的時候，會十分有用，具體程式碼示例如下：
void (*setter)(id, SEL, BOOL);
int i;
setter = (void (*)(id, SEL, BOOL))[target methodForSelector:@selector(setFilled:)];
for ( i = 0 ; i < 1000 ; i++ )
setter(targetList[i], @selector(setFilled:), YES);
五、方法動態解析與訊息轉發
其實該部分可以參考基礎篇中內容，這裡不再重複贅述，只是大概做出一些總結。
1.動態方法解析：動態新增方法
Runtime足夠強大，能夠讓我們在執行時動態新增一個未實現的方法，這個功能主要有兩個應用場景：
場景1：動態新增未實現方法，解決程式碼中因為方法未找到而報錯的問題；
場景2：利用懶載入思路，若一個類有很多個方法，同時載入到記憶體中會耗費資源，可以使用動態解析新增方法。方法動態解析主要用到的方法如下：
//OC方法：
//類方法未找到時調起，可於此新增類方法實現
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
//例項方法未找到時調起，可於此新增例項方法實現
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
//Runtime方法：
/**
執行時方法：向指定類中新增特定方法實現的操作
@param cls 被新增方法的類
@param name selector方法名
@param imp 指向實現方法的函式指標
@param types imp函式實現的返回值與引數型別
@return 新增方法是否成功
*/
BOOL class_addMethod(Class _Nullable cls,
SEL _Nonnull name,
IMP _Nonnull imp,
const char * _Nullable types)
2.解決方法無響應崩潰問題
執行OC方法其實就是一個傳送訊息的過程，若方法未實現，我們可以利用方法動態解析與訊息轉發來避免程式崩潰，這主要涉及下面一個處理未實現訊息的過程：
訊息轉發流程圖.png
除了上述的方法動態解析，還使用到的相關方法如下：
訊息接收者重定向
//重定向類方法的訊息接收者，返回一個類
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
//重定向例項方法的訊息接受者，返回一個例項物件
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
訊息重定向
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation；
- (NSMethodSignature*)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
六、動態操作屬性
1.動態修改屬性變數
現在假設這樣一個情況：我們使用第三方框架裡的Person類，在特殊需求下想要更改其私有屬性nickName，這樣的操作我們就可以使用Runtime可以動態修改物件屬性。
基本思路：首先使用Runtime獲取Peson物件的所有屬性，找到nickName，然後使用ivar的方法修改其值。具體的程式碼示例如下：
Person *ps = [[Person alloc] init];
NSLog(@"ps-nickName: %@",[ps valueForKey:@"nickName"]); //null
//第一步：遍歷物件的所有屬性
unsigned int count;
Ivar *ivarList = class_copyIvarList([ps class], &count);
for (int i= 0; i<count; i++) {
//第二步：獲取每個屬性名
Ivar ivar = ivarList[i];
const char *ivarName = ivar_getName(ivar);
NSString *propertyName = [NSString stringWithUTF8String:ivarName];
if ([propertyName isEqualToString:@"_nickName"]) {
//第三步：匹配到對應的屬性，然後修改；注意屬性帶有下劃線
object_setIvar(ps, ivar, @"梧雨北辰");
}
}
NSLog(@"ps-nickName: %@",[ps valueForKey:@"nickName"]); //梧雨北辰
總結：此過程類似KVC的取值和賦值
2.實現 NSCoding 的自動歸檔和解檔
歸檔是一種常用的輕量型檔案儲存方式，但是它有個弊端：在歸檔過程中，若一個Model有多個屬性，我們不得不對每個屬性進行處理，非常繁瑣。
歸檔操作主要涉及兩個方法：encodeObject 和 decodeObjectForKey，現在，我們可以利用Runtime來改進它們，關鍵的程式碼示例如下：
//原理：使用Runtime動態獲取所有屬性
//解檔操作
- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder{
self = [super init];
if (self) {
unsigned int count = 0;
Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);
for (int i = 0; i < count; i++) {
Ivar ivar = ivarList[i];
const char *ivarName = ivar_getName(ivar);
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivarName];
id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
[self setValue:value forKey:key];
}
free(ivarList); //釋放指標
}
return self;
}
//歸檔操作
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder{
unsigned int count = 0;
Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);
for (NSInteger i = 0; i < count; i++) {
Ivar ivar = ivarList[i];
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
id value = [self valueForKey:key];
[aCoder encodeObject:value forKey:key];
}
free(ivarList); //釋放指標
}
下面是有關歸檔的測試程式碼：
//--測試歸檔
Person *ps = [[Person alloc] init];
ps.name = @"梧雨北辰";
ps.age = 18;
NSString *temp = NSTemporaryDirectory();
NSString *fileTemp = [temp stringByAppendingString:@"person.archive"];
[NSKeyedArchiver archiveRootObject:ps toFile:fileTemp];
//--測試解檔
NSString *temp = NSTemporaryDirectory();
NSString *fileTemp = [temp stringByAppendingString:@"person.henry"];
Person *person = [NSKeyedUnarchiver unarchiveObjectWithFile:fileTemp];
NSLog(@"person-name:%@，person-age:%ld",person.name,person.age);
//person-name:梧雨北辰，person-age:18
3.實現字典與模型的轉換
字典資料轉模型的操作在專案開發中很常見，通常我們會選擇第三方如YYModel；其實我們也可以自己來實現這一功能，主要的思路有兩種：KVC、Runtime，總結字典轉化模型過程中需要解決的問題如下：
字典轉模型.png
現在，我們使用Runtime來實現字典轉模型的操作，大致的思路是這樣：
藉助Runtime可以動態獲取成員列表的特性，遍歷模型中所有屬性，然後以獲取到的屬性名為key，在JSON字典中尋找對應的值value；再將每一個對應Value賦值給模型，就完成了字典轉模型的目的。
首先準備下面的JSON資料用於測試：
{
"id":"2462079046",
"name": "梧雨北辰",
"age":"18",
"weight":140,
"address":{
"country":"中國",
"province": "河南"
},
"courses":[{
"name":"Chinese",
"desc":"語文課"
},{
"name":"Math",
"desc":"數學課"
},{
"name":"English",
"desc":"英語課"
}
]
}
具體的程式碼實現流程如下：
步驟1：建立NSObject的類目NSObject+ZSModel，用於實現字典轉模型
@interface NSObject (ZSModel)
+ (instancetype)zs_modelWithDictionary:(NSDictionary *)dictionary;
@end
//ZSModel協議，協議方法可以返回一個字典，表明特殊欄位的處理規則
@protocol ZSModel<NSObject>
@optional
+ (nullable NSDictionary<NSString *, id> *)modelContainerPropertyGenericClass;
@end;
#import "NSObject+ZSModel.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation NSObject (ZSModel)
+ (instancetype)zs_modelWithDictionary:(NSDictionary *)dictionary{
//建立當前模型物件
id object = [[self alloc] init];
//1.獲取當前物件的成員變數列表
unsigned int count = 0;
Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);
//2.遍歷ivarList中所有成員變數，以其屬性名為key，在字典中查詢Value
for (int i= 0; i<count; i++) {
//2.1獲取成員屬性
Ivar ivar = ivarList[i];
NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)] ;
//2.2擷取成員變數名：去掉成員變數前面的"_"號
NSString *propertyName = [ivarName substringFromIndex:1];
//2.3以屬性名為key，在字典中查詢value
id value = dictionary[propertyName];
//3.獲取成員變數型別, 因為ivar_getTypeEncoding獲取的型別是"@\"NSString\""的形式
//所以我們要做以下的替換
NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];// 替換:
//3.1去除轉義字元：@\"name\" -> @"name"
ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\"" withString:@""];
//3.2去除@符號
ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@" withString:@""];
//4.對特殊成員變數進行處理：
//判斷當前類是否實現了協議方法，獲取協議方法中規定的特殊變數的處理方式
NSDictionary *perpertyTypeDic;
if([self respondsToSelector:@selector(modelContainerPropertyGenericClass)]){
perpertyTypeDic = [self performSelector:@selector(modelContainerPropertyGenericClass) withObject:nil];
}
//4.1處理：字典的key與模型屬性不匹配的問題，如id->uid
id anotherName = perpertyTypeDic[propertyName];
if(anotherName && [anotherName isKindOfClass:[NSString class]]){
value = dictionary[anotherName];
}
//4.2.處理：模型巢狀模型
if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]] && ![ivarType hasPrefix:@"NS"]) {
Class modelClass = NSClassFromString(ivarType);
if (modelClass != nil) {
//將被巢狀字典資料也轉化成Model
value = [modelClass zs_modelWithDictionary:value];
}
}
//4.3處理：模型巢狀模型陣列
//判斷當前Vaue是一個陣列，而且存在協議方法返回了perpertyTypeDic
if ([value isKindOfClass:[NSArray class]] && perpertyTypeDic) {
Class itemModelClass = perpertyTypeDic[propertyName];
//封裝陣列：將每一個子資料轉化為Model
NSMutableArray *itemArray = @[].mutableCopy;
for (NSDictionary *itemDic in value) {
id model = [itemModelClass zs_modelWithDictionary:itemDic];
[itemArray addObject:model];
}
value = itemArray;
}
//5.使用KVC方法將Vlue更新到object中
if (value != nil) {
[object setValue:value forKey:propertyName];
}
}
free(ivarList); //釋放C指標
return object;
}
@end
步驟2：分別建立各個資料模型Student、Address、Course
Student類：
//Student.h檔案
#import "NSObject+ZSModel.h"
#import "AddressModel.h"
#import "CourseModel.h"
@interface StudentModel : NSObject<ZSModel> //遵循協議
//普通屬性
@property (nonatomic, copy) NSString *uid;
@property(nonatomic,copy)NSString *name;
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
//巢狀模型
@property (nonatomic, strong) AddressModel *address;
//巢狀模型陣列
@property (nonatomic, strong) NSArray *courses;
@end
#import "StudentModel.h"
@implementation StudentModel
+ (NSDictionary *)modelContainerPropertyGenericClass {
//需要特別處理的屬性
return @{@"courses" : [CourseModel class],@"uid":@"id"};
}
@end
Address類：
//AddressModel.h檔案
@interface AddressModel : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *country; //國籍
@property (nonatomic, copy) NSString *province; //省份
@property (nonatomic, copy) NSString *city; //城市
@end
//-----------------優美的分割線------------------------
//AddressModel.m檔案
#import "AddressModel.h"
@implementation AddressModel
@end
Course類：
//讀取JSON資料
NSDictionary *jsonData = [FileTools getDictionaryFromJsonFile:@"Student"];
NSLog(@"%@",jsonData);
//字典轉模型
StudentModel *student = [StudentModel zs_modelWithDictionary:jsonData];
CourseModel *courseModel = student.courses[0];
NSLog(@"%@",courseModel.name);
步驟4：測試字典轉模型操作
//讀取JSON資料
NSDictionary *jsonData = [FileTools getDictionaryFromJsonFile:@"Student"];
NSLog(@"%@",jsonData);
//字典轉模型
StudentModel *student = [StudentModel zs_modelWithDictionary:jsonData];
CourseModel *courseModel = student.courses[0];
NSLog(@"%@",courseModel.name);
效果如下：
測試字典轉模型操作.png
最後總結
以上就是我們在實際開發中常用的Runtime的操作了，Runtime的強大作用遠不止如此。深入的瞭解和學習Runtime，不僅僅有助於iOS開發，而且對於理解程式語言的底層原理也十分有用，Keep Learning！~
參考連結：
1.Objective-C Runtime Programming Guide
2.Method Swizzling
3.iOS資料持久化儲存:歸檔
4.YYModel原始碼
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