Objective-C Runtime（四）isa swizzling

Runtime 4 isa swizzling

Objective-C Runtime（一）

• 簡介
• 物件、類的結構
• • objc_object
• • objc_class
• 訊息傳遞（Messaging）
• • objc_method
• • objc_msgSend

Objective-C Runtime（二）

• 動態方法解析和轉發
• • 動態方法解析
• • 快速訊息轉發
• • 標準訊息轉發
• • 訊息轉發與多繼承
• • 訊息轉發與代理物件

Objective-C Runtime（三）

• Method Swizzling
• • class_replaceMethod
• • method_setImplementation
• • method_exchangeImplementations
• • Method Swizzling 的應用
• • Method Swizzling 注意事項

Objective-C Runtime（四）

• isa swizzling
• • 介紹
• • 應用之KVO
• • 注意

持續更新中...

介紹

對比上一篇 Runtime 3 Method Swizzling， isa swizzling 顧名思義就是把物件的 isa 指標進行替換。

根據第一篇 Runtime 1 簡介,物件、類的結構,訊息傳遞，我們知道物件都有 isa 指標指向它的類，訊息傳遞時也通過isa指標找到類中所對應的方法。更改物件的 isa 指標，不僅改變了它所屬於的型別，也更改了它的行為（方法）。

舉個例子：

@interface Father: NSObject
@property (nonatomic, assign) NSInteger f;
@end
@implementation Father
@end

@interface Child: Father
@property (nonatomic, assign) NSInteger c;
@end
@implementation Child
@end

然後執行：

//1
Child *child = [[Child alloc] init];
Class class = object_getClass(child); //Child
//2
NSLog(@"%ld, %ld", child.c, child.f);  //0, 0
//3
object_setClass(child, [NSObject class]);
class = object_getClass(child); //NSObject
//4
NSLog(@"%ld, %ld", child.c, child.f);  //error: -[NSObject c]: unrecognized selector sent to instance 0x60400002aaa0

上面的程式碼就是將 child 物件進行 isa swizzling，具體步驟分析如下：

1. 上面程式碼建立了例項 child，它的 isa 指向 Child 類。
2. child.c 和 child.f 是通過訊息傳遞找到方法實現的，通過 child 的 isa 指標找到它的 Child 類，然後在 Child 類中的 method list 找 c。f 方法的查詢同理，只是多了一步在 Child 類中找不到，則往它的 superclass 中找。
3. object_setClass(child, [NSObject class]) 方法將 child 物件的 isa 指向 NSObject。
4. 這時再進行訊息傳遞時，查詢的是 child 物件的 isa 指向的 NSObject 類，由於 NSObject 類沒有對應的 c 和 f 方法，最終找不到方法程式崩潰。

應用之KVO

KVO在呼叫存取方法之前總是呼叫 willChangeValueForKey: ，之後總是呼叫 didChangeValueForkey: 。怎麼做到的呢?答案是通過 isa 混寫（isa-swizzling）。

Apple 的文件對 KVO 實現的描述：

Automatic key-value observing is implemented using a technique called isa-swizzling.

...

When an observer is registered for an attribute of an object the isa pointer of the observed object is modified, pointing to an intermediate class rather than at the true class.

...

從Apple 的文件可以看出：Apple 並不希望過多暴露 KVO 的實現細節。不過，要是藉助 runtime 提供的方法去深入挖掘，所有被掩蓋的細節都會原形畢露：

當你觀察一個物件時，一個新的類會被動態建立。這個類繼承自該物件的原本的類，並重寫了被觀察屬性的 setter 方法。重寫的 setter 方法會負責在呼叫原 setter 方法之前和之後，通知所有觀察物件：值的更改。最後通過 isa 混寫（isa-swizzling） 把這個物件的 isa 指標 ( isa 指標告訴 Runtime 系統這個物件的類是什麼 ) 指向這個新建立的子類，物件就神奇的變成了新建立的子類的例項。我畫了一張示意圖，如下所示：

然而 KVO 在實現中使用了 isa-swizzling 的確不是很容易發現：Apple 還重寫了-class方法並返回原來的類。企圖欺騙我們：這個類沒有變，就是原本那個類。。。如下：

Father *father = [[Father alloc] init];
[father addObserver:self forKeyPath:@"f" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
NSLog(@"%@", object_getClass(father)); //NSKVONotifying_Father
NSLog(@"%@", father.class); //Father

假設“被監聽的物件”的類物件是 MYClass ，有時候我們能看到對 NSKVONotifying_MYClass 的引用而不是對 MYClass 的引用。藉此我們得以知道 Apple 使用了 isa 混寫（isa-swizzling）。具體探究過程可參考 這篇博文 。

由下面執行過程可知，通過KVO生成的中間類繼承原來的類：

Class kvoClass = object_getClass(father);
Class kvoSuperClass = class_getSuperclass(kvoClass);
NSLog(@"%@", kvoSuperClass); //Father

注意

isa-swizzling 改變了物件說屬型別，因此更改範圍比 method-swizzling 範圍更廣，使用時要更加註意。

runtime 極其尖銳，選擇使用 runtime 時要清楚每一步的真正原理。