Objective-C语言是一门动态语言,它将很多静态语言在编译和链接时期做的事放到了运行时来处理。

对于Objective-C来说,这个运行时系统就像一个操作系统一样:它让所有的工作可以正常的运行。Runtime基本上是用C和汇编写的,这个库使得C语言有了面向对象的能力。

在Runtime中,对象可以用C语言中的结构体表示,而方法可以用C函数来实现,另外再加上了一些额外的特性。这些结构体和函数被runtime函数封装后,让Objective-C的面向对象编程变为可能。

找出方法的最终执行代码:当程序执行[object doSomething]时,会向消息接收者(object)发送一条消息(doSomething),runtime会根据消息接收者是否能响应该消息而做出不同的反应。

1 消息机制

与古老的C语言不同,Objective-C虽然源自C语言,但是它却是面向对象的,在这之中,消息机制发挥着重大作用。

C语言和Objective-C编译时的区别:

C语言在编译的时候,已经知道调用哪一个函数。

Objective-C不一样,只有在运行时才知道需要调用的方法和函数。

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OBJC_EXPORT void objc_msgSend(void /* id self, SEL op, ... */ )
OBJC_AVAILABLE(10.0, 2.0, 9.0, 1.0);

使用这个方法要#import <objc/message.h>,另外,Apple在Xcode5开始,不建议使用底层方法,而恰巧以上方法就是底层方法。此时,Xcode就会报错,那么,如何解决呢?

解决方案如下:

  • 1)打开Project的Build Settings,搜索“msg”。
  • 2)将Enable Strict Checking of objc_msgSend Calls的值设置为NO。

发送无参消息

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@interface Sample : NSObject
+ (void)run;
- (void)run;
- (void)eatWithFood:(NSString *)food;
@end

@implementation Sample
+ (void)run
{
NSLog(@"类方法 run");
}

- (void)run
{
NSLog(@"实例方法 run");
}

- (void)eatWithFood:(NSString *)food
{
NSLog(@"实例方法 eat:%@", food);
}
@end

- (void)test {
Sample *t = [[Sample alloc] init];
objc_msgSend(t, @selector(run));

objc_msgSend([Sample class], @selector(run));
}

发送带参消息

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- (void)test {
Sample *t = [[Sample alloc] init];
objc_msgSend(t, @selector(eatWithFood:), @"apple");
}

附加:将Objective-C转换出Runtime代码方法

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clang -rewrite-objc xxxx.m

交换方法的实现

class_getInstanceMethod(__unsafe_unretained Class cls, SEL name)获取对象方法。

class_getClassMethod(__unsafe_unretained Class cls, SEL name)获取类方法。

method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)交换方法的实现方式。

常见示例代码:

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NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://charsdavy.github.io"];
[NSURLRequest requestWithURL:url];

url可能返回nil,而此段代码未能对返回值url进行合法判断。但每次使用以上类似代码都需要进行合法性判断,那么有什么更好的方法使URLWithString:能够做合法性判断呢?这个时候就需要使用Runtime的特有方法了。

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@interface NSURL (DD)
+ (instancetype)dd_URLWithString:(NSString *)URLString;
@end

@implementation NSURL (DD)
// 加载此分类时调用
+ (void)load
{
//获取方法名称
Method urlMethod = class_getClassMethod([NSURL class], @selector(URLWithString:));
Method ddUrlMethod = class_getClassMethod([NSURL class], @selector(dd_URLWithString:));
//交换方法的实现
method_exchangeImplementations(urlMethod, ddUrlMethod);
}
//此方法与URLWithString:交换了实现方式
+ (instancetype)dd_URLWithString:(NSString *)URLString
{
// NSURL *url = [NSURL URLWithString:URLString]; 此处不能再调用此方法,否则会死循环
NSURL *url = [NSURL dd_URLWithString:URLString];
if (!url) {
NSLog(@"url is nil");
}
return url;
}
@end

归档和解档

先来理解几个Objective-C中的概念:

序列化:将自定义的Objective-C的对象转化成二进制文件数据。

反序列化:将二进制文件数据转化成自定义的Objective-C的对象。

归档:将自定义的Objective-C的对象存储到本地磁盘。

解档:将存储在本地磁盘的数据转换成自定义的Objective-C的对象。

Ivar类型:成员属性。

Method类型:成员方法。

通常我们使用归档和解档的方式如下:

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@interface Sample : NSObject<NSCoding>
@property (nonatomic) NSString *name;
@property (nonatomic) NSString *age;
@end

@implementation Sample
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder
{
[aCoder encodeObject:self.name forKey:@"name"];
[aCoder encodeObject:self.age forKey:@"age"];
}
- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder
{
self = [super init];
if (self) {
self.name = [aDecoder decodeObjectForKey:@"name"];
self.age = [aDecoder decodeObjectForKey:@"age"];
}
return self;
}
@end

- (void)saveObject
{
Sample *p = [[Sample alloc] init];
p.name = @"Chars";
p.age = @"18";

NSString *path = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"chars.dat"];

BOOL flag = [NSKeyedArchiver archiveRootObject:p toFile:path];
if (flag) {
NSLog(@"success");
} else {
NSLog(@"falied");
}
NSLog(@"%@", path);
}

- (void)readObject
{
NSString *path = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"chars.dat"];

Sample *p = [NSKeyedUnarchiver unarchiveObjectWithFile:path];
if (p) {
NSLog(@"name:%@,age:%@", p.name, p.age);
} else {
NSLog(@"falied");
}
NSLog(@"%@", path);
}

Objective-C中归档底层实现方式:将对象拆分为字典(键值对),然后变成二进制存入磁盘。

但是,当model中成员属性数量很多的时候,就沦为了体力劳动。那么,此时我们又能使用Runtime来简化工作。

class_copyIvarList(__unsafe_unretained Class cls, unsigned int *outCount)获取Class中成员变量的个数。

以下就是使用Runtime消息机制编写的归档与解档方法:

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- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder
{
unsigned int count = 0;
Ivar *ivars = class_copyIvarList([Sample class], &count);
for (int i = 0; i < count; i++) {
Ivar ivar = ivars[i];
const char *name = ivar_getName(ivar);
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
[aCoder encodeObject:[self valueForKey:key] forKey:key];
}
free(ivars);
}

- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder
{
self = [super init];
if (self) {
unsigned int count = 0;
Ivar *ivars = class_copyIvarList([Sample class], &count);
for (int i = 0; i < count; i++) {
Ivar ivar = ivars[i];
const char *name = ivar_getName(ivar);
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
[self setValue:value forKey:key];
}
free(ivars);
}
return self;
}

2 KVO

利用Runtime,在运行时动态创建一个对象。

实现原理:

  1. 创建NSKVONotifying_XXX:XXX类(XXX为被监听者)。
  2. 重写属性set方法,调用willChangeValueForKey:didChangeValueForKey:方法,进而触发调用观察者的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:

示例代码:

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@interface Viewer : NSObject
@property (nonatomic) NSString *name;
@property (nonatomic) NSString *age;
@end

@interface Observer : NSObject
@property (nonatomic) NSString *name;
@property (nonatomic) NSString *age;
@end

@implementation Observer
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context
{
NSLog(@"object:%@, keyPath:%@, change:%@", object, keyPath, change);
}
@end

Observer *observer = [[Observer alloc] init];
Viewr *viewer = [[Viewer alloc] init];
//注册监听,viewer为被监听者,observer为观察者
[viewr addObserver:observer forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
//触发KVO
viewer.age = @"99";

3 动态添加方法

当方法被调用时,才被加载。

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;当一个类被调用了一个没有实现的方法时,则会调用此方法。

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel当一个类被调用了一个没有实现的实例方法时,则会调用此方法。

class_addMethod(__unsafe_unretained Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)动态添加方法。

参数cls:类类型。参数name:方法编号。参数imp:方法实现,就是一个函数的指针。参数* types:方法类型

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@implementation Sample
//一个类被调用了一个没有实现的实例方法时,则会调用此方法。
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
if (sel == @selector(eat)) {
//添加一个实例方法
class_addMethod([Sample class], sel, (IMP)eat, "v@:");
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

//隐式参数,self和_cmd是系统传过来的参数
void eat(id self, SEL _cmd) {
NSLog(@"调用了%@的%@方法", self, NSStringFromSelector(_cmd));
}
@end

[[[Sample alloc] init] performSelector:@selector(eat)];