《52个有效方法》笔记3——探究runtime
前言
Objective-C是一门动态性语言，它动态性质的根源就在于runtime，OC也因runtime而强大。
类和对象的数据结构
我们来看看NSObject.h中NSObject类的定义:
@interface NSObject <NSObject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}
可以看到NSObject有个Class类型的isa属性，那这个Class类型是什么呢？我们跳入Class查看:
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;
可以看到Class其实是个指向objc_class结构体的指针，那objc_class又是什么东西呢？我们跳入它继续查看：
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */
这就是objc_class结构体的真面目了。上面代码最后一句也说了“User 'Class' instead of 'struct objc_class *'”。
** Class super_class代表本类的超类；Class isa叫做“元类”，用来表述类对象本身所具备的元数据。**
好了，我们串起来可以描述为：
每个Objective-C对象的内部都默认有个Class类型的isa指针，这个Class其实指向了一个叫做objc_class的结构体。而这个objc_class结构体里有好多字段，分别记录着该类的一些信息。这些信息是非常有价值的。关于这些字段的意义及作用我们后面将慢慢道来。
思考：
为什么objc_class结构体的第一个成员仍是指向Class的isa指针？
这说明了类自身也是个对象，既然如此，那它同样得有个默认的isa属性用来记录它的一些信息。不过“类对象”指向的是“元类”（metaclass）。“元类”也是个对象，那么它也应该有个isa指针，但元类的isa指针指向谁呢？
为了不让这种结构无限延伸下去，Objective-C的设计者让所有的meta-class的isa指向基类的meta-class，以此作为它们的所属类。即，任何NSObject继承体系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作为自己的所属类，而基类的meta-class的isa指针是指向它自己。这样就形成了一个完美的闭环。
为什么我们要先说明OC对象的数据结构，因为正是基于OC对象这样的数据结构，它才得以有动态性。OC对象的isa指针记录了这个对象的详细信息，诸如它所属的类，它都有哪些方法等等。
查询类型信息：自省
调用方法的本质：消息传递机制
NSMutableArray *arr = [NSMutableArray array];
[arr addObject:@"wang66"];
OC中调用方法的本质是消息传递。上面代码arr调用了addObject：方法。其实就是给arr对象发送了addObject:消息。arr对象叫做“接收者”，方法名和参数合起来叫做“选择子”。
OC中调用了一个方法在程序底层其实是执行了C的objc_msgSend(id self, SEL op, ...)方法。
NSMutableArray *arr = [NSMutableArray array];
objc_msgSend(arr, @selector(addObject:), @"wang66");
NSLog(@"arr.count_______%ld",arr.count);
2015-12-13 18:40:43.745 WangDemo[3783:76953] arr.count_______1
但是，objc_msgSend(id self, SEL op, ...)这个方法干了什么？先不急，是这样的：
isa指针中有个字段叫“方法调度表”，可以简单的理解为它是一个键值对，键为SEL（哈希化的方法名，是个字符串），值为IMP（函数指针，它指向的是方法的实现代码）。
objc_msgSend(arr, @selector(addObject:), @"wang66");
这句代码其实就是查找接收者对象arr的方法调度表中是否有@selector(addObject:)这个key,若有，就跳至相应的实现代码；若无，就沿着继承体系继续往上查找。
方法调用的基本原理就是这样，但是真实情况要比这个稍微复杂一点，因为isa指针中还有个“方法缓存列表”，执行过的方法映射关系会存于此。因此，真实的步骤是，先去“方法缓存列表”中查找有无此方法的缓存，若有则非常好，就不用去查找“方法调度表”了，这样提升了性能。
消息转发
我们上面已经讲了OC调用方法就是消息传递，即接收者在自己的方法调度表中查找是否有有该SEL，若无就沿着继承体系往上继续查找。可是，若它的父类也没有该SEL，该SEL是个无法解读的消息呢？
我在Car类中只定义而未实现eatFood方法，当car调用eatFood方法时程序便会crash，错误日志其实大家已经很熟悉了。
Car *car = [[Car alloc] init];
[car eatFood];
Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[Car eat]: unrecognized selector sent to instance 0x7ff7f1c0ba00'
所谓消息转发，就是当该对象找不到相应的调用方法，眼看程序就要crash掉，而预留的一种防crash机制，该机制提供了几套方案供开发者使用来防止程序crash。
- 方案1：动态方法解析。开发者可以在当前类实现下面方法，在该方法里动态地为该对象添加对象方法（或者为该类动态地添加类方法）。
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel // 针对对象方法
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel // 针对类方法
例如：我们在Car.m中先实现了eatFood方法，然后在resolveInstanceMethod方法里动态地添加给该对象。（动态地添加方法后面将会讲到）
#import "Car.h"
#import <objc/message.h>
@implementation Car
// eatFood的实现
void eatFood(id self, SEL _cmd)
{
NSLog(@"%@-------%s",self, sel_getName(_cmd));
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
if(sel == @selector(eatFood))
{
class_addMethod(self, sel, (IMP)eatFood, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end
我们再运行代码，就完美执行了car的eatFood方法，因为我们在这个时机动态地给Car添加了eatFood这个方法。
2015-12-13 22:40:34.377 WangDemo[7272:162113] <Car: 0x7fe279f9d160>-------eatFood
- 方案2：求助于其他对象。若错过了方案1动态地给该对象添加方法，那调用自己的方法这条道已经无路可走了，只能借助别的对象了。开发者可以实现下面这个方法，将调用eatFood这个方法交给其他对象处理。
为此，我新建了People类，并在其中实现了eatFood方法：
#import "People.h"
@implementation People
- (void)eatFood
{
NSLog(@"%@-----people can eatFood",self.class);
}
@end
然后我实现- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法，求助于People类来处理，因为它实现了eatFood方法。
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
return [[People alloc] init];
}
OK，程序完美运行！
2015-12-13 22:51:39.111 WangDemo[7594:169888] People-----people can eatFood
- 方案3：
通过- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector方法生成方法签名，这个签名就是给- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation调用的。
一开始我们的程序之所以crash掉就是因为没有找到Car的eatFood方法的实现而在第一个方法中返回了空的方法签名，最终导致crash的。那我们现在弥补措施的思路就是：自己在第一个方法中手动生成签名，然后在第二个方法中用你要转发给的那个对象（people）调用这个方法签名，这样同样实现了消息转发。
#import "Car.h"
#import <objc/message.h>
#import "People.h"
@implementation Car
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
NSString *sel = NSStringFromSelector(aSelector);
if([sel isEqualToString:@"eatFood"])
{
// 手动生成签名
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
{
// 得到我们手动生成的方法签名
SEL selector = [invocation selector];
// 新建需要转发给的对象
People *people = [[People alloc] init];
if([people respondsToSelector:@selector(selector)])
{
// 换醒这个方法
[invocation invokeWithTarget:people];
}
}
@end
关于生成签名的类型"v@:"解释一下。每一个方法会默认隐藏两个参数，self、_cmd，self代表方法调用者，_cmd代表这个方法的SEL，签名类型就是用来描述这个方法的返回值、参数的，v代表返回值为void，@表示self，:表示_cmd。
好了，我们回首来梳理一下消息转发：按理说当OC调用一个方法时，会在该对象的“方法调度表”中查找该方法，但是该类和父类都没有找到该方法的实现。此时，若代码中我们没做相应的处理，那就是日了狗，程序会crash掉，错误日志告诉你找到这个方法。系统为了防范crash，就给开发者提供了上述3种防范方案。
Method Swizzing
我们上面已经讲了，OC对象都有一个isa指针，该指针指向一个方法调度表，它存储着该对象的方法。并且，它的形式是键值对，key为SEL，value为IMP。
既然如此，那我们可以在SEL和IMP的映射上做文章。也就是说我可以人为地改变SEL和IMP之间的映射关系。
这样做有什么意义吗？嗯，意义很大。我们可以把原有的类和我们自定义类的映射对调，那这样，即使我们在代码里调用的是原有类的方法，但暗地里却神不知鬼不觉地在执行我们自定义的方法。哈哈，说得有些玄乎了。
其实，在实践中Method Swizzing可以完成AOP或者对原有类的拓展。
下面看例子：我们想在UIImage每次创建图片成功后打印一下反馈信息。
1.png
2.png
动态的创建类，添加属性，添加方法
这个后面再更新吧...该睡觉了...
