iOS-底层原理(16)-runtime之objc_msgSen

面试题

1.讲一下 OC 的消息机制

• OC中的方法调用其实都是转成了objc_msgSend函数的调用，给receiver（方法调用者）发送了一条消息（selector方法名）
• objc_msgSend底层有3大阶段
  • 消息发送（当前类、父类中查找）
  • 动态方法解析
  • 消息转发

2.什么是Runtime？平时项目中有用过么？

• OC是一门动态性比较强的编程语言，允许很多操作推迟到程序运行时再进行
• OC的动态性就是由Runtime来支撑和实现的，Runtime是一套C语言的API，封装了很多动态性相关的函数
• 平时编写的OC代码，底层都是转换成了Runtime API进行调用

3.具体应用

• 利用关联对象（AssociatedObject）给分类添加属性
• 遍历类的所有成员变量（修改textfield的占位文字颜色、字典转模型、自动归档解档）
• 交换方法实现（交换系统的方法）
• 利用消息转发机制解决方法找不到的异常问题
• ......

前言

• OC的方法调用：消息机制，给方法调用者发送消息

Person *person = [[Person alloc] init];
[person personTest];
// objc_msgSend(person, @selector(personTest));
// 消息接收者（receiver）：person
// 消息名称：personTest
        
[Person initialize];
// objc_msgSend([MJPerson class], @selector(initialize));
// 消息接收者（receiver）：[MJPerson class]
// 消息名称：initialize

objc_msgSend如果找不到合适的方法进行调用，会报错unrecognized selector sent to instance

objc_msgSend执行流程

objc_msgSend的执行流程可以分为3大阶段

• 消息发送
• 动态方法解析
• 消息转发

1 objc_msgSend执行流程01-消息发送

消息发送.png

2 objc_msgSend执行流程02-动态方法解析

动态方法解析.png

实例代码如下

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface CSPersion : NSObject
- (void)test;
- (void)missMethod;
+ (void)eat;
@end

#import "CSPersion.h"
#import <objc/runtime.h>

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@" >> dynamicMethodIMP");
}

@implementation CSPersion

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    NSLog(@" >> Instance resolving %@", NSStringFromSelector(sel));
    
    if (sel == @selector(missMethod)) {
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)dynamicMethodIMP, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {
    NSLog(@" >> Class resolving %@", NSStringFromSelector(sel));
    
    if (sel == @selector(eat)) {
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)dynamicMethodIMP, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveClassMethod:sel];
}

- (void)test {
    NSLog(@"test ...");
}
@end

运行结果

image.png

3 objc_msgSend的执行流程03-消息转发

消息转发.png

生成NSMethodSignature

NSMethodSignature.png

代码例子佐证

• Cat类

@interface Cat : NSObject
- (int)test:(int)age;
@end

@implementation Cat
- (int)test:(int)age {
    NSLog(@"%s",__func__);
    return age * age;
}
@end

• Person类

/** 消息发送 */
@interface Student : NSObject
- (void)test:(int)age;
@end

@implementation Student

//+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
//{
//    class_addMethod(<#Class  _Nullable __unsafe_unretained cls#>, <#SEL  _Nonnull name#>, <#IMP  _Nonnull imp#>, <#const char * _Nullable types#>)
//}

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(test:)) {
        
        // 测试一
//        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v20@0:8i16"];
        
        // 测试二
//        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"i@:i"];
        
        // 测试三
//        return [[[Cat alloc] init] methodSignatureForSelector:aSelector];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    // 参数顺序：receiver、selector、other arguments
    
    // 测试一
//    int age;
//    [anInvocation getArgument:&age atIndex:2];
//    NSLog(@"%d", age + 10);
    
    // 测试二
    // anInvocation.target == [[MJCat alloc] init]
    // anInvocation.selector == test:
    // anInvocation的参数：15
//    [[[Cat alloc] init] test:15];
    
    // 测试三
    [anInvocation invokeWithTarget:[[Cat alloc] init]];
    int ret;
    [anInvocation getReturnValue:&ret];
    NSLog(@"%d", ret);
}
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // 2.消息转发
        Student *stu = [[Student alloc] init];
        [stu test:10];
    }
    return 0;
}

运行结果如下

image.png

4 objc_msgSend-类方法消息转发

• CSCat类

@interface CSCat : NSObject
+ (void)test;
- (void)test;
@end

@implementation CSCat
+ (void)test {
    NSLog(@"%s", __func__);
}

- (void)test {
    NSLog(@"%s", __func__);
}
@end

• CSPerson类

/** 类方法的转发过程 */
@interface CSPerson : NSObject
+ (void)test;
@end

@implementation CSPerson

+ (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    // objc_msgSend([[MJCat alloc] init], @selector(test))
    // [[[MJCat alloc] init] test]
    // 该方法显示与注释后有不同的结果
//    if (aSelector == @selector(test)) {
//        return [[CSCat alloc] init];
//    }
    
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

+ (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(test)) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
    }

    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

+ (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    NSLog(@"1123");
}
@end

• main.mm

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        [CSPerson test];
    }
    return 0;
}

运行结果

image.png

synthesize关键字

synthesize会默认帮我们生成带下划线的变量和set方法get方法

@implementation Person

@synthesize age = _age;

- (void)setAge:(int)age {
    _age = age;
}

-(int)age {
    return _age;
}
@end

这个是很久之前Xcode版本需要做的事情，现在都不需要了，Xcode都已经帮我们做好了。

dynamic关键字

dynamic提醒编译器不要自动生成setter和getter的实现、不要自动生成成员变量

@dynamic weight;

运行结果

image.png

• 动态添加方法

@implementation Person

@dynamic weight;

void setWeight(id self, SEL _cmd, int weight) {
    NSLog(@"weight is %d", weight);
}

int weight(id self, SEL _cmd) {
    return 120;
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(setWeight:)) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)setWeight, "v@:i");
        return YES;
    } else if (sel == @selector(weight)) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)weight, "i@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *per = [[Person alloc] init];
        per.age = 100;
        NSLog(@"age = %d",per.age);
        
        per.weight = 200;
        NSLog(@"weight = %f",per.weight);
    }
    return 0;
}

运行结果

image.png

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本文主要参考MJ老师的教案，非常感谢MJ老师。

项目连接地址 - runtime-object_msgSend
项目连接地址 - runtim-dynamic关键字

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关于runtime更多文章请看如下链接
iOS-runtime-API详解+使用
iOS Runtime原理及使用
iOS - runtime如何通过selector找到对应的 IMP地址(分别考虑类方法和实例方法)
iOS - Runtime之面试题详解一
iOS-runtime之面试题详解二
iOS runtime的使用场景-实战篇