iOS开发(10)Runtime
一、什么是Runtime
- Objective-C是一门动态性比较强的编程语言,跟C、C++等语言有着很大的不同
- Objective-C的动态性是由Runtime API来支撑的
- Runtime API提供的接口基本都是C语言的,源码由C\C++\汇编语言编写
二、isa详解
1、注意点
- 要想学习Runtime,首先要了解它底层的一些常用数据结构,比如isa指针
- 在arm64架构之前,isa就是一个普通的指针,存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
- 从arm64架构开始,对isa进行了优化,变成了一个共用体(union)结构,还使用位域来存储更多的信息
2、位域
-
nonpointer
0,代表普通的指针,存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
1,代表优化过,使用位域存储更多的信息 -
has_assoc
是否有设置过关联对象,如果没有,释放时会更快 -
has_cxx_dtor
是否有C++的析构函数(.cxx_destruct),如果没有,释放时会更快 -
shiftcls
存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息 -
magic
用于在调试时分辨对象是否未完成初始化 -
weakly_referenced
是否有被弱引用指向过,如果没有,释放时会更快 -
deallocating
对象是否正在释放 -
extra_rc
里面存储的值是引用计数器减1 -
has_sidetable_rc
引用计数器是否过大无法存储在isa中
如果为1,那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中
三、Class的结构
2.png1、 class_rw_t
class_rw_t里面的methods、properties、protocols是二维数组,是可读可写的,包含了类的初始内容、分类的内容
3.png
2、 class_ro_t
class_ro_t里面的baseMethodList、baseProtocols、ivars、baseProperties是一维数组,是只读的,包含了类的初始内容
4.png
3、 method_t
-
method_t是对方法\函数的封装
5.png -
IMP代表函数的具体实现
6.png -
SEL代表方法\函数名,一般叫做选择器,底层结构跟char *类似
可以通过@selector()和sel_registerName()获得
可以通过sel_getName()和NSStringFromSelector()转成字符串
不同类中相同名字的方法,所对应的方法选择器是相同的
7.png -
types包含了函数返回值、参数编码的字符串
8.png -
Type Encoding
iOS中提供了一个叫做@encode的指令,可以将具体的类型表示成字符串编码
9.png
4、方法缓存
-
Class内部结构中有个方法缓存(cache_t),用散列表(哈希表)来缓存曾经调用过的方法,可以提高方法的查找速度
10.png
- 缓存查找
objc-cache.mm
bucket_t * cache_t::find(cache_key_t k, id receiver)
四、objc_msgSend
1、objc_msgSend执行流程
-
OC中的方法调用,其实都是转换为objc_msgSend函数的调用
-
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
2、objc_msgSend执行流程 – 源码跟读
-
objc-msg-arm64.s
ENTRY _objc_msgSend
b.le LNilOrTagged
CacheLookup NORMAL
.macro CacheLookup
.macro CheckMiss
STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
.macro MethodTableLookup
__class_lookupMethodAndLoadCache3 -
objc-runtime-new.mm
_class_lookupMethodAndLoadCache3
lookUpImpOrForward
getMethodNoSuper_nolock、search_method_list、log_and_fill_cache
cache_getImp、log_and_fill_cache、getMethodNoSuper_nolock、log_and_fill_cache
_class_resolveInstanceMethod
_objc_msgForward_impcache -
objc-msg-arm64.s
STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache
ENTRY __objc_msgForward -
Core Foundation
forwarding(不开源)
3、objc_msgSend执行流程01-消息发送
11.png
4、objc_msgSend执行流程02-动态方法解析
12.png
-
动态添加方法
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5、objc_msgSend的执行流程03-消息转发
14.png
-
生成NSMethodSignature
15.png
五、super的本质
super调用,底层会转换为objc_msgSendSuper2函数的调用,接收2个参数
struct objc_super2
SEL
struct objc_super2 {
id receiver;
Class current_class;
};
- receiver是消息接收者
- current_class是receiver的Class对象
六、LLVM的中间代码(IR)
-
Objective-C在变为机器代码之前,会被LLVM编译器转换为中间代码(Intermediate Representation)
-
可以使用以下命令行指令生成中间代码
clang -emit-llvm -S main.m
-
语法简介
@ - 全局变量
% - 局部变量
alloca - 在当前执行的函数的堆栈帧中分配内存,当该函数返回到其调用者时,将自动释放内存
i32 - 32位4字节的整数
align - 对齐
load - 读出,store 写入
icmp - 两个整数值比较,返回布尔值
br - 选择分支,根据条件来转向label,不根据条件跳转的话类似 goto
label - 代码标签
call - 调用函数 -
具体可以参考官方文档:https://llvm.org/docs/LangRef.html
七、Runtime的应用
-
01 – 查看私有成员变量
设置UITextField占位文字的颜色
16.png
-
02 – 字典转模型
利用Runtime遍历所有的属性或者成员变量
利用KVC设值 -
03 - 替换方法实现
class_replaceMethod
method_exchangeImplementation
八、Runtime API
01 – 类
-
动态创建一个类(参数:父类,类名,额外的内存空间)
Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes) -
注册一个类(要在类注册之前添加成员变量)
void objc_registerClassPair(Class cls) -
销毁一个类
void objc_disposeClassPair(Class cls) -
获取isa指向的Class
Class object_getClass(id obj) -
设置isa指向的Class
Class object_setClass(id obj, Class cls) -
判断一个OC对象是否为Class
BOOL object_isClass(id obj) -
判断一个Class是否为元类
BOOL class_isMetaClass(Class cls) -
获取父类
Class class_getSuperclass(Class cls)
02 – 成员变量
-
获取一个实例变量信息
Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name) -
拷贝实例变量列表(最后需要调用free释放)
Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount) -
设置和获取成员变量的值
void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
id object_getIvar(id obj, Ivar ivar) -
动态添加成员变量(已经注册的类是不能动态添加成员变量的)
BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types) -
获取成员变量的相关信息
const char *ivar_getName(Ivar v)
const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)
03– 属性
-
获取一个属性
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name) -
拷贝属性列表(最后需要调用free释放)
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount) -
动态添加属性
BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
unsigned int attributeCount) -
动态替换属性
void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
unsigned int attributeCount) -
获取属性的一些信息
const char *property_getName(objc_property_t property)
const char *property_getAttributes(objc_property_t property)
04– 方法
-
获得一个实例方法、类方法
Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name) -
方法实现相关操作
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name)
IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)
void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2) -
拷贝方法列表(最后需要调用free释放)
Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount) -
动态添加方法
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types) -
动态替换方法
IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types) -
获取方法的相关信息(带有copy的需要调用free去释放)
SEL method_getName(Method m)
IMP method_getImplementation(Method m)
const char *method_getTypeEncoding(Method m)
unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)
char *method_copyReturnType(Method m)
char *method_copyArgumentType(Method m, unsigned int index) -
选择器相关
const char *sel_getName(SEL sel)
SEL sel_registerName(const char *str) -
用block作为方法实现
IMP imp_implementationWithBlock(id block)
id imp_getBlock(IMP anImp)
BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)
九、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、消息转发机制流程
3、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
4、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
...
5、打印结果分别是什么?
@interface Person : NSObject
@end
@interface Student : Person
@end
@implementation Student
- (instancetype)init
{
if (self = [super init]) {
NSLog(@"[self class] = %@", [self class]); // MJStudent
NSLog(@"[self superclass] = %@", [self superclass]); // MJPerson
NSLog(@"--------------------------------");
// objc_msgSendSuper({self, [MJPerson class]}, @selector(class));
NSLog(@"[super class] = %@", [super class]); // MJStudent
NSLog(@"[super superclass] = %@", [super superclass]); // MJPerson
}
return self;
}
@end
NSLog(@"%d", [NSObject isKindOfClass:[NSObject class]]); // 1
NSLog(@"%d", [NSObject isMemberOfClass:[NSObject class]]); // 0
NSLog(@"%d", [MJPerson isKindOfClass:[MJPerson class]]); // 0
NSLog(@"%d", [MJPerson isMemberOfClass:[MJPerson class]]); // 0
相关源码
- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
return [self class] == cls;
}
- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
if (tcls == cls) return YES;
}
return NO;
}
+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
return object_getClass((id)self) == cls;
}
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
for (Class tcls = object_getClass((id)self); tcls; tcls = tcls->superclass) {
if (tcls == cls) return YES;
}
return NO;
}
6、以下代码能不能执行成功?如果可以,打印结果是什么?
@interface Person : NSObject
@property (copy, nonatomic) NSString *name;
- (void)print;
@end
@implementation Person
- (void)print
{
NSLog(@"my name is %@", self->_name);
}
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
id cls = [MJPerson class];
void *obj = &cls;
[(__bridge id)obj print];
}
@end