Effective Objective-C 2.0 读书笔记二（

10. 在既有类中使用关联对象存放自定义数据

注意关键词“关联对象”，就是把两个对象关联起来，例如把对象B关联到对象A上面，这样只要我们知道对象A，就能通过关联方法拿到对象B，这是一个很有用的特性，可以帮助我们携带一些数据，以及一些信息。如果通俗一点理解的话可以把对象A理解成一个字典，对象B是存放在对象A中的一个对象，通过对应的key值就能拿到对应的对象B。
下面是关联对象对应的三个方法（只有三个方法）：
1.通过给定的键值和关联策略对某对象设置关联对象

void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)

第一个参数，被关联对象，对应上面的对象A。
第二个参数，键值，通过参数形式我们知道，这是一个指针，一般我们在定义这个指针的时候使用静态全局变量，因为这是一个“不透明指针”(自行查找什么是“不透明指针”)。
第三个参数，关联的对象，对应上面的对象B。
第四个参数，关联策略，是一个枚举值，对应定义属性时候添加的属性特性，用于维护内存管理，下表列出对应关系：

关联类型	等效的属性特性
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN	assign
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC	nonatomic, retain
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC	nonatomic, copy
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN	retain
OBJC_ASSOCIATION_COPY	copy

2.通过给定的键值取出相应的关联对象

id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key)

第一个参数，被关联的对象，对应对象A。
第二个参数，键值。
返回值，关联对象，对应对象B。
3.移除被关联对象的所有关联对象

void objc_removeAssociatedObjects(id object)

参数，被关联对象，对应对象B。
上面就是关联对象的所有方法，但是在用的时候需要注意，关联对象应该被我们列在最后的选择方案，因为关联对象之间的关系没有正式的定义，其内存管理是在设置关联的时候才定义的，而不是在接口中预先设定好的，有时会出现一些不易查找的错误。
PS：偶尔在代码中写点这样的代码，会增加代码的“气质”，你懂的。

11. 理解objc_msgSend作用

这一小节的内容和我们写代码没有什么关系，但是我们可以了解一下OC中方法的调用过程，对我们的程序调试很是很有用的。
首先说一下C语言的函数调用方式，用以和OC做比较，C语言使用“静态绑定”，也就是说，在编译期就能决定运行时应该调用的函数，而大家都知道，OC是一门动态语言，与之差别的就是OC中有时候是使用“动态绑定”，就是在运行期调用对应的函数，甚至可以在程序运行时改变。
写一个简单的方法调用的例子，解释一下方法的构成：

id returnValue = [someObject messageName:parameter];

在这句调用语句中，someObject就是类或类的实例，messageName就是方法名，parameter就是参数，编译器会把这条语句编译成一条标准的C语句，编译后的语句如下：

id returnValue = objc_msgSend(someObject, @selector(messageName), parameter)

objc_msgSend是一个可变参数的函数，对应OC中方法参数的增加，参数也会增加，相信大家都知道这个方法中参数的意思。
objc_msgSend函数会根据参数，找到对应类的对应“方法列表”，然后找到对应实现代码，若找不到会沿着继承关系向上查找，如果还没找到，触发“消息转发”机制（后面会介绍这个机制）。
这样下来调用一个方法大家可能感觉步骤太多，其实不会，objc_msgSend会将匹配结果放到一张“快速映射表”里，每个类都有一个这样的表，加快调用速度。另外还有一些特殊情况，OC运行环境中还有另外一些相关的处理函数，例如objc_msgSend_stret、objc_msgSend_fpret、objc_msgSendSuper就不在一一介绍。
另外提一个点，OC对象的每一个方法当编译成C语言的时候可以看成是下面这种的形式的

<returnType> Class_selector(id self, SEL _cmd, ...)

其中的方法名是随意起的，大家发现这个函数和objc_msgSend的形式很想，这是为了利用“尾调用优化”，是调用函数更简单、高效。

12. 理解消息转发机制

这小节介绍一下上面提到的消息转发机制，大家都知道，触发了消息转发机制，是因为我们没有找到对应的方法，下面看消息转发机制怎么处理这个问题。
介绍一下消息转发机制，大致分为三个阶段：
1.第一阶段，动态方法解析
对象在无法解读方法的时候，首先会调用所属类下面这个方法

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel

sel就是方法名，返回值为Boolean类型，表示这个类是否能新增实例方法处理这个方法（如果是类方法会调用+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel方法），我们需要自定义一些处理方法，用于动态添加到类中，用以解决问题（可以看后面的例子），如果这一步不能解决问题，转到第二阶段。
2.第二阶段，备援接收者
来到这一步，我们就要改变解决问题的思路，既然这个类不能处理这个方法，我们可不可以找别的类处理，这时候对应的处理方法：

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

aSelector是方法名，如果当前类能够找到一个类帮忙处理这个方法，就返回这个类，若找不到就放回nil（通过这个方法我们可以实现类似“多继承”）。
3.第三阶段，完整的消息转发
如果已经来到了这一步，我们就要做一个完整的消息转发。首先创建一个NSInvocation对象，把未处理方法的所有信息封装在里面，此对象包含方法名、目标、参数，这一步要调用下面的方法：

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation

这一步处理的方法很简单，就是在新的类上调用方法，如果这样做的话就和第二阶段没有什么差别了。通常在这一步的时候会做一些改进，会选择某种方式改变消息内容，例如追加参数，改变方法名等。
对于消息的处理，越早越好。
下面粘贴一个利用动态解析方法实现@dynamic属性的例子：
这个例子实现一个类，类似字典的功能，只不过写入和读取信息的时候用属性，而不是像字典一样用关键字。
.h文件中：

#import <Foundation/Foundation.h>
@interface EOCAutoDictionary : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString *string;
@property (nonatomic, strong) NSNumber *number;
@property (nonatomic, strong) NSData *date;
@property (nonatomic, strong) id opaqueObject;
@end

.m文件中：

#import "EOCAutoDictionary.h"
#import <objc/runtime.h> // 主要头文件的引用
@interface EOCAutoDictionary ()
@property (nonatomic, strong) NSMutableDictionary *backingStore;
@end
@implementation EOCAutoDictionary
@dynamic string, number, date, opaqueObject;
- (id)init{
    if ((self = [super init])) {
        _backingStore = [NSMutableDictionary new];
    }
    return self;
}
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
    NSString *selectorString = NSStringFromSelector(sel);
    // 通过是否以“set”开头判断方法名
    if ([selectorString hasPrefix:@"set"]) {
        /**
         * 向类中添加一个方法
         * 参数一 指定类名.
         * 参数二 新添加的方法的方法名.
         * 参数三 函数指针，指向待添加方法.
         * 参数四 待添加方法的类型编码.
         */
        class_addMethod(self, sel, (IMP)autoDictionarySetter, "v@:@");
    } else {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)autoDictionaryGetter, "@@:");
    }
    return YES;
}

id autoDictionaryGetter(id self, SEL _cmd){
    // 拿到存储数据的字典
    EOCAutoDictionary *typedSelf = (EOCAutoDictionary *)self;
    NSMutableDictionary *backingStore = typedSelf.backingStore;
    // 拿到方法名
    NSString *key = NSStringFromSelector(_cmd);
    // 返回对应的值
    return [backingStore objectForKey:key];
}
void autoDictionarySetter(id self, SEL _cmd, id value){
    // 拿到存储数据的字典
    EOCAutoDictionary *typedSelf = (EOCAutoDictionary *)self;
    NSMutableDictionary *backingStore = typedSelf.backingStore;
    // 拿到方法名并对其进行处理
    NSString *selectorString = NSStringFromSelector(_cmd);
    NSMutableString *key = [selectorString mutableCopy];
    // 移除方法名中的“:”
    [key deleteCharactersInRange:NSMakeRange(key.length-1, 1)];
    // 移除方法名中的“set”
    [key deleteCharactersInRange:NSMakeRange(0, 3)];
    // 将方法名第一个字符转为小写
    NSString *lowercaseFirstChar = [[key substringToIndex:1] lowercaseString];
    [key replaceCharactersInRange:NSMakeRange(0, 1) withString:lowercaseFirstChar];
    // 如果有值，写入字典中
    if (value) {
        [backingStore setObject:value forKey:key];
    } else {
        [backingStore removeObjectForKey:key];
    }   
}
@end

EOCAutoDictionary的用法也很简单，只要直接通过对应的属性名，就可以进行数据的存储。

13. 用“方法调配技术”调试“黑盒方法”

方法调配技术，简言之就是，将方法名和方法实现分割开来，任意组合。这样一来我们可以任意改变一个方法的实现，另外还可以通过这种办法给原有方法添加功能，对不知道内部实现的方法添加提示语句（黑盒调试）等等。
之所以能这么做，主要是因为方法均以指针的形式来表示，这种指针叫IMP，我们在调用方法的时候，只要将指针指向改变，就能实现我们想要的效果，运用起来也很简单，通过下面的例子大家就会运用(注意运行时头文件的引用)：

Method originalMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(lowercaseString));
Method swappedMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(uppercaseString))
method_exchangeImplementations(originalMethod, swappedMethod);

通过上面的例子，我们就把NSString的lowercaseString方法和uppercaseString方法调换了，是不是很简单。
其实这样做并没有什么意义，因为具体的方法实现已经都存在了，我们没必要改变一个方法实现，但是我们通过这种方法给已知的方法添加功能，例如下面的例子：
.h文件：

@interface NSString (EOCMyAdditions)
- (NSString *)eoc_myLowercaseString; // 在分类中给NSString添加功能
@end

.m文件：

@implementation NSString (EOCMyAdditions)
- (NSString *)eoc_myLowercaseString{
    NSString *lowercase = [self eoc_myLowercaseString];
    NSLog(@"%@ => %@", self, lowercase);
    return lowercase;
}
@end

然后我们使用方法调配技术，将上面的方法和lowercaseString方法进行调换：

Method originalMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(lowercaseString));
Method swappedMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(eoc_myLowercaseString));
method_exchangeImplementations(originalMethod, swappedMethod);

这样执行完后，当我们再调用lowercaseString方法的时候会有下面的结果：

NSString *string = @"This is tHe StRing";
NSString *lowercaseString = [string lowercaseString];
// Output:This is tHe StRing => this is the string

通过这个方法我们发现，我们可以为那些不知道内部实现的黑盒方法添加日志记录功能。
一般来说，我们很少用“方法调配”，只有在调试程序的时候才需要在运行期修改方法实现。

14. 理解“类对象”的用意

首先我们要知道，OC的实例对象是指向某块内存数据的指针，所以在声明变量时，要用*号。同时我们知道OC中有一种通用对象类型“id”（id本身已是一个指针），所以我们在用“id”声明变量的时候可能和平常有点不同：

NSString *aString = @"some string";
id aString = @"some string";

上面两种定义方式相比，语法意义相同，区别在于，指定具体类型后，当实例调用方法的时候，编辑器会给我们提示。
下面看一下“id”类型的定义：

typedef struct objc_object *id;

id其实是objc_object类型的结构体，而objc_object定义如下：

struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

结构体中是一个Class类型的变量，该变量定义对象所属的类。下面我们看一下Class类型是个什么东西：

typedef struct objc_class *Class;
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;

我们看到，这个结构体存放类的各种信息（元数据）,例如类有多少个实力变量，类名等等信息。
通过上面的关系，我们知道在objc的runtime中，类是用objc_class结构体表示的，对象是用objc_object结构体表示的， 对象的isa用来标示这个对象是哪个类的实例。
这些源码是属于objc runtime的，objc runtime的源代码苹果已经开源了，你可以在这里下载到objc的runtime源代码。
其实到这里大家可能会有一个疑问，为什么objc_class结构体里面也有一个isa，那么这个isa指向谁呢？我们往下看，[NSObject class]，这里我们调用了+ (Class)class这个类方法，我们再开发中经常用到这个方法，它返回的是这个类所属的Class类型。+ (Class)class类方法的实现源码是这样的：

+ (Class)class { 
    return self; 
} 

为什么会返回self，self总是指的自身，而在这里没有实例啊！这时候看开发文档我们会发现，实际上函数的返回值是一个类对象class object，所以其本质上还是一个对象而已。既然是一个对象，它拥有一个self指针也就不奇怪了，所以对于像NSObject这样的类来说，它其实代表的是一个类对象，本质上还是一个普通的实例对象，那么又会问了，这个类对象是谁的实例呢？很遗憾，要找到这个问题的答案，我们在 objc runtime 这一层上已经没办法办到了，我们需要到更低层，也就是 objc 语言层去寻找答案了，但是 objc 语言层是不开源的，如果想继续学习，大家可以在网上找模仿OC低层的代码。
以上了解一下就好，我们只要知道类的继承体系就行了，下面用一个例子：有一个类（暂且叫SomeClass）继承于NSObject,那么这些类和元类的继承关系是，SomeClass实例有一个isa指针指向SomeClass类，SomeClass类有一个isa指针指向SomeClass元类，NSObject类也有一个isa指针指向NSObject元类，SomeClass的父类是NSObject，SomeClass元类的父类是NSObject元类，通过这种关系，我们在类继承体系中查询类型信息，用isMenberOfClass:判断对象是否是某个特定类的实例，用isKindOfClass:判断对象是否为某类或其派生类的实例。因为OC是动态型语言的特性，上面两个方法非常有用。
有时我们可以用比较类对象是否等同的办法来进行比较，这时要用==操作符，而不是用isEqual方法，因为类对象是单利，在应用程序中，每个类的类对象只有一个实例，也就是说另外一种判断对象是否为某类实例的办法是：

id object = /*...*/
if ([object class] == [SomeClass class]){
}

这一部分基本都是关于OC运行时的知识，可能我们平时写代码的时候涉及很少，但是了解这些，对于我们的开发是很有帮助的，OC运行时是一个很强大的东西，有兴趣的同学可以好好研究一下。