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Runtime

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Runtime是一个以C和汇编语言编写的库，它是OC面向对象以及动态机制的基石
OC是一门动态化语言，其动态能力包括在运行时创建类和对象、进行消息传递、消息转发。
机器只能识别汇编语言，高级编程语言想要编译成可执行文件需要先转编程汇编，OC是无法直接编译成汇编语言的，需要由C语言进行过渡。我们知道OC是一门面向对象的语言，而C语言更多的是面向过程，所以需要将面向对象的类转变成面向过程的结构体。而实际上OC就是这么做的，我们观察类的源码可以发现它的内部是由许多个结构体组成的。

消息传递

消息传递方法：msg_send(id self, SEL op, …)。例如一个对象的方法：[person eat]，运行时编译器转成消息发送msg_send(person, eat)，过程是这样的：

  1. 通过person的isa指针找到它的class
  2. 在它内部的method_list中查找eat方法（类内部有一个cache用于存储调用过的方法，一个类可能会有非常多的方法，而常用的可能就是其中的10%-20%，如果每次都去遍历查找method_list效率太低，所以会对常用的方法进行缓存，以方法名为key，方法的IMP为value，先在缓存中进行查找，若没找到再去method_list中找，这样极大地提升了查找效率）
  3. 若在class的method_list以及cache中都没有找到，则去superClass中查找，一层层往上查找，直到找到eat为止
  4. 找到eat后，去执行它对应的IMP

消息转发

上述消息传递到第4部之后，若没有找到对应的selector，runtime就会开始消息转发，一共有三次机会

  1. 动态方法解析
  2. 备用接收者
  3. 完整消息转发

动态方法解析

若没有找到方法，会触发+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel或+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel方法，在该方法实现中你有机会提供一个方法（函数实现），如果你添加了函数并返回了YES，则运行时系统会重新启动一次消息发送的过程，代码实现：

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- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    self.testClass.name = @“Lucifer”;
    [self performSelector:@selector(runtimeTest)];
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
    NSLog(@“resolveInstanceMethod”);
    if (sel == NSSelectorFromString(@“runtimeTest”)) {
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)exchangeMethod, “v@:”);
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

void exchangeMethod(id obj, SEL _cmd){
    NSLog(@“runtimeTest”);
}

如果resolve返回NO，运行时会进入到下一步：- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector，可以在这一部进行消息接收者替换

备用接收者

如果对象实现了- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector，运行时就会给你机会启用一个对象做为备用接收者，将消息转发给它进行处理
实现代码：

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#import "TestClass.h"
@implementation TestClass
- (void)runtimeTest {
    NSLog(@"TestClass runtimeTest");
}
@end

#import "ViewController.h"
#import "TestClass.h"
@implementation ViewController
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self performSelector:@selector(runtimeTest)];
}
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
    if (aSelector == NSSelectorFromString(@"runtimeTest")) {
        return [TestClass new]; //消息转发给TestClass对象，让textClass对消息进行处理，实现runtimeTest方法
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
@end

完整消息转发

如果以上两步还不能处理未知消息，则会启用完整消息转发，这里说的完整消息，就是在触发- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector方法时获取到函数的参数和返回值类型，如果- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector返回 的是nil，runtime会发出doesNotRecognizeSelector:消息，这时程序崩溃。如果返回了一个函数签名（签名里包含了对象、方法名、方法返回值类型），runtime会创建一个NSInvovation对象，并调用- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation方法，可以在这个方法里进行完整消息转发。代码实现：

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#import "TestClass.h"
@implementation TestClass
- (void)runtimeTest {
    NSLog(@"TestClass runtimeTest");
}
@end

#import "ViewController.h"
#import "TestClass.h"
@implementation ViewController
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self performSelector:@selector(runtimeTest)];
}
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
    if (aSelector == NSSelectorFromString(@"runtimeTest")) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];// v@:是苹果官方声明的签名 return value @：target :：selector，这里v对应void，@对应self，:对应runtimeTest
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{
    SEL sel = anInvocation.selector;
    TestClass *tClass = [[TestClass alloc] init];
    if ([tClass respondsToSelector:sel]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:tClass]; //调用tClass去实现selector
    }else{
        [self doesNotRecognizeSelector:sel];
    }
}
@end

runtime应用

  • 关联对象，给category添加属性
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static char KAgeKey;
- (void)setAge:(NSString *)age{
    objc_setAssociatedObject(self, &KAgeKey, age, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
- (NSString *)age{
    return objc_getAssociatedObject(self, &KAgeKey);
}

  • 方法替换
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@implementation ViewController

+ (void)load{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class class = [self class];
        SEL originSel = @selector(viewDidLoad);
        SEL swizzledSel = @selector(newViewDidLoad);
    
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originSel);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSel);
        
        BOOL isAdded = class_addMethod(class, originSel, method_getImplementation(swizzledMethod), method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
        if (isAdded) {
            class_replaceMethod(class, swizzledSel, method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod));
        }else{
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        }
    });
}

- (void)viewDidLoad {
    NSLog(@"viewDidLoad");
    [super viewDidLoad];
}

- (void)newViewDidLoad{
    NSLog(@"newViewDidLoad");
    [self newViewDidLoad];
}

  • KVO实现
    当我们对一个对象A的name属性进行观察时，runtime会动态创建一个A的子类NSKVONotifying_A，并在NSKVONotifying_A中实现name的setter方法，在setter方法中观察name值的变化，并发出通知。那么是如何发出通知的呢，其实是在setter内部添加了willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:方法，代码如下：
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- (void)setName:(NSString *)newName { 
      [self willChangeValueForKey:@"name"];    //KVO 在调用存取方法之前总调用 
      [super setValue:newName forKey:@"name"]; //调用父类的存取方法 
      [self didChangeValueForKey:@"name"];     //KVO 在调用存取方法之后总调用
}

  • 消息转发实现热更新（JSPatch）
  • 实现字典转模型（MJExtension实现原理）
    通过runtime提供的class_copyPropertyList方法遍历自身素有属性，然后用property_getName、property_getAttributes方法拿到对应属性名和属性类型，最后与json数据进行比对，对model进行赋值。代码如下：
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- (instancetype)initWithDict:(NSDictionary *)dict {
    if (self = [self init]) {
        //(1)获取类的属性及属性对应的类型
        NSMutableArray * keys = [NSMutableArray array];
        NSMutableArray * attributes = [NSMutableArray array];
        /*
         * 例子
         * name = value3 attribute = T@"NSString",C,N,V_value3
         * name = value4 attribute = T^i,N,V_value4
         */
        unsigned int outCount;
        objc_property_t * properties = class_copyPropertyList([self class], &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
            objc_property_t property = properties[i];
            //通过property_getName函数获得属性的名字
            NSString * propertyName = [NSString stringWithCString:property_getName(property) encoding:NSUTF8StringEncoding];
            [keys addObject:propertyName];
            //通过property_getAttributes函数可以获得属性的名字和@encode编码
            NSString * propertyAttribute = [NSString stringWithCString:property_getAttributes(property) encoding:NSUTF8StringEncoding];
            [attributes addObject:propertyAttribute];
        }
        //立即释放properties指向的内存
        free(properties);

        //(2)根据类型给属性赋值
        for (NSString * key in keys) {
            if ([dict valueForKey:key] == nil) continue;
            [self setValue:[dict valueForKey:key] forKey:key];
        }
    }
    return self;
}

[super message]的底层实现

objc_msgSendSuper({self, [Person class]}, @selector(message))

  1. 消息接受者仍然是子类对象
  2. 从父类开始查找方法实现