iOS开发之runtime运行时机制

时间:2022-07-16 08:02:43

  最近参加三次面试都有被问到runtime,因为不太懂runtime我就只能支支吾吾的说点零碎。我真的好几次努力想看一看runtime的知识,因为知道理解它对理解OC代码内部变化有一定帮助,不过真心觉得对开发没啥意义和用处,又是纯C的代码,现在开源项目那么多,基本都能参考别人的代码达到自己的目的。不过为了面试,今天硬着头皮稍微学了点,才算明白一点runtime的强大之处,现在大致知道它可以用来归档解档,以及字典转模型等。勉强写写今天的一点收获总结吧,依然很零碎,看官请自便。我发现这篇文章不错,看了几篇关于runtime的文章,这篇我感觉稍微通熟易懂一点,地址:Objective-C特性:Runtime,如果想了解更多请参考这篇吧。

什么是runtime(运行时机制)

  Objective-C是基于C语言加入了面向对象特性和消息转发机制的动态语言,这意味着它不仅需要一个编译器,还需要Runtime系统来动态创建类和对象,进行消息发送和转发。

    1.runtime是一套比较底层的纯C语言API, 属于1个C语言库, 包含了很多底层的C语言API。

    2.平时编写的OC代码, 在程序运行过程中, 其实最终都是转成了runtime的C语言代码, runtime算是OC的幕后工作者

runtime的作用

  runtime是属于OC的底层, 可以进行一些非常底层的操作(用OC是无法现实的, 不好实现)。

    1.在程序运行过程中, 动态创建一个类(比如KVO的底层实现)

    2.在程序运行过程中, 动态地为某个类添加属性\方法, 修改属性值\方法

    3.遍历一个类的所有成员变量(属性)\所有方法

runtime相关应用

  * NSCoding(归档和解档, 利用runtime遍历模型对象的所有属性)

  * 字典 --> 模型 (利用runtime遍历模型对象的所有属性, 根据属性名从字典中取出对应的值, 设置到模型的属性上)

  * KVO(利用runtime动态产生一个类)

  * 用于封装框架(想怎么改就怎么改)

Runtime数据结构

  在Objective-C中,使用[receiver message]语法并不会马上执行receiver对象的message方法的代码,而是向receiver发送一条message消息,这条消息可能由receiver来处理,也可能由转发给其他对象来处理,也有可能假装没有接收到这条消息而没有处理。其实[receiver message]被编译器转化为:

id objc_msgSend ( id self, SEL op, ... );

下面简单介绍runtime中重要的数据结构:

SEL

表示方法选择器。其实它就是映射到方法的C字符串,你可以通过Objc编译器命令@selector()或者Runtime系统的sel_registerName函数来获取一个SEL类型的方法选择器。

id

id是通用类型指针,能够表示任何对象。id其实就是一个指向objc_object结构体指针,它包含一个Class isa成员,根据isa指针就可以顺藤摸瓜找到对象所属的类。

Class

Class表示对象所属的类。可以查看到Class其实就是一个objc_class结构体指针。在面向对象设计中,一切都是对象,Class在设计中本身也是一个对象。

Method

Method表示类中的某个方法。其实Method就是一个指向objc_method结构体指针,它存储了方法名(method_name)、方法类型(method_types)和方法实现(method_imp)等信息。

Ivar

Ivar表示类中的实例变量。Ivar其实就是一个指向objc_ivar结构体指针,它包含了变量名(ivar_name)、变量类型(ivar_type)等信息。

IMP

IMP本质上就是一个函数指针,指向方法的实现。当你向某个对象发送一条信息,可以由这个函数指针来指定方法的实现,它最终就会执行那段代码,这样可以绕开消息传递阶段而去执行另一个方法实现。

Cache

Cache主要用来缓存。Cache其实就是一个存储Method的链表,主要是为了优化方法调用的性能。当调用方法时,优先在Cache查找,如果没有找到,再到methodLists查找。

Runtime消息发送

  前面从objc_msgSend作为入口,逐步深入分析Runtime的数据结构,了解每个数据结构的作用和它们之间关系后,我们正式转入消息发送这个正题。

objc_msgSend函数

  在前面已经提过,当某个对象使用语法[receiver message]来调用某个方法时,其实[receiver message]被编译器转化为:

id objc_msgSend ( id self, SEL op, ... );

现在让我们看一下objc_msgSend它具体是如何发送消息:

  1.首先根据receiver对象的isa指针获取它对应的class

  2.优先在class的cache查找message方法,如果找不到,再到methodLists查找

  3.如果没有在class找到,再到super_class查找

  4.一旦找到message这个方法,就执行它实现的IMP。

iOS开发之runtime运行时机制

方法解析与消息转发

  [receiver message]调用方法时,如果在message方法在receiver对象的类继承体系中没有找到方法,那怎么办?一般情况下,程序在运行时就会Crash掉,抛出 unrecognized selector sent to …类似这样的异常信息。但在抛出异常之前,还有三次机会按以下顺序让你拯救程序。

  1.Method Resolution

  2.Fast Forwarding

  3.Normal Forwarding

iOS开发之runtime运行时机制

三种方法的选择

  Runtime提供三种方式来将原来的方法实现代替掉,那该怎样选择它们呢?

    1.Method Resolution:由于Method Resolution不能像消息转发那样可以交给其他对象来处理,所以只适用于在原来的类中代替掉。

    2.Fast Forwarding:它可以将消息处理转发给其他对象,使用范围更广,不只是限于原来的对象。

    3.Normal Forwarding:它跟Fast Forwarding一样可以消息转发,但它能通过NSInvocation对象获取更多消息发送的信息,例如:target、selector、arguments和返回值等信息。

Method Swizzling

  Method Swizzling就是在运行时将一个方法的实现代替为另一个方法的实现。如果能够利用好这个技巧,可以写出简洁、有效且维护性更好的代码。

总结

  虽然在平时项目不是经常用到Objective-C的Runtime特性,但当你阅读一些iOS开源项目时,你就会发现很多时候都会用到。所以深入理解Objective-C的Runtime数据结构、消息转发机制有助于你更容易地阅读和学习开源项目。