動態(tài)語言

OC是一門不折不扣的動態(tài)語言，所以它的很多機(jī)制都是動態(tài)運(yùn)行時決定的。這點(diǎn)和C語言不一樣，C語言是靜態(tài)綁定，也就是編譯后所有的一切都已經(jīng)決定了。這一點(diǎn)和C語言的函數(shù)指針有些類似，很多時候函數(shù)指針在編譯的時候并不知道會指向哪個函數(shù)，所以此時就是動態(tài)綁定。

舉幾個OC動態(tài)類型的例子，最為直接的就是id類型了、還有關(guān)聯(lián)對象、動態(tài)綁定、消息轉(zhuǎn)發(fā)、方法調(diào)配、這些技術(shù)都是動態(tài)類型很好的證明。

OC對象結(jié)構(gòu)

在介紹動動態(tài)性之前，我們先來看看OC對象的一些結(jié)構(gòu)。

#import<objc/runtime>這是OC運(yùn)行時函數(shù)庫，里面定義了很多結(jié)構(gòu)體。

首先看對象的結(jié)構(gòu)：

typdef struct objc_object {      Class isa;     }  *id;

對象結(jié)構(gòu)中非常簡單，只有一個isa指針，isa指針后面我們會介紹。

接下來我們看類的結(jié)構(gòu)體

struct objc_class {    Class isa#if !__OBJC2__    Class super_class                                            const char *name                                           long version                                               long info                                                   long instance_size                                           struct objc_ivar_list *ivars                               struct objc_method_list **methodLists              struct objc_cache *cache                                 struct objc_PRotocol_list *protocols               #endif}typedef struct objc_class *Class;

可以看到很多信息都在Class中定義著，里面信息如下

接下來我們逐個介紹一下：

isa指針和super_class

在OC中，嚴(yán)格意義上講是沒有類這種概念的，每一個類都是一個對象，只不過類對象是一個單例。

isa指針存在于每一個對象中，類普通實(shí)例的isa指針指向類，類的isa指針指向它的元類（類方法全部都在元類中存放）。元類的isa指針指向根元類，也就是NSObject的isa所指向的元類。

super_class只有類和元類才有，它們分別指向自己的父類和父元類，而為了讓NSObject成為所有類的根類，讓NSObject的元類的父類指針也指向了NSObject。

這樣說可能也不是很好理解，看下面這張圖應(yīng)該就很快理解了。

等下我們說到消息傳遞的時候還會在說到isa和super_class。

ivars屬性列表

struct objc_ivar_list {    int ivar_count                       #ifdef __LP64__    int space                                       #endif    /* variable length structure */    struct objc_ivar ivar_list[1]               }    

space作用還不太清楚...求指教啊。

下面是實(shí)例變量結(jié)構(gòu)

struct objc_ivar {    char *ivar_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;    char *ivar_type                                          OBJC2_UNAVAILABLE;    int ivar_offset                                          OBJC2_UNAVAILABLE;#ifdef __LP64__    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;#endif}  

可以看到有一個ivar_offset，這個是實(shí)例變量在編譯時的偏移量，是由編譯時決定的。

 methodLists方法列表

struct objc_method_list {    struct objc_method_list *obsolete                           int method_count                                       #ifdef __LP64__    int space                                            #endif    /* variable length structure */    struct objc_method method_list[1]                  }  

該結(jié)構(gòu)有方法鏈表和方法總數(shù)。

struct objc_method {    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;}       

里面有函數(shù)名，返回值類型和函數(shù)實(shí)現(xiàn)，接下來看看SEL和IMP定義

typedef struct objc_selector *SEL;typedef id (*IMP)(id, SEL, ...); 

可以看到SEL是objc_selector，(*IMP)(id,SEL,...)是id，我沒有找到objc_selector的結(jié)構(gòu)所以這里也沒法說什么...

cache緩存列表

typedef struct objc_cache *Cache                            #define CACHE_BUCKET_NAME(B)  ((B)->method_name)#define CACHE_BUCKET_IMP(B)   ((B)->method_imp)#define CACHE_BUCKET_VALID(B) (B)#ifndef __LP64__#define CACHE_HASH(sel, mask) (((uintptr_t)(sel)>>2) & (mask))#else#define CACHE_HASH(sel, mask) (((unsigned int)((uintptr_t)(sel)>>3)) & (mask))#endifstruct objc_cache {    unsigned int mask /* total = mask + 1 */                 unsigned int occupied                                     Method buckets[1]                                   };

 緩存列表里面包含了已緩存的方法，用于快速的調(diào)用，不需要在去方法列表里面查詢了。

protocol協(xié)議列表

struct objc_protocol_list {    struct objc_protocol_list *next;    long count;    Protocol *list[1];};

協(xié)議列表包含了協(xié)議數(shù)量和協(xié)議的指針。

id

id類型實(shí)際上就是一個objc_object的typedef，是一個對象實(shí)例，而且還是一個指針，所以用id來定義對象的時候就不需要加*號了。

id類型往往需要我們使用”自省“機(jī)制來保證使用安全，所謂自省其實(shí)就是看看這個對象是不是某個類的實(shí)例，或者是不是其子類。

自省用一下兩個方法：

isKindOfClass:(Class)class          判斷是不是其類族對象

isMemberOfClass:(Class)class     判斷是不是類本身對象

關(guān)聯(lián)對象

關(guān)聯(lián)對象在我之前的博客中已經(jīng)有介紹了，這里就不再說了。

OC消息機(jī)制和消息轉(zhuǎn)發(fā)

別的語言調(diào)用函數(shù)，OC則叫做發(fā)送消息，這是因?yàn)樗蠴C的方法調(diào)用實(shí)際上底層都是通過

objc_msgSend(id self , SEL cmd,...)來發(fā)送的。

該函數(shù)的作用就是傳遞給一個對象某個方法，后面的不定參數(shù)列表是方法所需要的參數(shù)。

這里說一下OC的消息傳遞機(jī)制，首先對一個對象發(fā)送消息，它會先檢查自己的類中有沒有該方法，如果沒有就找他的父類中有沒有，如果還沒有則會進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)。

在看例子之前先說一下，Xcode6貌似默認(rèn)行為不讓我們使用objc_msgSend了，所以需要先設(shè)置一下

把這一項(xiàng)設(shè)置為No就可以了。

這里看個例子，

        EqualObject *object1 = [EqualObject new];        EqualObject *object2 = [EqualObject new];        object1.name = @"xiaoming";        object2.name = @"xiaoming";                BOOL isEqual = objc_msgSend(object1,@selector(isEqualToEqualObject:),object2);                if(isEqual)        {            NSLog(@"equal");        }

EqualObject是我們自己實(shí)現(xiàn)的類，它有一個判斷是否相等的方法isEqualToEqualObject:，如果name相等就人為兩個對象相等。

這里我們直接傳遞消息，不通過OC語法，運(yùn)行程序可以看到equal被打印了出來。

然后我們再看看消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。

當(dāng)該對象包括其父類都沒有這個方法的時候會啟動，消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制分為兩大階段。

第一階段先看對象所屬類是否有能力動態(tài)添加方法，已處理這個位置的選擇子，這叫做動態(tài)解析（dynamic method resolution）。

第二階段設(shè)計(jì)“完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制”。如果運(yùn)行期系統(tǒng)已經(jīng)把第一階段執(zhí)行完了，那么接受者自己就沒法再以動態(tài)新增方法的手段來處理與消息相關(guān)的方法調(diào)用。這又分為兩個小步。

首先，請接受者看看有沒有其他對象能處理這條消息。若有，則在運(yùn)行時轉(zhuǎn)給那個對象，于是消息轉(zhuǎn)發(fā)過程結(jié)束。若沒有“備用的接受者”，則啟動完成的消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，運(yùn)行起系統(tǒng)會把與消息有關(guān)的全部細(xì)節(jié)都封裝到NSInvocation對象中，再給接受者最后一次機(jī)會，令其設(shè)法解決當(dāng)前還未處理的這條消息。

動態(tài)方法解析

遇到無法解析的信息后，首先將調(diào)用其所屬類的下列類方法：
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)selector

該方法參數(shù)就是未知的選擇子，返回BOOL類型那個，表示這個類是否能新增一個實(shí)力方法已處理這個選擇子。假如是類方法，那么會調(diào)用

+(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)selector

使用這種方法的前提是相關(guān)的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)寫好了，只等運(yùn)行時動態(tài)的插入就行，比如CoreData中NSManagedObjects對象的屬性時就可以這么做，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)這些屬性所需的存取方法在編譯期就能確定。

下面我們看個例子

void showMessage(id self, SEL _cmd, id value){    if([value isKindOfClass:[NSString class]])    {        NSLog(@"%@",(NSString *)value);    }}+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{    NSString *selString = NSStringFromSelector(sel);    if([selString isEqualToString:@"showMessage:"])    {        class_addMethod(self, sel, (IMP)showMessage, "v@:@");        return YES;    }    else    {        return [super resolveInstanceMethod:sel];    }}

向剛才EqualObject添加以上實(shí)現(xiàn)帶代碼，然后在客戶端調(diào)用：

        objc_msgSend(object1,@selector(showMessage:),@"Hello");

能夠看到程序并沒有報錯，而且還打印出了Hello!

備援接受者

當(dāng)沒有使用動態(tài)方法解析后，還是出發(fā)備用接受者，該步驟會觸發(fā)該方法

-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)selector

方法參數(shù)是未知的選擇子，如果找到備用對象返回對象，否則返回nil。

可以利用該方法來模擬多重繼承機(jī)制（實(shí)際為組合），因?yàn)橥獠靠床坏剑愿杏X上就像是本身處理該消息。

下面看一個例子：

把剛才添加的代碼注釋掉，添加一個新類OtherObject，添加showMessage方法，然后在EqualObject中添加以下代碼

-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{    NSString *selectString = NSStringFromSelector(aSelector);    if([selectString isEqualToString:@"showMessage:"])    {        return other;    }    return nil;}

會發(fā)現(xiàn)Hello依舊出現(xiàn)了！，而且如果你在OtherObject中的showMessage方法中打上斷點(diǎn)，會發(fā)現(xiàn)方法執(zhí)行到了OtherObject中...

完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)

如果消息沒有轉(zhuǎn)發(fā)，那么回來到這一步，首先創(chuàng)建NSInvocation對象，然后把未處理的信息細(xì)節(jié)全部都封裝于其中。

此對象包含選擇子、目標(biāo)(target)和參數(shù)。在觸發(fā)NSInvocation對象時，“消息派發(fā)系統(tǒng)”會把消息派給目標(biāo)。

此步驟會調(diào)用以下方法：

-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation

這個方法實(shí)現(xiàn)簡單，只要改變調(diào)用目標(biāo)，使消息在新目標(biāo)上得以調(diào)用即可。但是這樣和備用接受者實(shí)現(xiàn)就一樣了，所以一般都不會這樣寫。

比較有用的實(shí)現(xiàn)是再出發(fā)消息前，先以某種方式改變消息內(nèi)容，比如追加另一個參數(shù)，或是改裝選擇子。

如果發(fā)現(xiàn)不該由該類執(zhí)行，那么需要調(diào)用超類的該方法，繼承體系中每個類都有機(jī)會處理此調(diào)用請求，如果到NSObject還不能處理會調(diào)用doesNotRecognizerSelector拋出異常。

實(shí)現(xiàn)上面那個方法的時候需要同時實(shí)現(xiàn)。

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;

需要先對NSInvocation簽名然后才能使用NSInvocation

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {    NSMethodSignature *sig;    sig = [other methodSignatureForSelector:aSelector];    return sig;}-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{    [anInvocation invokeWithTarget:other];}

方法調(diào)配

在運(yùn)行時，我們還可以使用方法調(diào)配技術(shù)來改變SEL指向的IMP，比如說目前方法名和對應(yīng)IMP如下

但是當(dāng)我們使用方法調(diào)配后，就可以出現(xiàn)一下情況

其實(shí)我們修改的本質(zhì)是方發(fā)表的映射，修改了選擇子的指向

該技術(shù)主要用到的方法如下

void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)

該函數(shù)的兩個參數(shù)表示待交換的兩個方法實(shí)現(xiàn)，而方法實(shí)現(xiàn)則可通過下列函數(shù)獲得：

Method class_getInstanceMethod(Class aClass , SEL aSelector)

現(xiàn)在我們向EqualObject中添加methodA和methodB

-(void)methodA{    NSLog(@"methodA");}-(void)methodB{    NSLog(@"methodB");}

然后客戶端這樣寫

        EqualObject *object1 = [EqualObject new];        Method methodA = class_getInstanceMethod([EqualObject class], @selector(methodA));        Method methodB = class_getInstanceMethod([EqualObject class], @selector(methodB));        method_exchangeImplementations(methodA, methodB);                [object1 methodA];

運(yùn)行后就會打印出methodB。

利用該技術(shù)進(jìn)行黑盒調(diào)試

要進(jìn)行黑盒調(diào)試，主要用到的就是該技術(shù)和category

下面來看看具體該如何編寫:

首先添加一個EqualObject的category，然后添加一個新方法plusMethodA

-(void)plusMethodA{    [self plusMethodA];    NSLog(@"this is plus version");}

這里看著像是會無限遞歸，但是實(shí)際上plusMethodA選擇子已經(jīng)指向了methodA的IMP，所以并不會出現(xiàn)無限調(diào)用的情況。

客戶端代碼

        EqualObject *object1 = [EqualObject new];        Method methodA = class_getInstanceMethod([EqualObject class], @selector(methodA));        Method methodB = class_getInstanceMethod([EqualObject class], @selector(plusMethodA));        method_exchangeImplementations(methodA, methodB);                [object1 methodA]

輸出結(jié)果為

2015-08-13 09:06:01.672 Equal[8282:5413229] methodA2015-08-13 09:06:01.673 Equal[8282:5413229] this is plus version

可以看到我們沒有繼承一個類就做到了擴(kuò)展某個方法，用于調(diào)試打印一些輸出信息會很有用！

常用Runtime總結(jié)

關(guān)聯(lián)對象：

設(shè)置一個關(guān)聯(lián)對象

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

獲取關(guān)聯(lián)對象

void objc_getAssociatedObject(id object, void *key)

刪除該對象所有的關(guān)聯(lián)對象

void objc_removeAssociatedObjects(id object)

消息傳遞

向某個對象/父類 發(fā)送消息

objc_msgSend（Super）

方法調(diào)配

交換兩個方法的實(shí)現(xiàn)

void method_exchangeImplementation(Method m1, Method m2)

得到該法的指針

Method class_getInstanceMethod(Class aClass, SEL aSelector)

動態(tài)創(chuàng)建對象

創(chuàng)建新的類

Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)

給類增加新的方法

BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)

注冊新的類

void objc_registerClassPair(Class cls)

獲得對象的isa指針?biāo)赶虻膶ο?/p>

Class object_getClass(id obj)