Objective-C 运行时以及 Swift 的动态性
ObjectiveC 2019-06-26
前言
- 1、Objective-C 是一门基于运行时的编程语言，
这意味着所有方法、变量、类之间的link，都会推迟到应用实际运行的最后一刻才会建立。
这将给开发人员极高的灵活性，因为我们可以修改这些link。
- 2、而不同的是，Swift 绝大多数时候是一门面向编译时的语言。
因此在 Swift 当中，灵活性受到了限制，不过您会因此得到更多的安全性。
我们通常所说的 Objective-C 「动态性」，往往都是指 KVO。虽然还有其余的函数，但是这些是最常见、最常用的。这也就是人们所说的，Swift 缺失的部分。
而 KVO是Foundation框架基于运行时实现的一个特性。因此本文先从Objective-C 的运行时 开始描述。
Objective-C 的运行时
本质上是一个库。它负责了 “Objective” 这个部分，
#import <objc/runtime.h>
它主要由 C 和汇编编写而成，其实现了诸如类、对象、方法调度、协议等等这些东西。它是完全开源的，并且开源了很长一段时间了。
- 对象在 runtime.h 当中是这样定义的：
typedef struct objc_class *Class;
struct objc_object {
Class isa;
};对象只与一个类建立引用关联，也就是这个 isa 的意思所在。
- 类的定义
struct objc_class {
Class isa;
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;
};类当中同样有 isa 这个值。除了 NSObject 这个类之外，super_class 的值永远不会为 nil，因为 Objective-C 当中的其余类都是以某种方式继承自 NSObject 的.
更多的应该是关注变量列表 (ivars)、方法列表 (methodLists) 和这个协议列表 (protocols)。
这些就是我们能在运行时修改和读取的。可以看到，对象其实本质上是一个非常简单的结构体，类同样也是。我们可以借助运行时函数，从而在运行时动态创建类。
Creates a new class and metaclass.
BJC_EXPORT Class _Nullable
objc_allocateClassPair(Class _Nullable superclass, const char * _Nonnull name,
size_t extraBytes)
OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);Class myClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], "MyClass", 0); // 在这里添加变量、方法和协议 objc_registerClassPair(myClass); // 当类注册之后，变量列表将会被锁定 [[myClass alloc] init];
所创建的这个类和其余的 Objective-C 类毫无区别.
利用 Objective-C 运行时函数：allocateClassPair 创建Class。我们为其提供一个 isa，在本例当中我们提供了 NSObject，然后为其命名。第三个参数则是额外字节的定义，通常我们都直接赋值 0 即可。随后我们就可以添加变量、方法以及协议了，之后就注册这个 ClassPair。注册之后，我们就无法修改变量列表了，其余的内容仍然可以修改。
「内省 (introspection)」机制：判别这个类能执行何种操作
[myObject isMemberOfClass:NSObject.class]; [myObject respondsToSelector:@selector(doStuff:)]; // isa == class class_respondsToSelector(myObject.class, @selector(doStuff:));
- 在运行时层面，isMemberOfClass 对比两者的 isa 是否相同。
- respondsToSelector" 则封装了一个 Objective-C 运行时函数：
respondsToSelector，其接受 Selector 和类为参数。
BJC_EXPORT BOOL
class_respondsToSelector(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull sel)
OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);XCTest 的最简单版本：借助 Objective-C 的运行时机制实现
在编写 XCTestCase 的时候，需要完成 setUp 和 tearDown 的设定，随后才能编写相关的 test 函数。
当测试运行的时候，系统会自行遍历所有的测试函数，并自动运行。
unsigned int count;
Method *methods = class_copyMethodList(myObject.class,
&count);
//Ivar *list = class_copyIvarList(myObject.class,&count);
for(unsigned i = 0; i < count; i++) {
SEL selector = method_getName(methods[i]);
NSString *selectorString =
NSStringFromSelector(selector);
if ([selectorString containsString:@"test"]) {
[myObject performSelector:selector];
}
}
free(methods);变量和方法是由什么组成
struct objc_ivar {
char *ivar_name;
char *ivar_type;
int ivar_offset;
}
struct objc_method {
SEL method_name;
char *method_types;
IMP method_imp;
}- 变量的组成包含了变量类型和变量名称。偏移量 (offset) 则是内存管理方面的内容。
- 方法还用编码字符串来表示其类型。之后便是方法的实现，它使用了一种特定的表示方式，
- 在运行时向对象当中添加方法
Method doStuff = class_getInstanceMethod(self.class, @selector(doStuff)); IMP doStuffImplementation = method_getImplementation(doStuff); const char *types = method_getTypeEncoding(doStuff); //“v@:@" class_addMethod(myClass.class, @selector(doStuff:), doStuffImplementation, types);
这个例子具体的方法实现部分我们取了个巧，因为我们使用了既有的 doStuff 方法，
因此能够很简单地获取其方法实现和方法类型。
不过我们还可以用其他方法来完成：交换方法的实现。可以使用运行时当中最著名的动态特性：方法混淆 (swizzling)。
- objc_msgSend
我们可以使用 [self doStuff] 或者 [self performSelector:@selector(doStuff)] 来进行调用，实际上在运行时级别，它们都是借助 objc_msgSend 向对象发送了一个消息。
[self doStuff]; [self performSelector:@selector(doStuff)]; objc_msgSend(self, @selector(message));
与类别Category相比运行时的setAssociatedObject、getAssociatedObject好处：向既有的类当中添加存储属性
扩展一个不是自己创建的类，想要向其中添加函数。Swift 的扩展与之非常相似。
类别的一个问题便在于，它无法添加存储属性。您可以添加一个计算属性，但是存储属性是无法添加的。
运行时的另一个特性便是：
我们可以借助 setAssociatedObject 和 getAssociatedObject 这两个函数，向既有的类当中添加存储属性。
@implementation NSObject (AssociatedObject)
@dynamic associatedObject;
- (void)setAssociatedObject:(id)object {
objc_setAssociatedObject(self,
@selector(associatedObject), object,
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (id)associatedObject {
return objc_getAssociatedObject(self,
@selector(associatedObject));
}方法转发：崩溃之前会预留几个步骤
但是如果调用方法所在的对象为 nil 的时候，我们就会得到一个异常，应用便会崩溃。但事实证明，在崩溃之前会预留几个步骤，从而允许我们对某个不存在的函数进行一些操作。
// 1
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
// 添加实例方法并返回 YES 的一次机会，它随后会再次尝试发送消息
}
// 2
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
// 返回可以处理 Selector 的对象
}
// 3
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
// 您需要实现它来创建 NSInvocation
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation {
// 在您所选择的目标上调用 Selector
[invocation invokeWithTarget:target];
}ps:试图桥接两个不同的框架的时候，这个功能便非常有用
- 第一步
当调用了某个不存在的方法时，运行时首先会调用一个名为 resolveInstanceMethod 的类方法，
如果所调用的方法是类方法的话，则为调用 resolveClassMethod。
这时候我们便有机会来添加方法了，即上面提到的利用运行时动态添加方法
- 第2步
如果不想创建新方法的话，第一步返回了NO，
还有 forwardingTargetForSelector。可以直接返回需要调用方法的目标对象即可，之后这个对象就会调用 Selector。
第三步骤：forwardInvocation
略为复杂的 forwardInvocation。
如果您需要这么做，那么还需要实现 methodSignatureForSelector。
所有的调用过程都被封装到 NSInvocation 对象当中，之后你便可以使用特定的对象进行调用了。
swizzling
交换方法的实现
+ (void)load {
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
Class class = [self class];
SEL originalSelector = @selector(doSomething);
SEL swizzledSelector = @selector(mo_doSomething);
Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class,
originalSelector);
Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class,
swizzledSelector);
BOOL didAddMethod = class_addMethod(class, originalSelector,
method_getImplementation(swizzledMethod),
method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
if (didAddMethod) {
class_replaceMethod(class,
swizzledSelector,
method_getImplementation(originalMethod),
method_getTypeEncoding(originalMethod));
} else {
method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
}
});
}2种实现方式：
1、class_addMethod originalSelector 的时候使用swizzledMethod的IMP、TYP
之后进行class_replaceMethod，来达到交换的目的。
即先换掉originalSelector的IMP，再换掉swizzledMethod的IMP，达到exchange 的目的
2、直接使用exchange 方法
- 小结
当类加载之后，会调用一个名为 load 的类函数。由于我们只打算混淆一次，因此我们需要使用 dispatch_once。接着我们便可以得到该方法，然后使用 class_replaceMethod 或者 method_exchangeImplementations 来替换方法。
之所以想要混淆，是因为它可以用于日志记录和 Mock 测试。例如上报用户打开的界面所在VC的名称，就可以使用swizzling 统一处理
运行时层面的上一层，Foundation 框架
Foundation 框架实现了基于运行时的一个特性：
键值编码 (key-value-coding, KVC) 以及键值观察 (key-value observing, KVO)。
KVC 和 KVO 允许我们将 UI 和数据进行绑定。这也是 Rx 以及其他响应式框架实现的基础。
ps:而且MVVM的实现又可以借助“V-VM”第三方绑定框架进行实现
- KVC 的工作方式
@property (nonatomic, strong) NSNumber *number; [myClass valueForKey:@"number"]; [myClass setValue:@(4) forKey:@"number"];
可以将属性名称作为键，来获取属性值或者设置属性值.
- KVO，可以对状态的变化进行注册
[myClass addObserver:self
forKeyPath:@"number"
options:NSKeyValueObservingOptionInitial | NSKeyValueObservingOptionNew
context:nil];
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath
ofObject:(id)object
change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change
context:(void *)context{
// Respond to observation.
}在观察的值发生变更之后，KVO 会调用此方法立即通知观察者。通过这个方法，我们便可以按需更新 UI。
我们通常所说的 Objective-C 「动态性」，往往都是指 KVO。虽然还有其余的函数，但是这些是最常见、最常用的。这也就是人们所说的，Swift 缺失的部分。
第二大内容：Swift
Swift 是一种强类型语言。类型静态，也就是说 Swift 的默认类型是非常安全的。
如果需要的话，不安全类型也是存在的，Swift 中的动态性可以通过 Objective-C 运行时来获得。
但是 Swift 开源并迁移到 Linux 之后，由于 Linux 上的 Swift 并不提供 Objective-C 运行时，事情就。。
- @objc 和 @dynamic
Swift 当中存在有这两个修饰符 @objc 和 @dynamic，此外我们同样还可以访问 NSObject。@objc 将您的 Swift API 暴露给 Objective-C 运行时，但是它仍然不能保证编译器会尝试对其进行优化。
如果您真的想使用动态功能的话，就需要使用 @dynamic。（一旦您使用了 @dynamic 修饰符之后，就不需要添加 @objc 了，因为它已经隐含在其中。）
Swift 当中的动态特性
- 方法转发
// 1
override class func resolveInstanceMethod(_ sel: Selector!)
-> Bool {
// 添加实例方法并返回 true 的一次机会，它随后会再次尝试发送消息
}
// 2
override func forwardingTarget(for aSelector: Selector!) ->
Any? {
// 返回可以处理 Selector 的对象
}
// 3 - Swift 不支持 NSInvocation- 方法混淆
load 在 Swift 不再会被调用，因此我们需要在 initialize 中进行混淆。
在 Objective-C 当中，我们使用 dispatch_once，但是自 Swift 3 之后，dispatch_once 便不复存在于 Swift 当中了。事情变得略为复杂。
- 内省
if self is MyClass {
// YAY
}
let myString = "myString";
let mirror = Mirror(reflecting: myString)
print(mirror.subjectType) // “String"
let string = String(reflecting: type(of:
myString)) // Swift.String
// No native method introspectionis 替代了 isMemberOfClass
- 小结
- 无法自动遍历所有的函数
如果打算为 Linux 编写单元测试的时候，就无法自动遍历所有的函数。您必须实现 static var allTests，然后手动列出所有的测试函数。这很。。。。
- KVO 和 KVC 在 Swift 被极大地削弱了。
KVO 的魅力在于，您可以在不是自己所创建的类当中使用它，也可以只对您想要监听变化的类使用。所观察的对象必须要继承自 NSObject，并且使用一个 Objective-C 类型。所观察的变量必须要生命为 dynamic。导致你必须要对想要观察的事务了如指掌。
只能使用基于协议来观察对象，语言自身是没有原生的解决方案的。或者使用一些符合 Swift 风格的方法来暴露一些运行时函数的 ObjectiveKit 的开源库
