以前在使用jastor解析Json成model的时候里面涉及到了Runtime里面的知识,所以专门看了Objective-C Runtime 运行时之一到六这一系列的文章,整个Jastor也就懂了,现在非常出名的框架MantleJSONModel也都是差不多的原理。但是,一年之后的今天重新再看的时候,发现大概思路知道,但是具体的一些细节实现需要写的时候,却一时上不了手,所以重新看了Objective-C Runtime 运行时一系列,然后整理了一下,细节部分附上一些代码,方便以后查找。

一、对象、类、元类之间的关系

  • 每个对象是一个objc_object结构体,此结构体只有一个元素即指向其类的isa指针,isa指针的类型为Class。(Class的结构体后面有)
  • 每个类也是一个对象,它的isa指针指向它的元类(meta class),一般元类都是唯一的。
  • 每个元类也是一个对象,它的isa指针指向NSObject的元类,而NSObject的元类指向它本身(即NSObject元类)
  • 而每个类的super class都指向它的父类,直至NSObject,NSObject的super class为null。
  • 每个元类的super class都指向它的父元类,直至NSObject元类。NSObject元类的父元类是NSObject,NSObject的父类是nil。

注:上面使用代码测试过,主要使用object_getClass、class_getSuperClass和objc_getMetaClass来获取类、父类、元类,然后打印指针进行查看。

二、类与对象基础数据结构

Objective-C类是由Class类型来表示的,它实际上是一个指向objc_class结构体的指针,它的定义如下:

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typedef struct objc_class *Class;

查看objc/runtime.h中objc_class结构体的定义如下:

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struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE; // 父类
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE; // 类名
long version OBJC2_UNAVAILABLE; // 类的版本信息,默认为0
long info OBJC2_UNAVAILABLE; // 类信息,供运行期使用的一些位标识
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的实例变量大小
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的成员变量链表
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法定义的链表
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法缓存
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE; // 协议链表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

三、调用方法时的流程

首先到当前对象所属的类中的方法缓存列表中查找这个方法,如果没有则到该类的方法定义链表中查找方法,如果查找到,则执行这个方法将返回值返回给原调用对象,并且将这个方法加入缓存cache当中;如果没有查找到则通过super_class找到它的父类,到它的父类中查找。

想了解更多Runtime方法调用知识,请看Objective-C Runtime 运行时之三:方法与消息

四、类与对象的操作函数

runtime提供了大量的函数来操作类与对象,操作类的函数一般前缀是class,而操作对象的函数一般前缀是objc。

1、类相关操作函数

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// 获取类的类名
const char * class_getName ( Class cls );
// 获取类的父类
Class class_getSuperclass ( Class cls );
// 判断给定的Class是否是一个元类
BOOL class_isMetaClass ( Class cls );
// 获取实例大小
size_t class_getInstanceSize ( Class cls );

2、成员变量相关操作函数

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// 获取类中指定名称实例成员变量的信息
Ivar class_getInstanceVariable ( Class cls, const char *name );
// 获取类成员变量的信息
Ivar class_getClassVariable ( Class cls, const char *name );
// 添加成员变量
BOOL class_addIvar ( Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types );
// 获取整个成员变量列表
Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount );

需要注意:

  • class_copyIvarList:获取的是所有成员实例属性,与property获取不一样。
  • class_addIvar: OC不支持往已存在的类中添加实例变量,因此不管是系统库提供的类,还是我们自定义的类,都无法动态给它添加成员变量。但,如果是我们通过运行时来创建的类,我们可以使用class_addIvar来添加。不过,需要注意的是,这个方法只能在objc_allocateClassPair函数与objc_registerClassPair之间调用。另外,这个类也不能是元类

代码测试:

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/**
* 测试成员变量
*/
- (void)testIvar {
unsigned int outCount;
if(class_addIvar([Student class], "_hell", sizeof(id), log2(sizeof(id)), "@")) {
NSLog(@"Add Ivar Success!");
}
else {
NSLog(@"Add Ivar failed!");
}
Ivar *ivarList = class_copyIvarList([Student class], &outCount);
for (unsigned int i = 0; i < outCount; i++) {
Ivar ivar = ivarList[i];
const char *ivarName = ivar_getName(ivar);
ptrdiff_t offset = ivar_getOffset(ivar);
const char *types = ivar_getTypeEncoding(ivar);
NSLog(@"ivar:%s, offset:%zd, type:%s", ivarName, offset, types);
}
free(ivarList);
}

注意:class_addIvar中第三个参数设置类型的大小,第四个参数设置对齐,对齐传递log2(size),具体原因参考:http://stackoverflow.com/questions/33184826/what-does-class-addivars-alignment-do-in-objective-c

3、属性操作函数

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// 获取指定的属性
objc_property_t class_getProperty ( Class cls, const char *name );
// 获取属性列表
objc_property_t * class_copyPropertyList ( Class cls, unsigned int *outCount );
// 为类添加属性
BOOL class_addProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );
// 替换类的属性
void class_replaceProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );

这一种方法也是针对ivar来操作的,不过它只操作那些property的值,包括扩展中的property。

代码实践:

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- (void)testProperty {
/**
* 添加property
*/
objc_property_attribute_t attribute1 = {"T", "@\"NSString\""};
objc_property_attribute_t attribute2 = {"C", ""};
objc_property_attribute_t attribute3 = {"N", ""};
objc_property_attribute_t attribute4 = {"V", "_lcg"};
objc_property_attribute_t attributesList[] = {attribute1, attribute2, attribute3, attribute4};
if(class_addProperty([Student class], "lcg", attributesList, 4)) {
NSLog(@"add property success!");
}
else {
NSLog(@"add property failure!");
}
/**
* 打印property的name和property_attribute_t
*/
unsigned int outCount;
objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([Student class], &outCount);
for (unsigned int i = 0; i < outCount; i++) {
objc_property_t property = propertyList[i];
const char *propertyName = property_getName(property);
const char *attribute = property_getAttributes(property);
NSLog(@"propertyName: %s, attribute: %s", propertyName, attribute);
unsigned int attributeCount;
objc_property_attribute_t *attributeList = property_copyAttributeList(property, &attributeCount);
for (unsigned int j = 0; j < attributeCount; j++) {
objc_property_attribute_t attribute = attributeList[j];
const char *name = attribute.name;
const char *value = attribute.value;
NSLog(@"attribute name: %s, value: %s", name, value);
}
}
}

上面代码有几个知识点需要说一下:

(1) 其中property_attribute的相关内容需要说明下。

property_attribute为[email protected]”NSString”,&,N,V_exprice时:

  • T 是固定的,放在第一个
  • @”NSString” 代表这个property是一个字符串对象
  • & 代表强引用,其中与之并列的是:’C’代表Copy,’&’代表强引用,’W’表示weak,assign为空,默认为assign。
  • N 区分的nonatomic和atomic,默认为atomic,atomic为空,’N’代表是nonatomic
  • V_exprice V代表变量,后面紧跟着的是成员变量名,代表这个property的成员变量名为_exprice。

    property_attribute为[email protected]”NSNumber”,R,N,V_yearsOld时:

  • T 是固定的,放在第一个

  • @”NSNumber” 代表这个property是一个NSNumber对象
  • R 代表readOnly属性,readwrite时为空
  • N 区分的nonatomic和atomic,默认为atomic,atomic为空,’N’代表是nonatomic
  • V_yearsOld V代表变量,后面紧跟着的是成员变量名,代表这个property的成员变量名为_yearsOld。

使用例子参考:http://www.tuicool.com/articles/aY3Ujii
官方参考:Property Type

(2) 添加property,property_attribute_t是一个结构体,没有具体创建的方法,我们就只能使用{}这样结构体直接赋值过去。而且,添加property成功之后,它并不会生成实例属性、setter方法和getter方法。如果要真正调用的话,还需要我们自己添加对应的setter和getter方法。
详情使用请见:http://blog.csdn.net/meegomeego/article/details/18356169

4、协议相关函数

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// 添加协议
BOOL class_addProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );
// 返回类是否实现指定的协议
BOOL class_conformsToProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );
// 返回类实现的协议列表
Protocol * class_copyProtocolList ( Class cls, unsigned int *outCount );

代码实践:

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- (void)testProtocolList {
//添加协议
Protocol *p = @protocol(StudentDataSource);
if(class_addProtocol([Student class], p)) {
NSLog(@"添加协议成功!");
}
else {
NSLog(@"添加协议失败!");
}
//判断是否实现了指定的协议
if(class_conformsToProtocol([Student class], p)) {
NSLog(@"遵循 %s协议", protocol_getName(p));
}
else {
NSLog(@"不遵循 %s协议", protocol_getName(p));
}
//获取类的协议列表
unsigned int outCount;
Protocol * __unsafe_unretained *protocolList = class_copyProtocolList([Student class], &outCount);
for (unsigned int i = 0; i < outCount; i++) {
Protocol *protocol = protocolList[i];
const char *name = protocol_getName(protocol);
NSLog(@"%s", name);
}
free(protocolList);
}

注意:可以使用runtime添加协议

6、版本号(Version)

版本的使用两个方法,获取版本和设置版本,请看代码:

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- (void)testVersion {
int version = class_getVersion([Student class]);
NSLog(@"%d", version);
class_setVersion([Student class], 100);
version = class_getVersion([Student class]);
NSLog(@"%d", version);
}

五、动态创建类和对象

1、动态创建类

涉及以下函数

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// 创建一个新类和元类
Class objc_allocateClassPair ( Class superclass, const char *name, size_t extraBytes );
// 销毁一个类及其相关联的类
void objc_disposeClassPair ( Class cls );
// 在应用中注册由objc_allocateClassPair创建的类
void objc_registerClassPair ( Class cls );

注意:objc_disposeClassPair只能销毁由objc_allocateClassPair创建的类,当有实例存在或者它的子类存在时,调用这个函数会抛出异常。

代码实践:

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- (void)testCreateClass {
Class cls = objc_allocateClassPair([Person class], "Teacher", 0);
//添加成员变量,只能在运行时创建类添加,并且是在objc_allocateClassPair与objc_registerClassPair之间
if(class_addIvar(cls, "_level", sizeof(id), log2(sizeof(id)), "@\"NSString\"")) {
NSLog(@"添加_level成员变量成功");
}
else {
NSLog(@"添加_level成员变量失败");
}
objc_registerClassPair(cls);
/**
* 当有实例存在不能销毁类,所以讲代码放到里面
*/
{
//创建对象
Person *p = [[cls alloc] init];
NSLog(@"%@", [p class]);
[p printInfo];
//设置值
[p setValue:@"高级讲师" forKey:@"level"];
NSString *level = [p valueForKey:@"level"];
NSLog(@"level: %@", level);
}
//销毁类,当有实例存在的时候是不能销毁类
objc_disposeClassPair(cls);
}

六、实例操作函数

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// 返回指定对象的一份拷贝
id object_copy ( id obj, size_t size );
// 释放指定对象占用的内存
id object_dispose ( id obj );
// 修改类实例的实例变量的值
Ivar object_setInstanceVariable ( id obj, const char *name, void *value );
// 获取对象实例变量的值
Ivar object_getInstanceVariable ( id obj, const char *name, void **outValue );
// 返回指向给定对象分配的任何额外字节的指针
void * object_getIndexedIvars ( id obj );
// 返回对象中实例变量的值
id object_getIvar ( id obj, Ivar ivar );
// 设置对象中实例变量的值
void object_setIvar ( id obj, Ivar ivar, id value );
// 返回给定对象的类名
const char * object_getClassName ( id obj );
// 返回对象的类
Class object_getClass ( id obj );
// 设置对象的类
Class object_setClass ( id obj, Class cls );

实践代码:

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- (void)testInstance {
Person *p = [Person new];
//object_copy在ARC下不能使用
// p = object_copy(p, class_getInstanceSize([Student class]));
//将p的isa指向Student
object_setClass(p, [Student class]);
[(Student *)p setName:@"Jack"];
}

这里只是简单的将p这个对象的class设置为Student类,其实就是将p对象的isa指针指向Student类,KVO中的isa-swizzling其实就是这样干的。当调用setName:的方法的时候,就调用到了Student类中的setName。不过,这里调用Person类没有,而Student类有的方法会崩溃,报错Heap buffer overflow,就算是在非ARC下使用object_copy也是一样。

七、获取类的定义

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// 获取已注册的类定义的列表
int objc_getClassList ( Class *buffer, int bufferCount );
// 创建并返回一个指向所有已注册类的指针列表
Class * objc_copyClassList ( unsigned int *outCount );
// 返回指定类的类定义
Class objc_lookUpClass ( const char *name );
Class objc_getClass ( const char *name );
Class objc_getRequiredClass ( const char *name );
// 返回指定类的元类
Class objc_getMetaClass ( const char *name );

objc_getClassList和objc_copyClassList都是获取所有已注册的类;而objc_lookUpClass获取指定的类,如果没有注册则返回nil;objc_getRequiredClass也是获取指定的类,不过如果这个类不存则,则会崩溃;objc_getMetaClass专门用来获取类的元类,每个类都有一个有效并且唯一的元类,如果这个类没有注册则返回nil。

代码实践:

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- (void)testGetClass {
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* 第一种获取所有注册的类
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Class *bufferClass;
int numClasses;
numClasses = objc_getClassList(NULL, 0);
if(numClasses > 0) {
bufferClass = (Class *)malloc(sizeof(Class)*numClasses);
numClasses = objc_getClassList(bufferClass, numClasses);
NSLog(@"numer of classes: %d", numClasses);
for (int i = 0; i < numClasses; i++) {
Class cls = bufferClass[i];
NSLog(@"class name: %s", class_getName(cls));
}
free(bufferClass);
}
/**
* 第二种获取所有注册的类
*/
unsigned int outCount;
Class *classLiset = objc_copyClassList(&outCount);
for (unsigned int i = 0; i < outCount; i++) {
Class cls = classLiset[i];
NSLog(@"class name: %s", class_getName(cls));
}
free(classLiset);
}

第二种获取所有注册的类比第一种简单多了,建议使用第二种。

参考

Objective-C Runtime 运行时之一:类与对象

Type Encodings

Property Type