iOS Principle:Runtime(中)

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简介: iOS Principle:Runtime(中)

5.SEL(objc_selector)

先看下定义

Objc.h
/// An opaque type that represents a method selector.代表一个方法的不透明类型
typedef struct objc_selector *SEL;

objc_msgSend函数第二个参数类型为SEL,它是selector在Objective-C中的表示类型(Swift中是Selector类)。selector是方法选择器,可以理解为区分方法的 ID,而这个 ID 的数据结构是SEL:


@property SEL selector;


可以看到selector是SEL的一个实例。


A method selector is a C string that has been registered (or “mapped“) with the Objective-C runtime. Selectors generated by the compiler are automatically mapped by the runtime when the class is loaded.

其实selector就是个映射到方法的C字符串,你可以用 Objective-C 编译器命令@selector()或者 Runtime 系统的sel_registerName函数来获得一个 SEL 类型的方法选择器。


selector既然是一个string,我觉得应该是类似className+method的组合,命名规则有两条:

  • 同一个类,selector不能重复
  • 不同的类,selector可以重复

这也带来了一个弊端,我们在写C代码的时候,经常会用到函数重载,就是函数名相同,参数不同,但是这在Objective-C中是行不通的,因为selector只记了method的name,没有参数,所以没法区分不同的method。 比如:

- (void)caculate(NSInteger)num;
- (void)caculate(CGFloat)num;


是会报错的。

我们只能通过命名来区别:

- (void)caculateWithInt(NSInteger)num;
- (void)caculateWithFloat(CGFloat)num;

在不同类中相同名字的方法所对应的方法选择器是相同的,即使方法名字相同而变量类型不同也会导致它们具有相同的方法选择器。


6.IMP

看下IMP的定义

/// A pointer to the function of a method implementation.  指向一个方法实现的指针
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);

就是指向最终实现程序的内存地址的指针。

在iOS的Runtime中,Method通过selector和IMP两个属性,实现了快速查询方法及实现,相对提高了性能,又保持了灵活性。


7.类缓存(objc_cache)

当Objective-C运行时通过跟踪它的isa指针检查对象时,它可以找到一个实现许多方法的对象。然而,你可能只调用它们的一小部分,并且每次查找时,搜索所有选择器的类分派表没有意义。所以类实现一个缓存,每当你搜索一个类分派表,并找到相应的选择器,它把它放入它的缓存。所以当objc_msgSend查找一个类的选择器,它首先搜索类缓存。这是基于这样的理论:如果你在类上调用一个消息,你可能以后再次调用该消息。

为了加速消息分发, 系统会对方法和对应的地址进行缓存,就放在上述的objc_cache,所以在实际运行中,大部分常用的方法都是会被缓存起来的,Runtime系统实际上非常快,接近直接执行内存地址的程序速度。


8.Category(objc_category)

Category是表示一个指向分类的结构体的指针,其定义如下:

struct category_t { 
    const char *name; 
    classref_t cls; 
    struct method_list_t *instanceMethods; 
    struct method_list_t *classMethods;
    struct protocol_list_t *protocols;
    struct property_list_t *instanceProperties;
};
  • name:是指 class_name 而不是 category_name。
  • cls:要扩展的类对象,编译期间是不会定义的,而是在Runtime阶段通过name对应到对应的类对象。
  • instanceMethods:category中所有给类添加的实例方法的列表。
  • classMethods:category中所有添加的类方法的列表。
  • protocols:category实现的所有协议的列表。
  • instanceProperties:表示Category里所有的properties,这就是我们可以通过objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject增加实例变量的原因,不过这个和一般的实例变量是不一样的。

从上面的category_t的结构体中可以看出,分类中可以添加实例方法,类方法,甚至可以实现协议,添加属性,不可以添加成员变量。


Runtime消息转发


前文介绍了进行一次发送消息会在相关的类对象中搜索方法列表,如果找不到则会沿着继承树向上一直搜索知道继承树根部(通常为NSObject),如果还是找不到并且消息转发都失败了就回执行doesNotRecognizeSelector:方法报unrecognized selector错。那么消息转发到底是什么呢?接下来将会逐一介绍最后的三次机会。


image.png


第一次机会: 所属类动态方法解析


对象在接收到未知的消息时,首先会调用所属类的类方法+resolveInstanceMethod:(实例方法)或者+resolveClassMethod:(类方法)。


+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)name

动态转发

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

第一个参数是需要添加方法的类,第二个参数是一个selector,也就是实例方法的名字,第三个参数是一个IMP类型的变量也就是函数实现,需要传入一个C函数,这个函数至少有两个参数,一个是id self一个是SEL _cmd,第四个参数是函数类型。

实现一个动态方法解析的例子如下:


- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //执行foo函数
    [self performSelector:@selector(foo:)];
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(foo:)) {//如果是执行foo函数,就动态解析,指定新的IMP
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)fooMethod, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
void fooMethod(id obj, SEL _cmd) {
    NSLog(@"Doing foo");//新的foo函数
}

打印结果: 2018-04-01 12:23:35.952670+0800 ocram[87546:23235469] Doing foo

可以看到虽然没有实现foo:这个函数,但是我们通过class_addMethod动态添加fooMethod函数,并执行fooMethod这个函数的IMP。从打印结果看,成功实现了。

如果resolve方法返回 NO ,运行时就会移到下一步:forwardingTargetForSelector。


第二次机会: 备援接收者

动态方法解析无法处理消息,则会走备用接受者。这个备用接受者只能是一个新的对象,不能是self本身,否则就会出现无限循环。如果我们没有指定相应的对象来处理aSelector,则应该调用父类的实现来返回结果。

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;

该方法的参数就是那个未知的selector,这是一个实例方法,因为是询问该实例对象是否有其他实例对象可以接收这个未知的selector,如果没有就返回nil,可以自行实验。

实现一个备用接收者的例子如下:

#import "ViewController.h"
#import "objc/runtime.h"
@interface Person: NSObject
@end
@implementation Person
- (void)foo {
    NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函数
}
@end
@interface ViewController ()
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //执行foo函数
    [self performSelector:@selector(foo)];
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    return YES;//返回YES,进入下一步转发
}
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(foo)) {
        return [Person new];//返回Person对象,让Person对象接收这个消息
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
@end

打印结果: 2018-04-01 12:45:04.757929+0800 ocram[88023:23260346] Doing foo

可以看到我们通过forwardingTargetForSelector把当前ViewController的方法转发给了Person去执行了。打印结果也证明我们成功实现了转发。

如果在这一步还不能处理未知消息,则唯一能做的就是启用完整的消息转发机制了。


第三次机会: 消息重定向

如果动态方法解析和备用接受者都没有处理这个消息,那么就会走完整消息转发。

首先它会发送-methodSignatureForSelector:消息获得函数的参数和返回值类型。

如果-methodSignatureForSelector:返回nil ,Runtime则会发出 -doesNotRecognizeSelector: 消息,程序这时也就挂掉了。

如果返回了一个函数签名,Runtime就会创建一个NSInvocation 对象并发送 -forwardInvocation:消息给目标对象。


- (void)forwardInvocation: (NSInvocation*)invocation;

调用这个方法如果不能处理就会调用父类的相关方法,一直到NSObject的这个方法,如果NSObject都无法处理就会调用doesNotRecognizeSelector:方法抛出异常。


实现一个完整转发的例子如下:

#import "ViewController.h"
#import "objc/runtime.h"
@interface Person: NSObject
@end
@implementation Person
- (void)foo {
    NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函数
}
@end
@interface ViewController ()
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //执行foo函数
    [self performSelector:@selector(foo)];
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    return YES;//返回YES,进入下一步转发
}
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    return nil;//返回nil,进入下一步转发
}
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if ([NSStringFromSelector(aSelector) isEqualToString:@"foo"]) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];//签名,进入forwardInvocation
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    SEL sel = anInvocation.selector;
    Person *p = [Person new];
    if([p respondsToSelector:sel]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:p];
    } else {
        [self doesNotRecognizeSelector:sel];
    }
}
@end

打印结果: 2018-04-01 13:00:45.423385+0800 ocram[88353:23279961] Doing foo

从打印结果来看,我们实现了完整的转发。通过签名,Runtime生成了一个对象anInvocation,发送给了forwardInvocation,我们在forwardInvocation方法里面让Person对象去执行了foo函数。

签名参数v@:怎么解释呢,这里苹果文档Type Encodings有详细的解释。 Type Encodings: https://developer.apple.com/library/content/documentation/Cocoa/Conceptual/ObjCRuntimeGuide/Articles/ocrtTypeEncodings.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008048-CH100-SW1

以上就是Runtime的三次转发流程。下面我们讲讲Runtime的实际应用。


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