探秘Runtime - Runtime的应用

砖
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博客配图

attribute

__attribute__是一套编译器指令，被GNU和LLVM编译器所支持，允许对于__attribute__增加一些参数，做一些高级检查和优化。

__attribute__的语法是，在后面加两个括号，然后写属性列表，属性列表以逗号分隔。在iOS中，很多例如NS_CLASS_AVAILABLE_IOS的宏定义，内部也是通过__attribute__实现的。

__attribute__((attribute1, attribute2));

下面是一些__attribute__的常用属性，更完整的属性列表可以到llvm的官网查看。

官网示例

objc_subclassing_restricted

objc_subclassing_restricted属性表示被修饰的类不能被其他类继承，否则会报下面的错误。

__attribute__((objc_subclassing_restricted))
@interface TestObject : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSObject *object;
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
@end

@interface Child : TestObject
@end

错误信息：
Cannot subclass a class that was declared with the 'objc_subclassing_restricted' attribute

objc_requires_super

objc_requires_super属性表示子类必须调用被修饰的方法super，否则报黄色警告。

@interface TestObject : NSObject
- (void)testMethod __attribute__((objc_requires_super));
@end

@interface Child : TestObject
@end

警告信息：(不报错)
Method possibly missing a [super testMethod] call

constructor / destructor

constructor属性表示在main函数执行之前，可以执行一些操作。destructor属性表示在main函数执行之后做一些操作。constructor的执行时机是在所有load方法都执行完之后，才会执行所有constructor属性修饰的函数。

__attribute__((constructor)) static void beforeMain() {
    NSLog(@"before main");
}

__attribute__((destructor)) static void afterMain() {
    NSLog(@"after main");
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSLog(@"execute main");
    }
    return 0;
}

执行结果：
debug-objc[23391:1143291] before main
debug-objc[23391:1143291] execute main
debug-objc[23391:1143291] after main

在有多个constructor或destructor属性修饰的函数时，可以通过设置优先级来指定执行顺序。格式是__attribute__((constructor(101)))的方式，在属性后面直接跟优先级。

__attribute__((constructor(103))) static void beforeMain3() {
    NSLog(@"after main 3");
}

__attribute__((constructor(101))) static void beforeMain1() {
    NSLog(@"after main 1");
}

__attribute__((constructor(102))) static void beforeMain2() {
    NSLog(@"after main 2");
}

在constructor中根据优先级越低，执行顺序越高。而destructor则相反，优先级越高则执行顺序越高。

overloadable

overloadable属性允许定义多个同名但不同参数类型的函数，在调用时编译器会根据传入参数类型自动匹配函数。这个有点类似于C++的函数重载，而且都是发生在编译期的行为。

__attribute__((overloadable)) void testMethod(int age) {}
__attribute__((overloadable)) void testMethod(NSString *name) {}
__attribute__((overloadable)) void testMethod(BOOL gender) {}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        testMethod(18);
        testMethod(@"lxz");
        testMethod(YES);
    }
    return 0;
}

objc_runtime_name

objc_runtime_name属性可以在编译时，将Class或Protocol指定为另一个名字，并且新名字不受命名规范制约，可以以数字开头。

__attribute__((objc_runtime_name("TestObject")))
@interface Object : NSObject
@end

NSLog(@"%@", NSStringFromClass([TestObject class]));

执行结果：
TestObject

这个属性可以用来做代码混淆，例如写一个宏定义，宏定义内部实现混淆逻辑。例如通过MD5对Object做混淆，32位的混淆结果就是497031794414a552435f90151ac3b54b，谁能看出来这是什么类。如果怕彩虹表匹配出来，再增加加盐逻辑。

cleanup

通过cleanup属性，可以指定给一个变量，当变量释放之前执行一个函数。指定的函数执行的时间，是在dealloc之前的。在指定的函数中，可以传入一个形参，参数就是cleanup修饰的变量，形参是一个地址。

static void releaseBefore(NSObject **object) {
    NSLog(@"%@", *object);
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        TestObject *object __attribute__((cleanup(releaseBefore))) = [[TestObject alloc] init];
    }
    return 0;
}

如果遇到同一个代码块中，同时出现多个cleanup属性时，在代码块作用域结束时，会以添加的顺序进行调用。

unused

还有一个属性很实用，在项目里经常会有未使用的变量，会报一个黄色警告。有时候可能会通过其他方式获取这个对象，所以不想出现这个警告，可以通过unused属性消除这个警告。

NSObject *object __attribute__((unused)) = [[NSObject alloc] init];

系统定义

在系统里也大量使用了__attribute__关键字，只不过系统不会直接在外部使用__attribute__，一般都是将其定义为宏定义，以宏定义的形式出现在外面。

// NSLog
FOUNDATION_EXPORT void NSLog(NSString *format, ...) NS_FORMAT_FUNCTION(1,2) NS_NO_TAIL_CALL;
#define NS_FORMAT_FUNCTION(F,A) __attribute__((format(__NSString__, F, A)))

// 必须调用父类的方法
#define NS_REQUIRES_SUPER __attribute__((objc_requires_super))

// 指定初始化方法，必须直接或间接调用修饰的方法
#define NS_DESIGNATED_INITIALIZER __attribute__((objc_designated_initializer))

ORM

对象关系映射(Object Relational Mapping)，简称ORM，用于面向对象语言中不同系统数据之间的转换。
可以通过对象关系映射来实现JSON转模型，使用比较多的是Mantle、MJExtension、YYKit、JSONModel等框架，这些框架在进行转换的时候，都是使用Runtime的方式实现的。

Mantle使用和MJExtension有些类似，只不过MJExtension使用起来更加方便。Mantle在使用时主要是通过继承的方式处理，而MJExtension是通过Category处理，代码依赖性更小，无侵入性。

性能评测

这些第三方中Mantle功能最强大，但是太臃肿，使用起来性能比其他第三方都差一些。JSONModel、MJExtension这些第三方几乎都在一个水平级，YYKit相对来说性能可以比肩手写赋值代码，性价比最高。

对于模型转换需求不是太大的工程来说，尽量用YYKit来进行转换性能会更好一些。功能可能略逊于MJExtension，我个人还是比较习惯用MJExtension。

YYKit作者评测

实现思路

也可以自己实现模型转换的逻辑，以字典转模型为例，大体逻辑如下：

  1. 创建一个Category用来做模型转换，对外提供方法并传入字典对象。
  2. 通过Runtime对应的函数，获取属性列表并遍历，根据属性名从字典中取出对应的对象。
  3. 通过KVC将从字典中取出的值，赋值给对象。
  4. 有时候会遇到多层嵌套的情况，例如字典包含数组，数组中还是一个字典。这种情况就可以做判断，如果模型对象是数组则取出字典对应字段的数组，然后遍历数组再调用字典赋值的方法。

下面简单实现了一个字典转模型的代码，通过Runtime遍历属性列表，并根据属性名取出字典中的对象，然后通过KVC进行赋值操作。调用方式和MJExtension、YYModel类似，直接通过模型类调用类方法即可。如果想在其他类中也使用的话，应该把下面的实现写在NSObject的Category中，这样所有类都可以调用。

// 调用部分
NSDictionary *dict = @{@"name" : @"lxz",
                       @"age" : @18,
                       @"gender" : @YES};
TestObject *object = [TestObject objectWithDict:dict];

// 实现代码
@interface TestObject : NSObject
@property (nonatomic, copy  ) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
@property (nonatomic, assign) BOOL gender;

+ (instancetype)objectWithDict:(NSDictionary *)dict;
@end

@implementation TestObject

+ (instancetype)objectWithDict:(NSDictionary *)dict {
    return [[TestObject alloc] initWithDict:dict];
}

- (instancetype)initWithDict:(NSDictionary *)dict {
    self = [super init];
    if (self) {
        unsigned int count = 0;
        objc_property_t *propertys = class_copyPropertyList([self class], &count);
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            objc_property_t property = propertys[i];
            const char *name = property_getName(property);
            NSString *nameStr = [[NSString alloc] initWithUTF8String:name];
            id value = [dict objectForKey:nameStr];
            [self setValue:value forKey:nameStr];
        }
        free(propertys);
    }
    return self;
}

@end

通过Runtime可以获取到对象的Method List、Property List等，不只可以用来做字典模型转换，还可以做很多工作。例如还可以通过Runtime实现自动归档和反归档，下面是自动进行归档操作。

// 1.获取所有的属性
unsigned int count = 0;
Ivar *ivars = class_copyIvarList([NJPerson class], &count);
// 遍历所有的属性进行归档
for (int i = 0; i < count; i++) {
    // 取出对应的属性
    Ivar ivar = ivars[i];
    const char * name = ivar_getName(ivar);
    // 将对应的属性名称转换为OC字符串
    NSString *key = [[NSString alloc] initWithUTF8String:name];
    // 根据属性名称利用KVC获取数据
    id value = [self valueForKeyPath:key];
    [encoder encodeObject:value forKey:key];
}
free(ivars);

我写了一个简单的Category，可以自动实现NSCoding、NSCopying协议。这是开源地址：EasyNSCoding

Runtime面试题

题1

下面的代码输出什么？

@implementation Son : Father
- (id)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
    }
    return self;
}
@end

答案：都输出Son。

第一个NSLog输出Son肯定是不用说的。

第二个输出中，[super class]会被转换为下面代码。

struct objc_super objcSuper = {
    self,
    class_getSuperclass([self class]),
};
id (*sendSuper)(struct objc_super*, SEL) = (void *)objc_msgSendSuper;
sendSuper(&objcSuper, @selector(class));

super的调用会被转换为objc_msgSendSuper的调用，并传入一个objc_super类型的结构体。结构体有两个参数，第一个就是接受消息的对象，第二个是[super class]对应的父类。

struct objc_super {
    __unsafe_unretained _Nonnull id receiver;
    __unsafe_unretained _Nonnull Class super_class;
};

由此可知，虽然调用的是[super class]，但是接受消息的对象还是self。然后来到父类Father的class方法中，输出self对应的类Son。

题2

下面代码的结果？

BOOL res1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
BOOL res2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
BOOL res3 = [(id)[Sark class] isKindOfClass:[Sark class]];
BOOL res4 = [(id)[Sark class] isMemberOfClass:[Sark class]];

答案：
除了第一个是YES，其他三个都是NO。

在推测结果之前，首先要明白两个问题。isKindOfClass和isMemberOfClass的区别是什么？
isKindOfClass:class，调用该方法的对象所属的类，继承者链中包含传入的class则返回YES。
isMemberOfClass:class，调用改方法的对象所属的类，必须是传入的class则返回YES。

我们从Runtime源码的角度来分析一下结果。

+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return object_getClass((id)self) == cls;
}

- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return [self class] == cls;
}

+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = object_getClass((id)self); tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

平时开发过程中只会接触到对象方法的isKindOfClass和isMemberOfClass，但是在NSObject类中还隐式的实现了类方法版本。不只这两个方法，其他NSObject中的对象方法，都有其对应的类方法版本。因为在OC中，类和元类也都是对象。这四个调用由于都是类对象发起调用的，所以最终执行的都是类方法版本。

先把Runtime的对象模型拿出来，方便后面的分析。

对象模型

第一次调用方是NSObject类对象，调用isKindOfClass方法传入的也是类对象。因为调用类的class方法，会把类自身直接返回，所以还是类对象自己。

然后进入到for循环中，会从NSObject的元类开始遍历，所以第一次NSObject meta class ！= NSObject class，匹配失败。第二次循环将tcls设置为superclass的NSObject class，NSObject class == NSObject class，匹配成功。

NSObject能匹配成功，是因为这个类比较特殊，在第二次获取superclass的时候，NSObject元类的superclass就是NSObject的类对象，所以会匹配成功。而其他三种匹配，则都会失败，各位同学可以去自己分析一下剩下三种。

题3

下面的代码会？Compile Error / Runtime Crash / NSLog…?

@interface NSObject (Sark)
+ (void)foo;
@end

@implementation NSObject (Sark)
- (void)foo {
    NSLog(@"IMP: -[NSObject (Sark) foo]");
}
@end

// 测试代码
[NSObject foo];
[[NSObject new] performSelector:@selector(foo)];

答案： 全都正常输出，编译和运行都没有问题。

这道题和上一道题很相似，第二个调用肯定没有问题，第一个调用后会从元类中查找方法，然而方法并不在元类中，所以找元类的superclass。方法定义在是NSObject的Category，由于NSObject的对象模型比较特殊，元类的superclass是类对象，所以从类对象中找到了方法并调用。

题4

下面的代码会？Compile Error / Runtime Crash / NSLog…?

@interface Sark : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation Sark
- (void)speak {
    NSLog(@"my name's %@", self.name);
}
@end

// 测试代码
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    id cls = [Sark class];
    void *obj = &cls;
    [(__bridge id)obj speak];
}
@end

答案：
正常执行，不会导致Crash。

执行[Sark class]后获取到类对象，然后通过obj指针指向获取到的类对象首地址，这就构成了对象的基本结构，可以进行正常调用。

原题出处

Sunnyxx-神经病院objc runtime入院考试

题5

为什么MRC下没有weak？

其实MRC下并不是没有weak，在MRC环境下也可以通过Runtime源码调用weak源码的。weak源码定义在Private Headers私有文件夹下，需要引入#import "objc-internal.h"文件。

以以下ARC的源码为例，定义了一个TestObject类型的对象，并用一个weak指针指向已创建对象。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        TestObject *object = [[TestObject alloc] init];
        __weak TestObject *newObject = object;
    }
    return 0;
}

这段代码会被编译器转移为下面代码，这段代码中的两个函数就是weak的实现函数，在MRC下也可以调用这两个函数。

objc_initWeak(&newObject, object);
objc_destroyWeak(&newObject);

题6

相同的一个类，创建不同的对象，怎样实现指定的某个对象在dealloc时打印一段文字？

这个问题最简单的方法就是在类的.h文件里，定义一个标记属性，如果属性被赋值为YES，则在dealloc中打印文字。但是，这种实现方式显然不是面试官想要的，会被直接pass~

可以参考KVO的实现方案，在运行时动态创建一个类，这个类是对象的子类，将新创建类的dealloc实现指向自定义的IMP，并在IMP中打印一段文字。将对象的isa设置为新创建的类，当执行dealloc方法时就会执行isa所指向的新类。

思考

小问题

什么叫做技术大牛，怎样就表示技术强？

我前段时间看过一句话，我感觉可以解释上面的问题：“市面上所有应用的功能，产品提出来我都能做”。 这句话并不够全面，应该不只是做出来，而是更好的做出来。这个好要从很多方面去评估，性能、可维护性、完成时间、产品效果等，如果这些都做的很好，那足以证明这个人技术很强大。

Runtime有什么用？

Runtime是比较偏底层的，但是研究这么深有什么用吗，有什么实际意义吗？

Runtime当然是由实际用处的，先不说整个OC都是通过Runtime实现的。例如现在需要实现消息转发的功能，这时候就需要用到Runtime，或者是拦截方法，也需要用到Method Swizzling，除了这些，还有更多的用法待我们去发掘。

不只是使用，其实最重要的是，通过Runtime了解一个语言的设计。Runtime中不只是各种函数调用，从整体来看，可以明白OC的对象模型是什么样的。

简书由于排版的问题，阅读体验并不好，布局、图片显示、代码等很多问题。所以建议到我Github上，下载Runtime PDF合集。把所有Runtime文章总计九篇，都写在这个PDF中，而且左侧有目录，方便阅读。

Runtime PDF

下载地址：Runtime PDF
麻烦各位大佬点个赞，谢谢！😁

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