C++Objective-C Runtime 运行时之一:类与目标

Objective-C语言是一门动态语言,它将众多静态语言在编译和链接时期做的事放到了运转时来拍卖。那种动态语言的优势在于:大家写代码时更具灵活性,如我们可以把音讯转载给大家想要的对象,或者擅自互换一个艺术的贯彻等。

那种特性意味着Objective-C不仅要求一个编译器,还要求一个周转时系统来施行编译的代码。对于Objective-C来说,这么些运行时系统似乎一个操作系统一样:它让拥有的工作可以正常的周转。那些运行时系统即Objc RuntimeObjc Runtime实质上是一个Runtime库,它基本上是用C和汇编写的,那几个库使得C语言有了面向对象的力量。

Runtime库首要做下边几件事:

1、封装:在那么些库中,对象足以用C语言中的结构体表示,而艺术可以用C函数来促成,其余再添加了一些万分的特点。这个结构体和函数被runtime函数封装后,大家就可以在程序运行时创建,检查,修改类、对象和它们的法子了。
2、找出主意的终极实施代码:当程序执行[object doSomething]时,会向音信接收者(object)发送一条信息(doSomething),runtime会依据音讯接收者是还是不是能响应该音讯而做出差其他反响。那将在后头详细介绍。

Objective-C
runtime近期有八个版本:Modern runtimeLegacy runtimeModern Runtime覆盖了64位的Mac OS X Apps,还有iOS AppsLegacy Runtime是早期用来给32位
Mac OS X Apps 用的,也就是可以不用管就是了。

在这一多元文章中,大家将介绍runtime的主导工作规律,以及怎么着使用它让我们的主次变得愈加灵敏。在本文中,我们先来介绍一下类与目的,那是面向对象的根基,大家看看在Runtime中,类是什么促成的。

类与对象基础数据结构

Class

Objective-C类是由Class品类来表示的,它实际是一个针对性objc_class结构体的指针。它的定义如下:

1  typedef struct objc_class *Class;

查看objc/runtime.hobjc_class结构体的定义如下:

1  struct objc_class {
2
3      Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
4
5   #if !__OBJC2__
6      Class super_class                       OBJC2_UNAVAILABLE;   // 父类
7      const char *name                         OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类名
8      long version                             OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类的版本信息,默认为0
9      long info                                OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类信息,供运行期使用的一些位标识
10     long instance_size                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的实例变量大小
11     struct objc_ivar_list *ivars             OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的成员变量链表
12     struct objc_method_list **methodLists    OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法定义的链表
13     struct objc_cache *cache                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法缓存
14     struct objc_protocol_list *protocols     OBJC2_UNAVAILABLE;  // 协议链表
15
16  #endif
17  } OBJC2_UNAVAILABLE;

在这么些定义中,上边多少个字段是大家感兴趣的

isa:必要留意的是在Objective-C中,所有的类自身也是一个对象,这么些目的的Class里面也有一个isa指针,它指向metaClass(元类),大家会在前边介绍它。
super_class:指向该类的父类,假诺此类已经是最顶层的根类(如NSObjectNSProxy),则super_class为NULL。
cache:用于缓存目前选取的办法。一个接收者对象收取到一个信息时,它会依据isa指针去探寻可以响应这些音讯的靶子。在事实上行使中,这几个目标唯有一对方法是常用的,很多办法其实很少用或者根本用不上。这种情状下,借使老是音信来时,大家都是methodLists中遍历五次,品质势必很差。那时,cache就派上用场了。在大家每便调用过一个艺术后,那一个点子就会被缓存到cache列表中,下次调用的时候runtime就会优先去cache中查找,如果cache没有,才去methodLists中追寻方法。那样,对于那一个常常拔取的主意的调用,但增强了调用的频率。
version:我们得以使用这一个字段来提供类的版本新闻。那对于目标的体系化相当有用,它可是让我们识别出分歧类定义版本中实例变量布局的变动。
针对cache,大家用下面例子来验证其举行进度:

1   NSArray *array = [[NSArray alloc] init];
2   其流程是:
3   1. `[NSArray alloc]`先被执行。因为NSArray没有`+alloc`方法,于是去父类NSObject去查找。
4   2. 检测NSObject是否响应`+alloc`方法,发现响应,于是检测NSArray类,并根据其所需的内存空间大小开始分配内存空间,然后把`isa`指针指向NSArray类。同时,`+alloc`也被加进cache列表里面。
5   3. 接着,执行`-init`方法,如果NSArray响应该方法,则直接将其加入`cache`;如果不响应,则去父类查找。
6   4. 在后期的操作中,如果再以`[[NSArray alloc] init]`这种方式来创建数组,则会直接从cache中取出相应的方法,直接调用。
7   ### objc_object与id
8   `objc_object`是表示一个类的实例的结构体,它的定义如下(`objc/objc.h`):
9    objc
10   struct objc_object {
11       Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
12   };
13
14   typedef struct objc_object *id;

可以见见,这些结构体唯有一个字体,即指向其类的isa指针。那样,当大家向一个Objective-C目的发送音讯时,运行时库会基于实例对象的isa指针找到那个实例对象所属的类。Runtime库会在类的主意列表及父类的法门列表中去找寻与音讯对应的selector本着的艺术。找到后即运行这些措施。

当创建一个特定类的实例对象时,分配的内存包涵一个objc_object数据结构,然后是类的实例变量的数额。NSObject类的allocallocWithZone:艺术运用函数class_createInstance来创建objc_object数据结构。

其它还有大家常见的id,它是一个objc_object布局类型的指针。它的留存可以让大家完毕类似于C++中泛型的一些操作。该类型的目标可以转换为其余一种对象,有点类似于C语言中void *指针类型的效应。

objc_cache

下边提到了objc_class结构体中的cache字段,它用于缓存调用过的点子。那些字段是一个对准objc_cache结构体的指针,其定义如下:

1   struct objc_cache {
2
3       unsigned int mask /* total = mask + 1 */                 OBJC2_UNAVAILABLE;
4       unsigned int occupied                                    OBJC2_UNAVAILABLE;
5       Method buckets[1]                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
6
7   }; 

该结构体的字段描述如下:

mask:一个整数,指定分配的缓存bucket的总数。在格局寻找进度中,Objective-C runtime拔取那些字段来规定先导线性查找数组的目录地方。指向方法selector的指针与该字段做一个AND位操作(index = (mask & selector))。那足以当作一个几乎的hash散列算法。
occupied:一个整数,指定实际占用的缓存bucket的总数。
buckets:指向Method数据结构指针的数组。这一个数组可能含有不超过mask+1个元素。要求小心的是,指针可能是NULL,表示这几个缓存bucket一向不被挤占,其余被挤占的bucket可能是不总是的。那些数组可能会趁着年华而增加。

元类(Meta Class)

在上头我们关系,所有的类自身也是一个目的,大家得以向这几个目的发送新闻(即调用类方法)。如:

1   NSArray *array = [NSArray array];

以此事例中,+array信息发送给了NSArray类,而这些NSArray也是一个对象。既然是目的,那么它也是一个objc_object指南针,它涵盖一个指向其类的一个isa指针。那么那一个就有一个难题了,那些isa指南针指向哪些呢?为了调用+array办法,那一个类的isa指针必须指向一个饱含那一个类措施的一个objc_class结构体。那就引出了meta-class的概念

    meta-class是一个类对象的类。

当我们向一个目的发送音讯时,runtime会在那几个目标所属的这几个类的格局列表中搜索方法;而向一个类发送新闻时,会在这一个类的meta-class的点子列表中查找。

meta-class据此首要,是因为它存储着一个类的所有类方法。每个类都会有一个独立的meta-class,因为各种类的类格局基本无法完全相同。

再深刻一下,meta-class也是一个类,也能够向它发送一个音信,那么它的isa又是指向哪些吗?为了不让那种布局无限延长下去,Objective-C的设计者让具备的meta-class的isa指向基类的meta-class,以此作为它们的所属类。即,任何NSObject连续体系下的meta-class都选拔NSObject的meta-class用作自己的所属类,而基类的meta-class的isa指针是指向它和谐。那样就形成了一个宏观的闭环。

通过地点的叙说,再加上对objc_class结构体中super_class指南针的分析,大家就足以形容出类及相应meta-class类的一个后续种类了

对于NSObject一而再连串来说,其实例方法对系统中的所有实例、类和meta-class都是可行的;而类情势对于序列内的所有类和meta-class都是实用的。

讲了如此多,大家仍旧来写个例证吗:

void TestMetaClass(id self, SEL _cmd) {

    NSLog(@"This objcet is %p", self);
    NSLog(@"Class is %@, super class is %@", [self class], [self superclass]);

    Class currentClass = [self class];
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        NSLog(@"Following the isa pointer %d times gives %p", i, currentClass);
        currentClass = objc_getClass((__bridge void *)currentClass);
    }

    NSLog(@"NSObject's class is %p", [NSObject class]);
    NSLog(@"NSObject's meta class is %p", objc_getClass((__bridge void *)[NSObject class]));
}

#pragma mark -
@implementation Test

- (void)ex_registerClassPair {

    Class newClass = objc_allocateClassPair([NSError class], "TestClass", 0);
    class_addMethod(newClass, @selector(testMetaClass), (IMP)TestMetaClass, "v@:");
    objc_registerClassPair(newClass);

    id instance = [[newClass alloc] initWithDomain:@"some domain" code:0 userInfo:nil];
    [instance performSelector:@selector(testMetaClass)];
}

@end

其一例子是在运转时创设了一个NSError的子类TestClass,然后为那几个子类添加一个方法testMetaClass,这些办法的贯彻是TestMetaClass函数。

运转后,打印结果是

2014-10-20 22:57:07.352 mountain[1303:41490] This objcet is 0x7a6e22b0
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] Class is TestStringClass, super class is NSError
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] Following the isa pointer 0 times gives 0x7a6e21b0
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] Following the isa pointer 1 times gives 0x0
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] Following the isa pointer 2 times gives 0x0
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] Following the isa pointer 3 times gives 0x0
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] NSObject's class is 0xe10000
2014-10-20 22:57:07.354 mountain[1303:41490] NSObject's meta class is 0x0

大家在for循环中,大家透过objc_getClass来博取对象的isa,并将其打印出来,依此一向回溯到NSObjectmeta-class。分析打印结果,可以看出最终指针指向的地址是0x0,即NSObjectmeta-class的类地点。

此地必要留意的是:大家在一个类对象调用class主意是不能取得meta-class,它只是重回类而已。

类与目的操作函数

runtime提供了汪洋的函数来操作类与目的。类的操作方法一大半是以class_为前缀的,而目的的操作方法大部分是以objc_或object_为前缀。下边大家将根据这么些点子的用途来分类探讨这个主意的利用。

类相关操作函数

俺们可以回过头去看看objc_class
的定义,runtime提供的操作类的方法主要就是针对性那几个结构体中的各样字段的。下边大家独家介绍这有些的函数。并在最后以实例来演示这一个函数的切切实实用法。

类名(name)

类名操作的函数主要有:

1  // 获取类的类名
2  const char * class_getName ( Class cls );

对于class_getName函数,即使传入的cls为Nil,则赶回一个字字符串。

父类(super_class)和元类(meta-class)

父类和元类操作的函数首要有:

1   // 获取类的父类
2   Class class_getSuperclass ( Class cls );
3
4  // 判断给定的Class是否是一个元类
5   BOOL class_isMetaClass ( Class cls );
  • 1、class_getSuperclass函数,当cls为Nil或者cls为根类时,重临Nil。可是普通我们能够利用NSObject类的superclass方法来完成平等的目的。
  • 2、class_isMetaClass函数,如若是cls是元类,则赶回YES;若是还是不是或者传播的cls为Nil,则赶回NO。

实例变量大小(instance_size)

实例变量大小操作的函数有:

1   // 获取实例大小
2   size_t class_getInstanceSize ( Class cls );

分子变量(ivars)及性能

在objc_class中,所有的分子变量、属性的新闻是放在链表ivars中的。ivars是一个数组,数组中每个元素是指向Ivar(变量新闻)的指针。runtime提供了丰盛的函数来操作这一字段。大体上可以分成以下几类:

1.分子变量操作函数,紧要含有以下函数:

1   // 获取类中指定名称实例成员变量的信息
2   Ivar class_getInstanceVariable ( Class cls, const char *name );
3
4   // 获取类成员变量的信息
5   Ivar class_getClassVariable ( Class cls, const char *name );
6   
7   // 添加成员变量
8   BOOL class_addIvar ( Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types );
9
10   // 获取整个成员变量列表
11   Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount );
  • class_getInstanceVariable函数,它回到一个对准包括name指定的分子变量新闻的objc_ivar结构体的指针(Ivar)。

  • class_getClassVariable函数,方今没有找到有关Objective-C中类变量的音信,一般认为Objective-C不协理类变量。注意,再次来到的列表不带有父类的成员变量和总体性。

  • Objective-C不支持往已存在的类中添加实例变量,因而无论是系统库提供的提供的类,仍旧大家自定义的类,都心有余而力不足动态拉长成员变量。但如果我们由此运行时来创制一个类的话,又应该怎么着给它添加成员变量呢?那时咱们就足以应用class_addIvar函数了。可是须求留意的是,那些措施只可以在objc_allocateClassPair函数与objc_registerClassPair之间调用。此外,那一个类也不能是元类。成员变量的按字节最小对齐量是1<<alignment。那有赖于ivar的门类和机具的架构。如若变量的项目是指针类型,则传递log2(sizeof(pointer_type))。

  • class_copyIvarList函数,它回到一个对准成员变量音信的数组,数组中各类元素是指向该成员变量新闻的objc_ivar结构体的指针。这几个数组不分包在父类中扬言的变量。outCount指针重回数组的尺寸。须要留意的是,大家务必使用free()来刑满释放那一个数组。

2.属性操作函数,主要含有以下函数:

1    // 获取指定的属性
2    objc_property_t class_getProperty ( Class cls, const char *name );
3
4    // 获取属性列表
5    objc_property_t * class_copyPropertyList ( Class cls, unsigned int *outCount );
6
7    // 为类添加属性
8    BOOL class_addProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );
9
10   // 替换类的属性
11   void class_replaceProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );

这一种办法也是本着ivars来操作,不过只操作那一个是性质的值。咱们在背后介绍属性时会再遇上这一个函数。

3.在MAC OS X系统中,大家可以动用垃圾回收器。runtime提供了多少个函数来规定一个对象的内存区域是不是可以被垃圾回收器扫描,以处理strong/weak引用。那多少个函数定义如下:

1   const uint8_t * class_getIvarLayout ( Class cls );
2   void class_setIvarLayout ( Class cls, const uint8_t *layout );
3   const uint8_t * class_getWeakIvarLayout ( Class cls );
4   void class_setWeakIvarLayout ( Class cls, const uint8_t *layout );

但平日意况下,大家不必要去主动调用这一个主意;在调用objc_registerClassPair时,会转变合理的布局。在此不详细介绍那一个函数。

方法(methodLists)

措施操作主要有以下函数:

1   // 添加方法
2   BOOL class_addMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );
3   // 获取实例方法
4   Method class_getInstanceMethod ( Class cls, SEL name );
5   // 获取类方法
6   Method class_getClassMethod ( Class cls, SEL name );
7   // 获取所有方法的数组
8   Method * class_copyMethodList ( Class cls, unsigned int *outCount );
9   // 替代方法的实现
10  IMP class_replaceMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );
11  // 返回方法的具体实现
12  IMP class_getMethodImplementation ( Class cls, SEL name );
13  IMP class_getMethodImplementation_stret ( Class cls, SEL name );
14  // 类实例是否响应指定的selector
15  BOOL class_respondsToSelector ( Class cls, SEL sel );

class_addMethod的落到实处会覆盖父类的方式达成,但不会取代本类中已存在的兑现,要是本类中隐含一个同名的贯彻,则函数会回去NO。借使要修改已存在落到实处,可以使用method_setImplementation。一个Objective-C主意是一个简约的C函数,它起码含有八个参数–self_cmd。所以,大家的贯彻函数(IMP参数指向的函数)至少须要八个参数,如下所示:

1   void myMethodIMP(id self, SEL _cmd)
2   {
3        // implementation ....
4   }

与成员变量差其余是,大家得以为类动态拉长方法,不管那一个类是还是不是已存在。

另外,参数types是一个讲述传递给艺术的参数类型的字符数组,那就事关到项目编码,大家将在后头介绍。

  • class_getInstanceMethodclass_getClassMethod函数,与class_copyMethodList分化的是,那五个函数都会去追寻父类的贯彻。

  • class_copyMethodList函数,重返蕴涵所有实例方法的数组,即使必要得到类格局,则足以采纳class_copyMethodList(object_getClass(cls), &count)(一个类的实例方法是概念在元类里面)。该列表不带有父类完结的主意。outCount参数再次来到方法的个数。在取得到列表后,大家需求利用free()主意来刑释解教它。

  • class_replaceMethod函数,该函数的一言一行足以分为三种:假如类中不设有name指定的点子,则类似于class_addMethod函数一样会助长方法;如若类中已存在name点名的艺术,则接近于method_setImplementation如出一辙替代原方法的贯彻。

  • class_getMethodImplementation函数,该函数在向类实例发送新闻时会被调用,并重临一个针对方法完结函数的指针。那一个函数会比method_getImplementation(class_getInstanceMethod(cls, name))更快。再次回到的函数指针可能是一个指向runtime内部的函数,而不必然是艺术的其实贯彻。例如,若是类实例无法响应selector,则赶回的函数指针将是运行时信息转载机制的一有些。

  • class_respondsToSelector函数,我们常见选拔NSObject类的respondsToSelector:instancesRespondToSelector:办法来已毕平等目标。

协议(objc_protocol_list)

说道相关的操作包蕴以下函数:

1   // 添加协议
2   BOOL class_addProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );
3
4   // 返回类是否实现指定的协议
5   BOOL class_conformsToProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );
6
7   // 返回类实现的协议列表
8   Protocol * class_copyProtocolList ( Class cls, unsigned int *outCount );
  • class_conformsToProtocol函数可以采用NSObject类的conformsToProtocol:办法来代表。

  • class_copyProtocolList函数重返的是一个数组,在运用后大家须要动用free()手动释放。

版本(version)

本子相关的操作包蕴以下函数:

1   // 获取版本号
2   int class_getVersion ( Class cls );
3
4   // 设置版本号
5   void class_setVersion ( Class cls, int version );

其它

runtime还提供了八个函数来供CoreFoundation的tool-free bridging使用,即:

1   Class objc_getFutureClass ( const char *name );
2   void objc_setFutureClass ( Class cls, const char *name );

普普通通大家不直接使用这八个函数。

实例(Example)

地方列举了大气类操作的函数,下边大家写个实例,来看望这些函数的实例效果:

//-----------------------------------------------------------
// MyClass.h
@interface MyClass : NSObject <NSCopying, NSCoding>
@property (nonatomic, strong) NSArray *array;
@property (nonatomic, copy) NSString *string;
- (void)method1;
- (void)method2;
+ (void)classMethod1;
@end
//-----------------------------------------------------------
// MyClass.m
#import "MyClass.h"
@interface MyClass () {
    NSInteger       _instance1;
    NSString    *   _instance2;
}
@property (nonatomic, assign) NSUInteger integer;
- (void)method3WithArg1:(NSInteger)arg1 arg2:(NSString *)arg2;
@end
@implementation MyClass
+ (void)classMethod1 {
}
- (void)method1 {
    NSLog(@"call method method1");
}
- (void)method2 {
}
- (void)method3WithArg1:(NSInteger)arg1 arg2:(NSString *)arg2 {
    NSLog(@"arg1 : %ld, arg2 : %@", arg1, arg2);
}
@end
//-----------------------------------------------------------
// main.h
#import "MyClass.h"
#import "MySubClass.h"
#import <objc/runtime.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {

        MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init];
        unsigned int outCount = 0;
        Class cls = myClass.class;
        // 类名
        NSLog(@"class name: %s", class_getName(cls));
        NSLog(@"==========================================================");
        // 父类
        NSLog(@"super class name: %s", class_getName(class_getSuperclass(cls)));
        NSLog(@"==========================================================");
        // 是否是元类
        NSLog(@"MyClass is %@ a meta-class", (class_isMetaClass(cls) ? @"" : @"not"));
        NSLog(@"==========================================================");
        Class meta_class = objc_getMetaClass(class_getName(cls));
        NSLog(@"%s's meta-class is %s", class_getName(cls), class_getName(meta_class));
        NSLog(@"==========================================================");
        // 变量实例大小
        NSLog(@"instance size: %zu", class_getInstanceSize(cls));
        NSLog(@"==========================================================");
        // 成员变量
        Ivar *ivars = class_copyIvarList(cls, &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i++) {
            Ivar ivar = ivars[i];
            NSLog(@"instance variable's name: %s at index: %d", ivar_getName(ivar), i);
        }
        free(ivars);
        Ivar string = class_getInstanceVariable(cls, "_string");
        if (string != NULL) {
            NSLog(@"instace variable %s", ivar_getName(string));
        }
        NSLog(@"==========================================================");
        // 属性操作
        objc_property_t * properties = class_copyPropertyList(cls, &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i++) {
            objc_property_t property = properties[i];
            NSLog(@"property's name: %s", property_getName(property));
        }
        free(properties);
        objc_property_t array = class_getProperty(cls, "array");
        if (array != NULL) {
            NSLog(@"property %s", property_getName(array));
        }
        NSLog(@"==========================================================");
        // 方法操作
        Method *methods = class_copyMethodList(cls, &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i++) {
            Method method = methods[i];
            NSLog(@"method's signature: %s", method_getName(method));
        }
        free(methods);
        Method method1 = class_getInstanceMethod(cls, @selector(method1));
        if (method1 != NULL) {
            NSLog(@"method %s", method_getName(method1));
        }
        Method classMethod = class_getClassMethod(cls, @selector(classMethod1));
        if (classMethod != NULL) {
            NSLog(@"class method : %s", method_getName(classMethod));
        }
        NSLog(@"MyClass is%@ responsd to selector: method3WithArg1:arg2:", class_respondsToSelector(cls, @selector(method3WithArg1:arg2:)) ? @"" : @" not");
        IMP imp = class_getMethodImplementation(cls, @selector(method1));
        imp();
        NSLog(@"==========================================================");
        // 协议
        Protocol * __unsafe_unretained * protocols = class_copyProtocolList(cls, &outCount);
        Protocol * protocol;
        for (int i = 0; i < outCount; i++) {
            protocol = protocols[i];
            NSLog(@"protocol name: %s", protocol_getName(protocol));
        }
        NSLog(@"MyClass is%@ responsed to protocol %s", class_conformsToProtocol(cls, protocol) ? @"" : @" not", protocol_getName(protocol));
        NSLog(@"==========================================================");
    }
    return 0;
}

2014-10-22 19:41:37.452 RuntimeTest[3189:156810] class name: MyClass
2014-10-22 19:41:37.453 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.454 RuntimeTest[3189:156810] super class name: NSObject
2014-10-22 19:41:37.454 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.454 RuntimeTest[3189:156810] MyClass is not a meta-class
2014-10-22 19:41:37.454 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.454 RuntimeTest[3189:156810] MyClass's meta-class is MyClass
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] instance size: 48
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] instance variable's name: _instance1 at index: 0
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] instance variable's name: _instance2 at index: 1
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] instance variable's name: _array at index: 2
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] instance variable's name: _string at index: 3
2014-10-22 19:41:37.463 RuntimeTest[3189:156810] instance variable's name: _integer at index: 4
2014-10-22 19:41:37.463 RuntimeTest[3189:156810] instace variable _string
2014-10-22 19:41:37.463 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.463 RuntimeTest[3189:156810] property's name: array
2014-10-22 19:41:37.463 RuntimeTest[3189:156810] property's name: string
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] property's name: integer
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] property array
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: method1
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: method2
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: method3WithArg1:arg2:
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: integer
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: setInteger:
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: array
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: string
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: setString:
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: setArray:
2014-10-22 19:41:37.466 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: .cxx_destruct
2014-10-22 19:41:37.466 RuntimeTest[3189:156810] method method1
2014-10-22 19:41:37.466 RuntimeTest[3189:156810] class method : classMethod1
2014-10-22 19:41:37.466 RuntimeTest[3189:156810] MyClass is responsd to selector: method3WithArg1:arg2:
2014-10-22 19:41:37.467 RuntimeTest[3189:156810] call method method1
2014-10-22 19:41:37.467 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.467 RuntimeTest[3189:156810] protocol name: NSCopying
2014-10-22 19:41:37.467 RuntimeTest[3189:156810] protocol name: NSCoding
2014-10-22 19:41:37.467 RuntimeTest[3189:156810] MyClass is responsed to protocol NSCoding
2014-10-22 19:41:37.468 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================

动态创造类和对象

runtime的兵不血刃之处在于它能在运行时创制类和目的。
动态####创建类
动态创造类涉及到以下多少个函数:

// 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 );
  • objc_allocateClassPair函数:假设我们要创立一个根类,则superclass指定为Nil。extraBytes寻常指定为0,该参数是分配给类和元类对象底部的索引ivars的字节数。

为了创建一个新类,大家须要调用objc_allocateClassPair。然后使用诸如class_addMethod,class_addIvar等函数来为新创设的类添加方法、实例变量和质量等。已毕那些后,大家必要调用objc_registerClassPair函数来注册类,之后那几个新类就可以在先后中采用了。

实例方法和实例变量应该加上到类自身上,而类措施应该加上到类的元类上。

  • objc_disposeClassPair函数用于销毁一个类,但是需求小心的是,若是程序运行中还留存类或其子类的实例,则不可能调用针对类调用该方法。
    在前头介绍元类时,大家已经有接触到那个函数了,在此大家再举个实例来探视那多少个函数的行使。

Class cls = objc_allocateClassPair(MyClass.class, "MySubClass", 0);

class_addMethod(cls, @selector(submethod1), (IMP)imp_submethod1, "v@:");
class_replaceMethod(cls, @selector(method1), (IMP)imp_submethod1, "v@:");
class_addIvar(cls, "_ivar1", sizeof(NSString *), log(sizeof(NSString *)), "i");

objc_property_attribute_t type = {"T", "@\"NSString\""};
objc_property_attribute_t ownership = { "C", "" };
objc_property_attribute_t backingivar = { "V", "_ivar1"};
objc_property_attribute_t attrs[] = {type, ownership, backingivar};

class_addProperty(cls, "property2", attrs, 3);
objc_registerClassPair(cls);
id instance = [[cls alloc] init];
[instance performSelector:@selector(submethod1)];
[instance performSelector:@selector(method1)];

程序的输出如下:

2014-10-23 11:35:31.006 RuntimeTest[3800:66152] run sub method 1
2014-10-23 11:35:31.006 RuntimeTest[3800:66152] run sub method 1

动态创制对象

动态创制对象的函数如下:

// 创建类实例
id class_createInstance ( Class cls, size_t extraBytes );

// 在指定位置创建类实例
id objc_constructInstance ( Class cls, void *bytes );

// 销毁类实例
void * objc_destructInstance ( id obj );
  • class_createInstance函数:成立实例时,会在默许的内存区域为类分配内存。extraBytes参数表示分配的额外字节数。这个额外的字节可用来存储在类定义中所定义的实例变量之外的实例变量。该函数在ARC环境下不能采纳。

调用class_createInstance的作用与+alloc方法类似。可是在接纳class_createInstance时,大家须要适度的通晓我们要用它来做什么样。在底下的例证中,我们用NSString来测试一下该函数的实际效果:

id theObject = class_createInstance(NSString.class, sizeof(unsigned));

id str1 = [theObject init];
NSLog(@"%@", [str1 class]);

id str2 = [[NSString alloc] initWithString:@"test"];
NSLog(@"%@", [str2 class]);

输出的结果是

2014-10-23 12:46:50.781 RuntimeTest[4039:89088] NSString
2014-10-23 12:46:50.781 RuntimeTest[4039:89088] __NSCFConstantString

可以看到,使用class_createInstance函数获取的是NSString实例,而不是类簇中的默许占位符类__NSCFConstantString。

  • objc_constructInstance函数:在指定的地点(bytes)创设类实例。

  • objc_destructInstance函数:销毁一个类的实例,但不会自由并移除任何与其连带的引用。

实例操作函数

实例操作函数根本是针对性我们创制的实例对象的一文山会海操作函数,大家得以应用那组函数来从实例对象中拿走大家想要的有的音信,如实例对象中变量的值。这组函数能够分为三小类:

1.针对整个对象举办操作的函数,那类函数包罗

// 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 );

有如此一种现象,假使大家有类A和类B,且类B是类A的子类。类B通过添加一些外加的质量来扩充类A。现在大家创立了一个A类的实例对象,并期望在运行时将以此目的转换为B类的实例对象,那样可以增进数据到B类的属性中。那种状态下,大家尚无办法间接转换,因为B类的实例会比A类的实例更大,没有丰裕的空间来放置对象。此时,我们就要以使用上述多少个函数来拍卖那种意况,如下代码所示:

NSObject *a = [[NSObject alloc] init];
id newB = object_copy(a, class_getInstanceSize(MyClass.class));
object_setClass(newB, MyClass.class);
object_dispose(a);

2.针对对象实例变量举行操作的函数,那类函数包括:

// 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 );

倘使实例变量的Ivar已经清楚,那么调用object_getIvar会比object_getInstanceVariable函数快,相同意况下,object_setIvar也比object_setInstanceVariable快。

3.对准对象的类进行操作的函数,这类函数包涵:

// 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 );

赢得类定义

Objective-C动态运行库会自动注册大家代码中定义的保有的类。大家也得以在运作时创建类定义并利用objc_addClass函数来注册它们。runtime提供了一密密麻麻函数来获得类定义相关的新闻,那个函数紧要不外乎:

// 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函数:获取已登记的类定义的列表。咱们没办法假诺从该函数中得到的类对象是继续自NSObject系统的,所以在那么些类上调用方法是,都应当先检测一下这么些方法是还是不是在那一个类中落到实处。

上面代码演示了该函数的用法:

int numClasses;
Class * classes = NULL;
numClasses = objc_getClassList(NULL, 0);
if (numClasses > 0) {
    classes = malloc(sizeof(Class) * numClasses);
    numClasses = objc_getClassList(classes, numClasses);
    NSLog(@"number of classes: %d", numClasses);
    for (int i = 0; i < numClasses; i++) {
        Class cls = classes[i];
        NSLog(@"class name: %s", class_getName(cls));
    }
    free(classes);
}

出口结果如下:

2014-10-23 16:20:52.589 RuntimeTest[8437:188589] number of classes: 1282
2014-10-23 16:20:52.589 RuntimeTest[8437:188589] class name: DDTokenRegexp
2014-10-23 16:20:52.590 RuntimeTest[8437:188589] class name: _NSMostCommonKoreanCharsKeySet
2014-10-23 16:20:52.590 RuntimeTest[8437:188589] class name: OS_xpc_dictionary
2014-10-23 16:20:52.590 RuntimeTest[8437:188589] class name: NSFileCoordinator
2014-10-23 16:20:52.590 RuntimeTest[8437:188589] class name: NSAssertionHandler
2014-10-23 16:20:52.590 RuntimeTest[8437:188589] class name: PFUbiquityTransactionLogMigrator
2014-10-23 16:20:52.591 RuntimeTest[8437:188589] class name: NSNotification
2014-10-23 16:20:52.591 RuntimeTest[8437:188589] class name: NSKeyValueNilSetEnumerator
2014-10-23 16:20:52.591 RuntimeTest[8437:188589] class name: OS_tcp_connection_tls_session
2014-10-23 16:20:52.591 RuntimeTest[8437:188589] class name: _PFRoutines
......还有大量输出
  • 获取类定义的法子有多个:objc_lookUpClass,
    objc_getClassobjc_getRequiredClass。若是类在运行时未注册,则objc_lookUpClass会返回nil,而objc_getClass会调用类处理回调,并再次确认类是或不是注册,若是认同未注册,再回来nil。而objc_getRequiredClass函数的操作与objc_getClass无异于,只但是若是没有找到类,则会杀死过程。

  • objc_getMetaClass函数:即使指定的类没有挂号,则该函数会调用类处理回调,一碗水端平复肯定类是不是注册,若是认同未注册,再再次回到nil。可是,每个类定义都不能不有一个卓有功用的元类定义,所以这一个函数总是会回去一个元类定义,不管它是不是行得通。

小结

在这一章中大家介绍了Runtime运行时中与类和目标相关的数据结构,通过这个多少函数,大家可以管窥Objective-C底层面向对象完结的有的音信。此外,通过丰盛的操作函数,可以灵活地对这么些多少进行操作。

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