Objective-C Runtime 运行时之一:类与目的

Objective-C言语是一门动态语言,它将广大静态语言在编译和链接时期做的事放到了运行时来处理。这种动态语言的优势在于:大家写代码时更具灵活性,如我辈得以把信息转发给我们想要的对象,或者随便交流一个艺术的贯彻等。

这种特性意味着Objective-C不仅需要一个编译器,还需要一个周转时系统来推行编译的代码。对于Objective-C来说,这多少个运行时系统就像一个操作系统一样:它让具备的工作可以正常的运作。这么些运行时系统即Objc RuntimeObjc Runtime实质上是一个Runtime库,它基本上是用C和汇编写的,那多少个库使得C语言有了面向对象的能力。

Runtime库首要做下边几件事:

1、封装:在这些库中,对象能够用C语言中的结构体表示,而艺术可以用C函数来兑现,另外再加上了有的额外的特征。那个结构体和函数被runtime函数封装后,咱们就足以在程序运行时创建,检查,修改类、对象和它们的法子了。
2、找出方法的最终实施代码:当程序执行[object doSomething]时,会向音信接收者(object)发送一条信息(doSomething),runtime会依据信息接收者是否能响应该信息而做出不同的反应。这将在背后详细介绍。

Objective-C
runtime脚下有五个本子: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。

在这一名目繁多小说中,我们将介绍runtime的骨干工作原理,以及怎么着采纳它让我们的次序变得尤为灵敏。在本文中,我们先来介绍一下类与对象,这是面向对象的底子,大家看看在Runtime中,类是怎么落实的。

类与对象基础数据结构

Class

Objective-C类是由Class品类来代表的,它实际是一个针对性objc_class结构体的指针。它的概念如下:

1  typedef struct objc_class *Class;

查看objc/runtime.hobjc_class结构体的概念如下:

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;

在这几个定义中,上边多少个字段是大家感兴趣的

isa:需要留意的是在Objective-C中,所有的类自身也是一个目标,这些目的的Class里面也有一个isa指针,它指向metaClass(元类),我们会在末端介绍它。
super_class:指向该类的父类,尽管此类已经是最顶层的根类(如NSObjectNSProxy),则super_class为NULL。
cache:用于缓存如今利用的法门。一个接收者对象吸收到一个新闻时,它会依照isa指针去摸索可以响应这多少个信息的目的。在实际应用中,这个目的唯有局部主意是常用的,很多措施其实很少用或者根本用不上。这种意况下,假若老是信息来时,我们都是methodLists中遍历一次,性能势必很差。这时,cache就派上用场了。在大家每便调用过一个方法后,这一个方法就会被缓存到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中找寻方法。这样,对于这么些通常利用的点子的调用,但增长了调用的效率。
version:大家可以利用那么些字段来提供类的版本消息。这对于目标的序列化很是有用,它只是让大家识别出不同类定义版本中实例变量布局的改观。
针对cache,大家用上面例子来注解其实施进程:

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,这多少个结构体只有一个字体,即指向其类的isa指针。这样,当我们向一个Objective-C目的发送音讯时,运行时库会遵照实例对象的isa指针找到这一个实例对象所属的类。Runtime库会在类的办法列表及父类的办法列表中去找寻与信息对应的selector针对的法门。找到后即运行那些形式。

当创设一个特定类的实例对象时,分配的内存包含一个objc_object数据结构,然后是类的实例变量的数目。NSObject类的allocallocWithZone:办法运用函数class_createInstance来创建objc_object数据结构。

其它还有我们广阔的id,它是一个objc_object结构类型的指针。它的留存可以让我们落实类似于C++中泛型的一部分操作。该项目标目标可以转换为任何一种对象,有点类似于C语言中void *指针类型的效能。

objc_cache

下边提到了objc_class结构体中的cache字段,它用来缓存调用过的章程。那些字段是一个针对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:一个平头,指定分配的缓存bucket的总数。在措施寻找过程中,Objective-C runtime动用那一个字段来确定初阶线性查找数组的目录地点。指向方法selector的指针与该字段做一个AND位操作(index = (mask & selector))。那足以看成一个简易的hash散列算法。
occupied:一个整数,指定实际占有的缓存bucket的总数。
buckets:指向Method数据结构指针的数组。那个数组可能带有不超越mask+1个元素。需要专注的是,指针可能是NULL,表示这么些缓存bucket尚无被霸占,另外被挤占的bucket想必是不总是的。那么些数组可能会随着时间而进步。

元类(Meta Class)

在地点我们提到,所有的类自身也是一个对象,我们可以向这一个指标发送信息(即调用类方法)。如:

1   NSArray *array = [NSArray array];

本条例子中,+array音信发送给了NSArray类,而以此NSArray也是一个目的。既然是目的,那么它也是一个objc_object指南针,它包含一个指向其类的一个isa指针。那么这么些就有一个问题了,这多少个isa指南针指向哪些呢?为了调用+array措施,这一个类的isa指针必须指向一个蕴含那么些类措施的一个objc_class结构体。这就引出了meta-class的概念

    meta-class是一个类对象的类。

当大家向一个目标发送音信时,runtime会在这么些目的所属的这一个类的章程列表中搜索方法;而向一个类发送音信时,会在这些类的meta-class的不二法门列表中查找。

meta-class因此重要,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,因为各样类的类措施基本不可能完全相同。

再深远一下,meta-class也是一个类,也得以向它发送一个信息,那么它的isa又是指向哪些啊?为了不让这种结构无限延伸下去,Objective-C的设计者让所有的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连续连串下的meta-class都施用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。那样就形成了一个到家的闭环。

通过下面的叙述,再添加对objc_class结构体中super_class指南针的解析,我们就可以描绘出类及相应meta-class类的一个持续系列了

对于NSObject接轨连串来说,其实例方法对系统中的所有实例、类和meta-class都是有效的;而类格局对于类别内的具有类和meta-class都是可行的。

讲了如此多,我们依然来写个例证吗:

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立了一个NSError的子类TestClass,然后为这几个子类添加一个方法testMetaClass,这些措施的兑现是TestMetaClass函数。

运作后,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

我们在for循环中,咱们经过objc_getClass来得到对象的isa,并将其打印出来,依此从来回溯到NSObjectmeta-class。分析打印结果,可以看看最终指针指向的地址是0x0,即NSObjectmeta-class的类地方。

这里需要留意的是:大家在一个类对象调用class措施是无能为力赢得meta-class,它只是重回类而已。

类与对象操作函数

runtime提供了汪洋的函数来操作类与目的。类的操作方法大部分是以class_为前缀的,而目的的操作方法大部分是以objc_或object_为前缀。下边我们将基于这一个办法的用处来分类商量这多少个点子的接纳。

类相关操作函数

大家可以回过头去探视objc_class
的概念,runtime提供的操作类的模式紧要就是对准这多少个结构体中的各种字段的。下边咱们独家介绍这一部分的函数。并在结尾以实例来演示那些函数的现实性用法。

类名(name)

类名操作的函数首要有:

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

对于class_getName函数,要是传入的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紧要有:

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。但是普通我们得以接纳NSObject类的superclass方法来达到相同的目的。
  • 2、class_isMetaClass函数,如假若cls是元类,则赶回YES;假如否或者传播的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、属性的音信是放在链表ivars中的。ivars是一个数组,数组中每个元素是指向Ivar(变量信息)的指针。runtime提供了丰裕的函数来操作这一字段。大体上得以分为以下几类:

1.分子变量操作函数,重要含有以下函数:

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,它回到一个针对包含name指定的分子变量信息的objc_ivar结构体的指针(Ivar)。

  • class_getClassVariable函数,近来一贯不找到关于Objective-C中类变量的音信,一般认为Objective-C不襄助类变量。注意,重返的列表不包含父类的积极分子变量和属性。

  • Objective-C不匡助往已存在的类中添加实例变量,由此无论是是系统库提供的提供的类,依旧大家自定义的类,都没法儿动态增长成员变量。但即便我们经过运行时来创建一个类的话,又应当什么给它添加成员变量呢?这时我们就可以应用class_addIvar函数了。不过需要专注的是,这么些主意只可以在objc_allocateClassPair函数与objc_registerClassPair之间调用。此外,这么些类也不可能是元类。成员变量的按字节最小对齐量是1<<alignment。这取决ivar的类别和机器的架构。假使变量的体系是指针类型,则传递log2(sizeof(pointer_type))。

  • class_copyIvarList函数,它回到一个对准成员变量新闻的数组,数组中每个元素是指向该成员变量新闻的objc_ivar结构体的指针。这一个数组不包含在父类中声明的变量。outCount指针重回数组的大小。需要留意的是,我们务必利用free()来释放这多少个数组。

2.属性操作函数,首要涵盖以下函数:

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 );

这一种情势也是对准ivars来操作,然而只操作那么些是性质的值。我们在背后介绍属性时会再遇到那么些函数。

3.在MAC OS X系统中,我们得以拔取垃圾回收器。runtime提供了多少个函数来规定一个对象的内存区域是否足以被垃圾回收器扫描,以拍卖strong/weak引用。这么些函数定义如下:

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 );

但普通情状下,我们不需要去主动调用那些主意;在调用objc_registerClassPair时,会扭转合理的布局。在此不详细介绍那么些函数。

方法(methodLists)

方法操作紧要有以下函数:

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的兑现会覆盖父类的不二法门实现,但不会代替本类中已存在的落实,倘若本类中蕴含一个同名的实现,则函数会回来NO。假使要修改已存在贯彻,可以动用method_setImplementation。一个Objective-C艺术是一个简单的C函数,它起码含有多少个参数–self_cmd。所以,大家的实现函数(IMP参数指向的函数)至少需要多少个参数,如下所示:

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

与成员变量不同的是,大家能够为类动态增长方法,不管这多少个类是否已存在。

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,这就事关到花色编码,我们将在末端介绍。

  • class_getInstanceMethodclass_getClassMethod函数,与class_copyMethodList今非昔比的是,这多少个函数都会去寻找父类的兑现。

  • class_copyMethodList函数,重返包含所有实例方法的数组,假使需要取得类形式,则足以行使class_copyMethodList(object_getClass(cls), &count)(一个类的实例方法是概念在元类里面)。该列表不带有父类实现的措施。outCount参数再次来到方法的个数。在获拿到列表后,我们需要采取free()艺术来刑满释放它。

  • class_replaceMethod函数,该函数的行为能够分成两种:即使类中不设有name点名的章程,则类似于class_addMethod函数一样会加上方法;假若类中已存在name点名的法子,则类似于method_setImplementation同一替代原方法的落实。

  • class_getMethodImplementation函数,该函数在向类实例发送消息时会被调用,并回到一个针对性方法实现函数的指针。这些函数会比method_getImplementation(class_getInstanceMethod(cls, name))更快。重回的函数指针可能是一个指向runtime内部的函数,而不肯定是艺术的实际上落实。例如,就算类实例无法响应selector,则赶回的函数指针将是运行时消息转发机制的一部分。

  • class_respondsToSelector函数,我们见惯司空采纳NSObject类的respondsToSelector:instancesRespondToSelector:主意来达成相同目标。

协议(objc_protocol_list)

商事相关的操作包含以下函数:

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函数可以动用NSObject类的conformsToProtocol:办法来顶替。

  • class_copyProtocolList函数再次来到的是一个数组,在利用后我们需要动用free()手动释放。

版本(version)

本子相关的操作包含以下函数:

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还提供了五个函数来供CoreFoundation的tool-free bridging使用,即:

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

平凡大家不间接行使这三个函数。

实例(Example)

地点列举了大气类操作的函数,下边我们写个实例,来看望这一个函数的实例效果:

//-----------------------------------------------------------
// 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] ==========================================================

动态成立类和目的

runtime的强大之处在于它能在运行时创立类和目的。
动态####创建类
动态成立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:假若大家要开创一个根类,则superclass指定为Nil。extraBytes通常指定为0,该参数是分配给类和元类对象尾部的索引ivars的字节数。

为了创设一个新类,我们需要调用objc_allocateClassPair。然后使用诸如class_addMethod,class_addIvar等函数来为新创造的类添加方法、实例变量和性质等。完成这多少个后,我们需要调用objc_registerClassPair函数来注册类,之后这么些新类就足以在先后中选择了。

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,不过需要小心的是,假诺程序运行中还存在类或其子类的实例,则不可以调用针对类调用该方法。
    在前方介绍元类时,我们早就有接触到那么些函数了,在此我们再举个实例来看望那些函数的应用。

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)];

先后的出口如下:

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

动态成立对象的函数如下:

// 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:创造实例时,会在默认的内存区域为类分配内存。extraBytes参数表示分配的额外字节数。那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环境下不能利用。

调用class_createInstance的机能与+alloc方法类似。不过在应用class_createInstance时,大家需要体面的知道大家要用它来做咋样。在下边的例证中,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]);

出口的结果是

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

可以寓目,使用class_createInstance函数获取的是NSString实例,而不是类簇中的默认占位符类__NSCFConstantString。

  • objc_constructInstance函数:在指定的地点(bytes)创立类实例。

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

实例操作函数

实例操作函数根本是针对大家创造的实例对象的一雨后春笋操作函数,我们可以使用那组函数来从实例对象中赢得我们想要的有些信息,如实例对象中变量的值。这组函数可以分成三小类:

1.针对全部对象开展操作的函数,这类函数包含

// 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 );

有诸如此类一种情景,固然我们有类A和类B,且类B是类A的子类。类B通过抬高一些非凡的性质来扩展类A。现在大家成立了一个A类的实例对象,并愿目的在于运行时将那多少个目标转换为B类的实例对象,这样可以添加数据到B类的性质中。这种情状下,我们从没章程直接转换,因为B类的实例会比A类的实例更大,没有充裕的上空来放置对象。此时,大家就要以使用上述多少个函数来拍卖这种气象,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.对准对象实例变量举行操作的函数,这类函数包含:

// 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 );

要是实例变量的Ivar已经知晓,那么调用object_getIvar会比object_getInstanceVariable函数快,相同情形下,object_setIvar也比object_setInstanceVariable快。

3.针对性对象的类举办操作的函数,这类函数包含:

// 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 );

获取类定义

Objective-C动态运行库会自动注册我们代码中定义的保有的类。大家也足以在运作时创设类定义并采纳objc_addClass函数来注册它们。runtime提供了一文山会海函数来赢得类定义相关的消息,那些函数紧要不外乎:

// 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。大家不可能假若从该函数中得到的类对象是继续自NSObject系统的,所以在这一个类上调用方法是,都应领先检测一下这一个措施是否在这多少个类中实现。

下边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
  • 收获类定义的章程有多少个:objc_lookUpClass,
    objc_getClassobjc_getRequiredClass。如若类在运行时未注册,则objc_lookUpClass会返回nil,而objc_getClass会调用类处理回调,一碗水端平复肯定类是否注册,假诺确认未注册,再重回nil。而objc_getRequiredClass函数的操作与objc_getClass一样,只然则如果没有找到类,则会杀死进程。

  • objc_getMetaClass函数:假若指定的类没有登记,则该函数会调用类处理回调,并再度肯定类是否注册,如若认同未注册,再回去nil。然则,每个类定义都无法不有一个得力的元类定义,所以这一个函数总是会回来一个元类定义,不管它是不是可行。

小结

在这一章中我们介绍了Runtime运行时中与类和目的相关的数据结构,通过这一个数量函数,我们可以管窥Objective-C底层面向对象实现的一部分音讯。其它,通过抬高的操作函数,可以灵活地对这多少个数量开展操作。

相关著作

Objective-C Runtime
运行时之二:成员变量与特性

Objective-C Runtime
运行时之三:方法与音讯

本著作转载自:南峰子的技巧博客