Runtime-iOS運行時應用

本篇將會總結Rutime的具體應用實體，結合其動態特性，Runtime在開發中的應用大致分為以下幾個方面(Runtime應用圖)：

一、動態方法交換：Method Swizzling

實作動態方法交換(Method Swizzling )是Runtime中最具盛名的應用場景，其原理是：通過Runtime獲取到方法實作的地址，進而動態交換兩個方法的功能，使用到關鍵方法如下：

//獲取類方法的Mthod

Method _Nullable class_getClassMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name)

//獲取實體物件方法的Mthod

Method _Nullable class_getInstanceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name)

//交換兩個方法的實作

void method_exchangeImplementations(Method _Nonnull m1, Method _Nonnull m2)

1.動態方法交換示例

現在演示一個代碼示例：在視圖控制中，定義兩個實體方法printA與printB，然后執行交換

- (void)printA{

NSLog(@"列印A......");

}

- (void)printB{

NSLog(@"列印B......");

}

//交換方法的實作，并測驗列印

Method methodA = class_getInstanceMethod([self class], @selector(printA));

Method methodB = class_getInstanceMethod([self class], @selector(printB));

method_exchangeImplementations(methodA, methodB);

[self printA]; //列印B......

[self printB]; //列印A......

2.攔截并替換系統方法

Runtime動態方法交換更多的是應用于系統類別庫和第三方框架的方法替換，在不可見原始碼的情況下，我們可以借助Rutime交換方法實作，為原有方法添加額外功能，這在實際開發中具有十分重要的意義，

下面將展示一個攔截并替換系統方法的示例：為了實作不同機型上的字體都按照比例適配，我們可以攔截系統UIFont的systemFontOfSize方法，具體操作如下：

步驟1：在當前工程中添加UIFont的分類：UIFont +Adapt,并在其中添用以替換的方法，

+ (UIFont *)zs_systemFontOfSize:(CGFloat)fontSize{

//獲取設備螢屏寬度，并計算出比例scale

CGFloat width = [[UIScreen mainScreen] bounds].size.width;

CGFloat scale = width/375.0;

//注意：由于方法交換，系統的方法名已變成了自定義的方法名，所以這里使用了

//自定義的方法名來獲取UIFont

return [UIFont zs_systemFontOfSize:fontSize * scale];

}

步驟2：在UIFont的分類中攔截系統方法，將其替換為我們自定義的方法，代碼如下：

//load方法不需要手動呼叫，iOS會在應用程式啟動的時候自動調起load方法，而且執行時間較早，所以在此方法中執行交換操作比較合適，

+ (void)load{

//獲取系統方法地址

Method sytemMethod = class_getClassMethod([UIFont class], @selector(systemFontOfSize:));

//獲取自定義方法地址

Method customMethod = class_getClassMethod([UIFont class], @selector(zs_systemFontOfSize:));

//交換兩個方法的實作

method_exchangeImplementations(sytemMethod, customMethod);

}

添加一段測驗代碼，切換不同的模擬器，觀察在不同機型上文字的大小：

UILabel *label = [[UILabel alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 100, 300, 50)];

label.text = @"測驗Runtime攔截方法";

label.font = [UIFont systemFontOfSize:20];

[self.view addSubview:label];

二、實作分類添加新屬性

我們在開發中常常使用類目Category為一些已有的類擴展功能，雖然繼承也能夠為已有類增加新的方法，而且相比類目更是具有增加屬性的優勢，但是繼承畢竟是一個重量級的操作，添加不必要的繼承關系無疑增加了代碼的復雜度，

遺憾的是，OC的類目并不支持直接添加屬性，如果我們直接在分類的宣告中寫入Property屬性，那么只能為其生成set與get方法宣告，卻不能生成成員變數，直接呼叫這些屬性還會造成崩潰，

所以為了實作給分類添加屬性，我們還需借助Runtime的關聯物件(Associated Objects)特性，它能夠幫助我們在運行階段將任意的屬性關聯到一個物件上，下面是相關的三個方法：

/**

1.給物件設定關聯屬性

@param object 需要設定關聯屬性的物件，即給哪個物件關聯屬性

@param key 關聯屬性對應的key，可通過key獲取這個屬性，

@param value 給關聯屬性設定的值

@param policy 關聯屬性的存盤策略(對應Property屬性中的assign,copy，retain等)

OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN @property(assign)，

OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC @property(strong, nonatomic)，

OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC @property(copy, nonatomic)，

OBJC_ASSOCIATION_RETAIN @property(strong,atomic)，

OBJC_ASSOCIATION_COPY @property(copy, atomic)，

*/

void objc_setAssociatedObject(id _Nonnull object,

const void * _Nonnull key,

id _Nullable value,

objc_AssociationPolicy policy)

/**

2.通過key獲取關聯的屬性

@param object 從哪個物件中獲取關聯屬性

@param key 關聯屬性對應的key

@return 回傳關聯屬性的值

*/

id _Nullable objc_getAssociatedObject(id _Nonnull object,

const void * _Nonnull key)

/**

3.移除物件所關聯的屬性

@param object 移除某個物件的所有關聯屬性

*/

void objc_removeAssociatedObjects(id _Nonnull object)

注意：key與關聯屬性一一對應，我們必須確保其全域唯一性，常用我們使用@selector(methodName)作為key，

現在演示一個代碼示例：為UIImage增加一個分類：UIImage+Tools，并為其設定關聯屬性urlString(圖片網路鏈接屬性），相關代碼如下：

//UIImage+Tools.h檔案中

UIImage+Tools.m

@interface UIImage (Tools)

//添加一個新屬性：圖片網路鏈接

@property(nonatomic,copy)NSString *urlString;

@end

//UIImage+Tools.m檔案中

#import "UIImage+Tools.h"

#import <objc/runtime.h>

@implementation UIImage (Tools)

//set方法

- (void)setUrlString:(NSString *)urlString{

objc_setAssociatedObject(self,

@selector(urlString),

urlString,

OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);

}

//get方法

- (NSString *)urlString{

return objc_getAssociatedObject(self,

@selector(urlString));

}

//添加一個自定義方法，用于清除所有關聯屬性

- (void)clearAssociatedObjcet{

objc_removeAssociatedObjects(self);

}

@end

測驗檔案中:

UIImage *image = [[UIImage alloc] init];

image.urlString = @"http://www.image.png";

NSLog(@"獲取關聯屬性：%@",image.urlString);

[image clearAssociatedObjcet];

NSLog(@"獲取關聯屬性：%@",image.urlString);

//列印：

//獲取關聯屬性：http://www.image.png

// 獲取關聯屬性：(null)

三、獲取類的詳細資訊

1.獲取屬性串列

unsigned int count;

objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count);

for (unsigned int i = 0; i<count; i++) {

const char *propertyName = property_getName(propertyList[i]);

NSLog(@"PropertyName(%d): %@",i,[NSString stringWithUTF8String:propertyName]);

}

free(propertyList);

2.獲取所有成員變數

Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);

for (int i= 0; i<count; i++) {

Ivar ivar = ivarList[i];

const char *ivarName = ivar_getName(ivar);

NSLog(@"Ivar(%d): %@", i, [NSString stringWithUTF8String:ivarName]);

}

free(ivarList);

3.獲取所有方法

Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &count);

for (unsigned int i = 0; i<count; i++) {

Method method = methodList[i];

SEL mthodName = method_getName(method);

NSLog(@"MethodName(%d): %@",i,NSStringFromSelector(mthodName));

}

free(methodList);

4.獲取當前遵循的所有協議

__unsafe_unretained Protocol **protocolList = class_copyProtocolList([self class], &count);

for (int i=0; i<count; i++) {

Protocol *protocal = protocolList[i];

const char *protocolName = protocol_getName(protocal);

NSLog(@"protocol(%d): %@",i, [NSString stringWithUTF8String:protocolName]);

}

free(propertyList);

注意：C語言中使用Copy操作的方法，要注意釋放指標，防止記憶體泄漏

四、解決同一方法高頻率呼叫的效率問題

Runtime原始碼中的IMP作為函式指標，指向方法的實作，通過它，我們可以繞開發送訊息的程序來提高函式呼叫的效率，當我們需要持續大量重復呼叫某個方法的時候，會十分有用，具體代碼示例如下：

void (*setter)(id, SEL, BOOL);

int i;

setter = (void (*)(id, SEL, BOOL))[target methodForSelector:@selector(setFilled:)];

for ( i = 0 ; i < 1000 ; i++ )

setter(targetList[i], @selector(setFilled:), YES);

五、方法動態決議與訊息轉發

其實該部分可以參考基礎篇中內容，這里不再重復贅述，只是大概做出一些總結，

1.動態方法決議：動態添加方法

Runtime足夠強大，能夠讓我們在運行時動態添加一個未實作的方法，這個功能主要有兩個應用場景：
場景1：動態添加未實作方法，解決代碼中因為方法未找到而報錯的問題；
場景2：利用懶加載思路，若一個類有很多個方法，同時加載到記憶體中會耗費資源，可以使用動態決議添加方法，方法動態決議主要用到的方法如下：

//OC方法：

//類方法未找到時調起，可于此添加類方法實作

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel

//實體方法未找到時調起，可于此添加實體方法實作

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel

//Runtime方法：

/**

運行時方法：向指定類中添加特定方法實作的操作

@param cls 被添加方法的類

@param name selector方法名

@param imp 指向實作方法的函式指標

@param types imp函式實作的回傳值與引數型別

@return 添加方法是否成功

*/

BOOL class_addMethod(Class _Nullable cls,

SEL _Nonnull name,

IMP _Nonnull imp,

const char * _Nullable types)

2.解決方法無回應崩潰問題

執行OC方法其實就是一個發送訊息的程序，若方法未實作，我們可以利用方法動態決議與訊息轉發來避免程式崩潰，這主要涉及下面一個處理未實作訊息的程序：

訊息轉發流程圖:

除了上述的方法動態決議，還使用到的相關方法如下：
訊息接收者重定向

//重定向類方法的訊息接收者，回傳一個類

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

//重定向實體方法的訊息接受者，回傳一個實體物件

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

訊息重定向

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

- (NSMethodSignature*)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;

六、動態操作屬性

1.動態修改屬性變數

現在假設這樣一個情況：我們使用第三方框架里的Person類，在特殊需求下想要更改其私有屬性nickName，這樣的操作我們就可以使用Runtime可以動態修改物件屬性，

基本思路：首先使用Runtime獲取Peson物件的所有屬性，找到nickName，然后使用ivar的方法修改其值，具體的代碼示例如下：

Person *ps = [[Person alloc] init];

NSLog(@"ps-nickName: %@",[ps valueForKey:@"nickName"]); //null

//第一步：遍歷物件的所有屬性

unsigned int count;

Ivar *ivarList = class_copyIvarList([ps class], &count);

for (int i= 0; i<count; i++) {

//第二步：獲取每個屬性名

Ivar ivar = ivarList[i];

const char *ivarName = ivar_getName(ivar);

NSString *propertyName = [NSString stringWithUTF8String:ivarName];

if ([propertyName isEqualToString:@"_nickName"]) {

//第三步：匹配到對應的屬性，然后修改；注意屬性帶有下劃線

object_setIvar(ps, ivar, @"梧雨北辰");

}

NSLog(@"ps-nickName: %@",[ps valueForKey:@"nickName"]); //

總結：此程序類似KVC的取值和賦值

2.實作 NSCoding 的自動歸檔和解檔

歸檔是一種常用的輕量型檔案存盤方式，但是它有個弊端：在歸檔程序中，若一個Model有多個屬性，我們不得不對每個屬性進行處理，非常繁瑣，
歸檔操作主要涉及兩個方法：encodeObject 和 decodeObjectForKey，現在，我們可以利用Runtime來改進它們，關鍵的代碼示例如下：

//原理：使用Runtime動態獲取所有屬性

//解檔操作

- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder{

self = [super init];

if (self) {

unsigned int count = 0;

Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);

for (int i = 0; i < count; i++) {

Ivar ivar = ivarList[i];

const char *ivarName = ivar_getName(ivar);

NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivarName];

id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];

[self setValue:value forKey:key];

}

free(ivarList); //釋放指標

}

return self;

}

//歸檔操作

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder{

unsigned int count = 0;

Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);

for (NSInteger i = 0; i < count; i++) {

Ivar ivar = ivarList[i];

NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];

id value = [self valueForKey:key];

[aCoder encodeObject:value forKey:key];

}

free(ivarList); //釋放指標

}

下面是有關歸檔的測驗代碼：

//--測驗歸檔

Person *ps = [[Person alloc] init];

ps.name = @"梧雨北辰";

ps.age = 18;

NSString *temp = NSTemporaryDirectory();

NSString *fileTemp = [temp stringByAppendingString:@"person.archive"];

[NSKeyedArchiver archiveRootObject:ps toFile:fileTemp];

//--測驗解檔

NSString *temp = NSTemporaryDirectory();

NSString *fileTemp = [temp stringByAppendingString:@"person.henry"];

Person *person = [NSKeyedUnarchiver unarchiveObjectWithFile:fileTemp];

NSLog(@"person-name:%@，person-age:%ld",person.name,person.age);

//person-name:梧雨北辰，person-age:18

3.實作字典與模型的轉換

字典資料轉模型的操作在專案開發中很常見，通常我們會選擇第三方如YYModel；其實我們也可以自己來實作這一功能，主要的思路有兩種：KVC、Runtime，總結字典轉化模型程序中需要解決的問題如下(字典轉模型圖)：

現在，我們使用Runtime來實作字典轉模型的操作，大致的思路是這樣：
借助Runtime可以動態獲取成員串列的特性，遍歷模型中所有屬性，然后以獲取到的屬性名為key，在JSON字典中尋找對應的值value；再將每一個對應Value賦值給模型，就完成了字典轉模型的目的，

首先準備下面的JSON資料用于測驗：

{

"id":"2462079046",

"name": "梧雨北辰",

"age":"18",

"weight":140,

"address":{

"country":"中國",

"province": "河南"

},

"courses":[{

"name":"Chinese",

"desc":"幼ò肝"

},{

"name":"Math",

"desc":"數學課"

},{

"name":"English",

"desc":"英語課"

}

]

}

具體的代碼實作流程如下：

步驟1：創建NSObject的類目NSObject+ZSModel，用于實作字典轉模型

@interface NSObject (ZSModel)

+ (instancetype)zs_modelWithDictionary:(NSDictionary *)dictionary;

@end

//ZSModel協議，協議方法可以回傳一個字典，表明特殊欄位的處理規則

@protocol ZSModel<NSObject>

@optional

+ (nullable NSDictionary<NSString *, id> *)modelContainerPropertyGenericClass;

@end;

#import "NSObject+ZSModel.h"

#import <objc/runtime.h>

@implementation NSObject (ZSModel)

+ (instancetype)zs_modelWithDictionary:(NSDictionary *)dictionary{

//創建當前模型物件

id object = [[self alloc] init];

//1.獲取當前物件的成員變數串列

unsigned int count = 0;

Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);

//2.遍歷ivarList中所有成員變數，以其屬性名為key，在字典中查找Value

for (int i= 0; i<count; i++) {

//2.1獲取成員屬性

Ivar ivar = ivarList[i];

NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)] ;

//2.2截取成員變數名：去掉成員變數前面的"_"號

NSString *propertyName = [ivarName substringFromIndex:1];

//2.3以屬性名為key，在字典中查找value

id value = dictionary[propertyName];

//3.獲取成員變數型別, 因為ivar_getTypeEncoding獲取的型別是"@\"NSString\""的形式

//所以我們要做以下的替換

NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];// 替換:

//3.1去除轉義字符：@\"name\" -> @"name"

ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\"" withString:@""];

//3.2去除@符號

ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@" withString:@""];

//4.對特殊成員變數進行處理：

//判斷當前類是否實作了協議方法，獲取協議方法中規定的特殊變數的處理方式

NSDictionary *perpertyTypeDic;

if([self respondsToSelector:@selector(modelContainerPropertyGenericClass)]){

perpertyTypeDic = [self performSelector:@selector(modelContainerPropertyGenericClass) withObject:nil];

}

//4.1處理：字典的key與模型屬性不匹配的問題，如id->uid

id anotherName = perpertyTypeDic[propertyName];

if(anotherName && [anotherName isKindOfClass:[NSString class]]){

value = dictionary[anotherName];

}

//4.2.處理：模型嵌套模型

if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]] && ![ivarType hasPrefix:@"NS"]) {

Class modelClass = NSClassFromString(ivarType);

if (modelClass != nil) {

//將被嵌套字典資料也轉化成Model

value = [modelClass zs_modelWithDictionary:value];

}

//4.3處理：模型嵌套模型陣列

//判斷當前Vaue是一個陣列，而且存在協議方法回傳了perpertyTypeDic

if ([value isKindOfClass:[NSArray class]] && perpertyTypeDic) {

Class itemModelClass = perpertyTypeDic[propertyName];

//封裝陣列：將每一個子資料轉化為Model

NSMutableArray *itemArray = @[].mutableCopy;

for (NSDictionary *itemDic in value) {

id model = [itemModelClass zs_modelWithDictionary:itemDic];

[itemArray addObject:model];

}

value = itemArray;

}

//5.使用KVC方法將Vlue更新到object中

if (value != nil) {

[object setValue:value forKey:propertyName];

}

free(ivarList); //釋放C指標

return object;

}

@end

步驟2：分別創建各個資料模型Student、Address、Course

Student類：

//Student.h檔案

#import "NSObject+ZSModel.h"

#import "AddressModel.h"

#import "CourseModel.h"

@interface StudentModel : NSObject<ZSModel> //遵循協議

//普通屬性

@property (nonatomic, copy) NSString *uid;

@property(nonatomic,copy)NSString *name;

@property (nonatomic, assign) NSInteger age;

//嵌套模型

@property (nonatomic, strong) AddressModel *address;

//嵌套模型陣列

@property (nonatomic, strong) NSArray *courses;

@end

#import "StudentModel.h"

@implementation StudentModel

+ (NSDictionary *)modelContainerPropertyGenericClass {

//需要特別處理的屬性

return @{@"courses" : [CourseModel class],@"uid":@"id"};

}

@end

Address類：

//AddressModel.h檔案

@interface AddressModel : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *country; //國籍

@property (nonatomic, copy) NSString *province; //省份

@property (nonatomic, copy) NSString *city; //城市

@end

//-----------------優美的分割線------------------------

//AddressModel.m檔案

#import "AddressModel.h"

@implementation AddressModel

@end

Course類：

//讀取JSON資料

NSDictionary *jsonData = [FileTools getDictionaryFromJsonFile:@"Student"];

NSLog(@"%@",jsonData);

//字典轉模型

StudentModel *student = [StudentModel zs_modelWithDictionary:jsonData];

CourseModel *courseModel = student.courses[0];

NSLog(@"%@",courseModel.name);

步驟4：測驗字典轉模型操作

//讀取JSON資料

NSDictionary *jsonData = [FileTools getDictionaryFromJsonFile:@"Student"];

NSLog(@"%@",jsonData);

//字典轉模型

StudentModel *student = [StudentModel zs_modelWithDictionary:jsonData];

CourseModel *courseModel = student.courses[0];

NSLog(@"%@",courseModel.name);

效果如下（測驗字典轉模型操作圖）：

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