Objective C运行时（runtime）技术的几个要点总结

2023-08-18 12:11:16

前言：

         Objective C的runtime技术功能非常强大，能够在运行时获取并修改类的各种信息，包括获取方法列表、属性列表、变量列表，修改方法、属性，增加方法，属性等等，本文对相关的几个要点做了一个小结。

目录：

（1）使用class_replaceMethod/class_addMethod函数在运行时对函数进行动态替换或增加新函数

（2）重载forwardingTargetForSelector，将无法处理的selector转发给其他对象

（3）重载resolveInstanceMethod，从而在无法处理某个selector时，动态添加一个selector

（4）使用class_copyPropertyList及property_getName获取类的属性列表及每个属性的名称

(5) 使用class_copyMethodList获取类的所有方法列表

(6) 总结

(1)在运行时对函数进行动态替换 ： class_replaceMethod

使用该函数可以在运行时动态替换某个类的函数实现，这样做有什么用呢？最起码，可以实现类似windows上hook效果，即截获系统类的某个实例函数，然后塞一些自己的东西进去，比如打个log什么的。

示例代码：

IMP orginIMP;

NSString * MyUppercaseString(id SELF, SEL _cmd)

{

    NSLog(@"begin uppercaseString");

    NSString *str = orginIMP (SELF, _cmd);（）

    NSLog(@"end uppercaseString");

    return str;

}

-（void）testReplaceMethod

{

      Class strcls = [NSString class];

      SEL  oriUppercaseString = @selector(uppercaseString);

      orginIMP = [NSStringinstanceMethodForSelector:oriUppercaseString];  （）

      IMP imp2 = class_replaceMethod(strcls,oriUppercaseString,(IMP)MyUppercaseString,NULL);（）

      NSString *s = "hello world";

      NSLog(@"%@",[s uppercaseString]];

}

执行结果为:

begin uppercaseString

end uppercaseString

HELLO WORLD

这段代码的作用就是

（1）得到uppercaseString这个函数的函数指针存到变量orginIMP中

（2）将NSString类中的uppercaseString函数的实现替换为自己定义的MyUppercaseString

（3）在MyUppercaseString中，先执行了自己的log代码，然后再调用之前保存的uppercaseString的系统实现，这样就在系统函数执行之前加入自己的东西，后面每次对NSString调用uppercaseString的时候，都会打印出log来

与class_replaceMethod相仿，class_addMethod可以在运行时为类增加一个函数。

（2）当某个对象不能接受某个selector时，将对该selector的调用转发给另一个对象：- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

forwardingTargetForSelector是NSObject的函数，用户可以在派生类中对其重载,从而将无法处理的selector转发给另一个对象。还是以上面的uppercaseString为例，如果用户自己定义的CA类的对象a，没有uppercaseString这样一个实例函数，那么在不调用respondSelector的情况下，直接执行[a performSelector:@selector"uppercaseString"],那么执行时一定会crash，此时，如果CA实现了forwardingTargetForSelector函数，并返回一个NSString对象，那么就相对于对该NSString对象执行了uppercaseString函数，此时就不会crash了。当然实现这个函数的目的并不仅仅是为了程序不crash那么简单，在实现装饰者模式时，也可以使用该函数进行消息转发。

示例代码：

 @interface CA : NSObject

 -(void)f;

 @end

 @implementation CA

 - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

 {

     if (aSelector == @selector(uppercaseString))

     {

         return@"hello world";

     }

 }

测试代码：

CA *a = [CA new];

 NSString * s = [a performSelector:@selector(uppercaseString)];

NSLog(@"%@",s);

测试代码的输出为:HELLO WORLD

ps:这里有个问题，CA类的对象不能接收@selector（uppercaseString），那么如果我在forwardingTargetForSelector函数中用class_addMethod给CA类增加一个uppercaseString函数，然后返回self，可行吗？经过试验，这样会crash，此时CA类其实已经有了uppercaseString函数，但是不知道为什么不能调用，如果此时new一个CA类的对象，并返回，是可以成功的。

(3)当某个对象不能接受某个selector时，向对象所属的类动态添加所需的selector：

+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL

这个函数与forwardingTargetForSelector类似，都会在对象不能接受某个selector时触发，执行起来略有差别。前者的目的主要在于给客户一个机会来向该对象添加所需的selector，后者的目的在于允许用户将selector转发给另一个对象。另外触发时机也不完全一样，该函数是个类函数，在程序刚启动，界面尚未显示出时，就会被调用。

在类不能处理某个selector的情况下，如果类重载了该函数，并使用class_addMethod添加了相应的selector，并返回YES，那么后面forwardingTargetForSelector就不会被调用，如果在该函数中没有添加相应的selector，那么不管返回什么，后面都会继续调用forwardingTargetForSelector，如果在forwardingTargetForSelector并未返回能接受该selector的对象，那么resolveInstanceMethod会再次被触发，这一次，如果仍然不添加selector，程序就会报异常

代码示例一：

 1 @implementation CA

 3 void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd)

 5 {

 7      printf("SEL %s did not exist\n",sel_getName(_cmd));

 9 }

10

11 + (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL

13 {

15     if (aSEL == @selector(t))

17     {

19         class_addMethod([selfclass], aSEL, (IMP) dynamicMethodIMP, "v@:");

21         return YES;

23     }

25     return [superresolveInstanceMethod:aSEL];

27 }

28

29 @end

测试代码：

  CA * ca = [CA new]

  [ca performSelector:@selector(t)];

　　

执行结果

SEL t did not exist

示例代码二：

@implementation CA

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd)

{

    printf("SEL %s did not exist\n",sel_getName(_cmd));

}

+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL

{

    return  YES;

}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

{

    if (aSelector == @selector(uppercaseString))

    {

        return @"hello world";

    }

}

测试代码 ：

 a = [[CA alloc]init];

 NSLog(@"%@",[a performSelector:@selector(uppercaseString)];

　　

该测试代码的输出为:HELLO WORLD

对于该测试代码，由于a没有uppercaseString函数，因此会触发resolveInstanceMethod，但是由于该函数并没有添加selector，因此运行时发现找不到该函数，会触发

forwardingTargetForSelector函数，在forwardingTargetForSelector函数中，返回了一个NSString "hello world"，因此会由该string来执行uppercaseString函数，最终返回大写的hello world。

示例代码三：

@implementation CA

+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL

{

    return  YES;

}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

{

    return nil;

  }

　测试代码：

1  a = [[CA alloc]init];

2  NSLog(@"%@",[a performSelector:@selector(uppercaseString)];

　　

　　

这段代码的执行顺序为:

(1)：首先在程序刚执行，AppDelegate都还没有出来时，resolveInstanceMethod就被触发，

Objective C运行时（runtime）技术的几个要点总结

(2)等测试代码执行时，forwardingTargetForSelector被调用

Objective C运行时（runtime）技术的几个要点总结

(3)由于forwardingTargetForSelector返回了nil，因此运行时还是找不到uppercaseString selector，这时又会触发resolveInstanceMethod，由于还是没有加入selector，于是会crash。

Objective C运行时（runtime）技术的几个要点总结

(4) 使用class_copyPropertyList及property_getName获取类的属性列表及每个属性的名称

    u_int               count;

    objc_property_t*    properties= class_copyPropertyList([UIView class], &count);

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

    {

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

        NSString *strName = [NSString  stringWithCString:propertyName encoding:NSUTF8StringEncoding];

        NSLog(@"%@",strName);

    }

　以上代码获取了UIView的所有属性并打印属性名称，　输出结果为：

 skipsSubviewEnumeration

 viewTraversalMark

 viewDelegate

 monitorsSubtree

 backgroundColorSystemColorName

 gesturesEnabled

 deliversTouchesForGesturesToSuperview

 userInteractionEnabled

 tag

 layer

 _boundsWidthVariable

 _boundsHeightVariable

 _minXVariable

 _minYVariable

 _internalConstraints

 _dependentConstraints

 _constraintsExceptingSubviewAutoresizingConstraints

 _shouldArchiveUIAppearanceTags

(5) 使用class_copyMethodList获取类的所有方法列表

获取到的数据是一个Method数组，Method数据结构中包含了函数的名称、参数、返回值等信息，以下代码以获取名称为例：

    u_int               count;

    Method*    methods= class_copyMethodList([UIView class], &count);

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

    {

        SEL name = method_getName(methods[i]);

        NSString *strName = [NSString  stringWithCString:sel_getName(name) encoding:NSUTF8StringEncoding];

        NSLog(@"%@",strName);

    }

　　代码执行后将输出UIView所有函数的名称，具体结果略。

其他一些相关函数：

.SEL method_getName(Method m) 由Method得到SEL

.IMP method_getImplementation(Method m)  由Method得到IMP函数指针

.const char *method_getTypeEncoding(Method m)  由Method得到类型编码信息

.unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)获取参数个数

.char *method_copyReturnType(Method m)  得到返回值类型名称

.IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)  为该方法设置一个新的实现

（6）总结

总而言之，使用runtime技术能做些什么事情呢？

可以在运行时，在不继承也不category的情况下，为各种类（包括系统的类）做很多操作，具体包括：

  • 增加
增加函数:class_addMethod

增加实例变量:class_addIvar

增加属性:@dynamic标签，或者class_addMethod，因为属性其实就是由getter和setter函数组成

增加Protocol:class_addProtocol (说实话我真不知道动态增加一个protocol有什么用,-_-!!)
  • 获取
获取函数列表及每个函数的信息(函数指针、函数名等等):class_getClassMethod method_getName ...

获取属性列表及每个属性的信息:class_copyPropertyList property_getName

获取类本身的信息,如类名等：class_getName class_getInstanceSize

获取变量列表及变量信息：class_copyIvarList

获取变量的值
  • 替换
将实例替换成另一个类：object_setClass

将函数替换成一个函数实现：class_replaceMethod

直接通过char *格式的名称来修改变量的值，而不是通过变量

　　

　　

参考资料：（1）Objective-C Runtime Reference

（2）深入浅出Cocoa之消息   

（3）objective-c 编程总结（第六篇）运行时操作 - 方法交换

(4)Runtime of Objective-C

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