Objective-C Runtime 运行时之一:类与目的

Objective-C言语是一门动态语言,它将洋洋静态语言在编译和链接时期做的事放到了运行时来拍卖。那种动态语言的优势在于:大家写代码时更具灵活性,如我辈得以把音讯转载给大家想要的对象,或者擅自互换一个办法的得以完结等。

objc_cache

地点提到了objc_class结构体中的cache字段,它用来缓存调用过的办法。这一个字段是一个针对性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的总额。在艺术寻找进程中,Objective-C runtime行使那些字段来确定先导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))。这可以作为一个大约的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。那么些数组可能带有不当先mask+1个因素。须要注意的是,指针可能是NULL,表示那几个缓存bucket从没被占用,别的被占用的bucket或许是不总是的。这些数组可能会趁着年华而拉长。

取得类定义

Objective-C动态运行库会自动注册大家代码中定义的具有的类。大家也得以在运行时创制类定义并应用objc_addClass函数来注册它们。runtime提供了一序列函数来得到类定义相关的新闻,那个函数首要不外乎:

// 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。大家不可以假使从该函数中得到的类对象是持续自NSObject系统的,所以在那些类上调用方法是,都应有先检测一下以此方式是否在那些类中达成。

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);
}

输出结果如下:

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
  • 获取类定义的措施有多个:objc_lookUpClass,
    objc_getClassobjc_getRequiredClass。借使类在运行时未注册,则objc_lookUpClass会返回nil,而objc_getClass会调用类处理回调,并再一次确认类是否注册,如若认同未注册,再回来nil。而objc_getRequiredClass函数的操作与objc_getClass平等,只可是如若没有找到类,则会杀死进度。

  • objc_getMetaClass函数:假如指定的类没有登记,则该函数会调用类处理回调,玉石俱焚复肯定类是否注册,如果确认未注册,再回来nil。可是,每个类定义都必须有一个有效的元类定义,所以那么些函数总是会回到一个元类定义,不管它是不是管用。

实例(Example)

地点列举了多量类操作的函数,下边大家写个实例,来看望这么些函数的实例效果:

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

成员变量(ivars)及性能

在objc_class中,所有的成员变量、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(变量新闻)的指针。runtime提供了增加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,主要涵盖以下函数:

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,它回到一个针对性包括name指定的成员变量音讯的objc_ivar结构体的指针(Ivar)。

  • class_getClassVariable函数,近来尚未找到关于Objective-C中类变量的信息,一般认为Objective-C不协理类变量。注意,重返的列表不带有父类的积极分子变量和性质。

  • Objective-C不协理往已存在的类中添加实例变量,由此不论是系统库提供的提供的类,依旧大家自定义的类,都爱莫能助动态增进成员变量。但若是我们因此运行时来创立一个类的话,又应该怎么给它添加成员变量呢?那时我们就可以利用class_addIvar函数了。不过必要小心的是,这么些艺术只好在objc_allocateClassPair函数与objc_registerClassPair之间调用。别的,那个类也不能够是元类。成员变量的按字节最小对齐量是1<<alignment。那取决于ivar的档次和机具的架构。若是变量的连串是指针类型,则传递log2(sizeof(pointer_type))。

  • class_copyIvarList函数,它回到一个针对性成员变量音信的数组,数组中各种元素是指向该成员变量音信的objc_ivar结构体的指针。这几个数组不带有在父类中声称的变量。outCount指针再次来到数组的深浅。需求专注的是,大家亟须采纳free()来刑释解教这些数组。

2.属性操作函数,紧要含有以下函数:

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 );

这一种艺术也是指向ivars来操作,然而只操作那些是性质的值。大家在前边介绍属性时会再蒙受这么些函数。

3.在MAC OS X系统中,咱们得以使用垃圾回收器。runtime提供了多少个函数来确定一个目的的内存区域是否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 );

但普通意况下,大家不需求去主动调用那么些方法;在调用objc_registerClassPair时,会转移合理的布局。在此不详细介绍那些函数。

class_addMethod的得以完毕会覆盖父类的法子完成,但不会代替本类中已存在的兑现,即使本类中隐含一个同名的贯彻,则函数会回到NO。若是要修改已存在贯彻,可以使用method_setImplementation。一个Objective-C方式是一个大致的C函数,它起码含有多个参数–self_cmd。所以,大家的贯彻函数(IMP参数指向的函数)至少要求七个参数,如下所示:

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

与成员变量差其余是,我们得以为类动态拉长方法,不管那几个类是否已存在。

另外,参数types是一个叙述传递给艺术的参数类型的字符数组,这就关系到品种编码,大家将在前面介绍。

  • class_getInstanceMethodclass_getClassMethod函数,与class_copyMethodList不等的是,那七个函数都会去追寻父类的兑现。

  • class_copyMethodList函数,重临包蕴所有实例方法的数组,假诺急需取得类方式,则足以应用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毕的主意。outCount参数再次回到方法的个数。在收获到列表后,大家需求选拔free()办法来刑满释放它。

  • class_replaceMethod函数,该函数的一坐一起可以分成三种:即使类中不设有name指定的章程,则接近于class_addMethod函数一样会增加方法;假诺类中已存在name点名的方式,则接近于method_setImplementation同样替代原方法的兑现。

  • class_getMethodImplementation函数,该函数在向类实例发送音讯时会被调用,并赶回一个对准方法达成函数的指针。那几个函数会比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,而不肯定是措施的实际得以达成。例如,如若类实例无法响应selector,则赶回的函数指针将是运行时音讯转载机制的一部分。

  • class_respondsToSelector函数,大家日常采纳NSObject类的respondsToSelector:instancesRespondToSelector:艺术来达到同等目的。

动态创设类和对象

runtime的有力之处在于它能在运作时创制类和目标。
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:如果咱们要创设一个根类,则superclass指定为Nil。extraBytes常常指定为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,我们需求调用objc_allocateClassPair。然后利用诸如class_addMethod,class_addIvar等函数来为新创设的类添加方法、实例变量和属性等。已毕那几个后,大家必要调用objc_registerClassPair函数来注册类,之后这一个新类就可以在程序中选取了。

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,可是需求专注的是,如若程序运行中还存在类或其子类的实例,则无法调用针对类调用该办法。
    在头里介绍元类时,我们曾经有接触到那多少个函数了,在此大家再举个实例来看看那多少个函数的施用。

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
Class

Objective-C类是由Class品种来表示的,它事实上是一个针对性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;

在这几个概念中,下边多少个字段是大家感兴趣的

isa:要求留意的是在Objective-C中,所有的类自身也是一个目标,这几个目的的Class里面也有一个isa指针,它指向metaClass(元类),大家会在前面介绍它。
super_class:指向该类的父类,如若此类已经是最顶层的根类(如NSObjectNSProxy),则super_class为NULL。
cache:用于缓存目前采取的章程。一个接收者对象收取到一个消息时,它会按照isa指针去摸索可以响应那些信息的目的。在实际上利用中,这几个目标唯有局地措施是常用的,很多措施其实很少用或者根本用不上。那种气象下,如果老是信息来时,我们都是methodLists中遍历三遍,性能势必很差。那时,cache就派上用场了。在我们每一遍调用过一个方法后,那一个形式就会被缓存到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中摸索方法。那样,对于这多少个日常利用的法门的调用,但提升了调用的效用。
version:大家可以利用那么些字段来提供类的版本音信。那对于目的的体系化相当有用,它然则让大家识别出差距类定义版本中实例变量布局的改观。
针对cache,大家用下边例子来证实其推行进度:

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;

可以见到,那个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对象发送新闻时,运行时库会依照实例对象的isa指针找到那几个实例对象所属的类。Runtime库会在类的章程列表及父类的章程列表中去搜寻与音信对应的selector针对的不二法门。找到后即运行这些法子。

当创立一个特定类的实例对象时,分配的内存包罗一个objc_object数据结构,然后是类的实例变量的多寡。NSObject类的allocallocWithZone:形式运用函数class_createInstance来创建objc_object数据结构。

除此以外还有大家广阔的id,它是一个objc_object布局类型的指针。它的存在可以让大家落到实处类似于C++中泛型的有些操作。该类型的目的可以转换为别的一种对象,有点类似于C语言中void *指针类型的意义。

其它

runtime还提供了七个函数来供CoreFoundation的tool-free bridging使用,即:

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

平时我们不直接行使那么些函数。

实例操作函数

实例操作函数根本是针对我们创设的实例对象的一多如牛毛操作函数,大家得以采纳那组函数来从实例对象中赢得大家想要的有些音讯,如实例对象中变量的值。那组函数可以分成三小类:

1.针对整体对象开展操作的函数,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 );

有那般一种现象,借使我们有类A和类B,且类B是类A的子类。类B通过添加一些至极的习性来伸张类A。现在大家创制了一个A类的实例对象,并希望在运作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类的习性中。这种状态下,大家从不艺术间接转换,因为B类的实例会比A类的实例更大,没有丰硕的长空来放置对象。此时,我们就要以使用上述多少个函数来处理那种景观,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.针对对象实例变量进行操作的函数,那类函数包涵:

// 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 );

只要实例变量的Ivar已经知道,那么调用object_getIvar会比object_getInstanceVariable函数快,相同情状下,object_setIvar也比object_setInstanceVariable快。

3.针对性对象的类进行操作的函数,那类函数包涵:

// 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 );

方法(methodLists)

主意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 );

版本(version)

本子相关的操作包括以下函数:

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 );

协议(objc_protocol_list)

协商相关的操作包括以下函数:

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函数可以应用NSObject类的conformsToProtocol:办法来顶替。

  • class_copyProtocolList函数再次来到的是一个数组,在动用后我们需求选取free()手动释放。

动态创制对象

动态创立对象的函数如下:

// 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:创设实例时,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。那么些额外的字节可用于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环境下无法选拔。

调用class_createInstance的功能与+alloc措施类似。不过在使用class_createInstance时,大家须求万分的知情大家要用它来做咋样。在上面的例证中,大家用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

可以看来,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:在指定的职分(bytes)创制类实例。

  • objc_destructInstance函数:销毁一个类的实例,但不会放出并移除任何与其巢倾卵破的引用。

类名(name)

类名操作的函数紧要有:

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

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

那种特征意味着Objective-C不仅要求一个编译器,还索要一个运作时系统来实施编译的代码。对于Objective-C来说,这些运行时系统就像是一个操作系统一样:它让所有的工作得以健康的运行。这几个运行时系统即Objc RuntimeObjc Runtime实际是一个Runtime库,它基本上是用C和汇编写的,那一个库使得C语言有了面向对象的力量。

本小说转发自:南峰子的技能博客

Runtime库主要做下边几件事:

1、封装:在那么些库中,对象可以用C语言中的结构体表示,而艺术可以用C函数来贯彻,此外再加上了有的额外的特性。这一个结构体和函数被runtime函数封装后,大家就可以在程序运行时创制,检查,修改类、对象和它们的方法了。
2、找出办法的终极实施代码:当程序执行[object doSomething]时,会向信息接收者(object)发送一条信息(doSomething),runtime会根据音信接收者是否能响应该音讯而做出不一致的反射。那将在末端详细介绍。

Objective-C
runtime眼下有八个版本:Modern runtimeLegacy runtimeModern Runtime覆盖了64位的Mac OS X Apps,还有iOS AppsLegacy Runtime是初期用来给32位
Mac OS X Apps 用的,也就是能够不用管就是了。

在这一文山会海作品中,大家将介绍runtime的主旨工作规律,以及怎样利用它让大家的主次变得更其灵敏。在本文中,大家先来介绍一下类与对象,那是面向对象的基础,大家看看在Runtime中,类是什么样达成的。

父类(super_class)和元类(meta-class)

父类和元类操作的函数主要有:

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,重返Nil。可是普通大家得以采取NSObject类的superclass方法来达到同等的目标。
  • 2、class_isMetaClass函数,如若是cls是元类,则赶回YES;若是否或者传播的cls为Nil,则赶回NO。

类与目的基础数据结构

元类(Meta Class)

在上头我们提到,所有的类自身也是一个对象,大家得以向这些目标发送信息(即调用类方法)。如:

1   NSArray *array = [NSArray array];

其一事例中,+array音信发送给了NSArray类,而以此NSArray也是一个目的。既然是目标,那么它也是一个objc_object指南针,它富含一个指向其类的一个isa指针。那么那几个就有一个问题了,这么些isa指南针指向哪些吗?为了调用+array方法,这一个类的isa指针必须指向一个暗含这几个类格局的一个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。

当咱们向一个对象发送音信时,runtime会在这么些目标所属的那一个类的法子列表中寻觅方法;而向一个类发送音讯时,会在这么些类的meta-class的主意列表中追寻。

meta-class于是紧要,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自的meta-class,因为各种类的类格局基本不能完全相同。

再深切一下,meta-class也是一个类,也得以向它发送一个音信,那么它的isa又是指向哪些吧?为了不让那种协会无限延伸下去,Objective-C的设计者让具有的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接二连三连串下的meta-class都选取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。这样就形成了一个完善的闭环。

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,大家就可以形容出类及相应meta-class类的一个延续连串了

对于NSObject继承体系来说,其实例方法对系统中的所有实例、类和meta-class都是卓有成效的;而类措施对于种类内的具有类和meta-class都是实用的。

讲了如此多,大家仍然来写个例证吗:

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

那个例子是在运转时创造了一个NSError的子类TestClass,然后为这几个子类添加一个形式testMetaClass,那些法子的兑现是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

大家在for循环中,大家经过objc_getClass来得到对象的isa,并将其打印出来,依此一向回溯到NSObjectmeta-class。分析打印结果,可以见见最终指针指向的地点是0x0,即NSObjectmeta-class的类地点。

此处要求小心的是:我们在一个类对象调用class艺术是力不从心获得meta-class,它只是再次来到类而已。

类相关操作函数

咱俩得以回过头去看看objc_class
的概念,runtime提供的操作类的法门首要就是对准那些结构体中的各样字段的。上面大家分别介绍那有些的函数。并在最后以实例来演示这几个函数的切实用法。

类与目的操作函数

runtime提供了大气的函数来操作类与对象。类的操作方法半数以上是以class_为前缀的,而目的的操作方法半数以上是以objc_或object_为前缀。上面大家将根据这个办法的用处来分类研讨这几个主意的使用。

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 );

连带小说

Objective-C Runtime
运行时之二:成员变量与性能

Objective-C Runtime
运行时之三:方法与音讯

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,通过这几个数据函数,大家得以管窥Objective-C底层面向对象达成的局部信息。此外,通过抬高的操作函数,可以灵活地对那几个数量进行操作。