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Objective-C Runtime是Objective-C语言的核心，它为Objective-C提供了动态特性。通过Runtime，我们可以在运行时动态地创建类、添加方法、交换方法实现、关联对象等。这些特性使得Objective-C具有极高的灵活性和扩展性，但也带来了一定的复杂性和风险。本文将详细介绍Objective-C Runtime的使用方法，并通过实例演示如何在iOS开发中应用Runtime。
Objective-C Runtime是一个用C语言编写的库，它为Objective-C提供了运行时支持。Runtime的核心功能包括：
Runtime的这些功能使得Objective-C能够在运行时动态地修改类的行为，从而实现一些高级特性，如AOP（面向切面编程）、动态代理、插件化等。
在Objective-C中，类是一个结构体，它包含了类的元数据，如类名、父类、实例变量、方法列表等。对象是类的实例，它包含了实例变量的值。
typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;
struct objc_class {
Class isa;
Class super_class;
const char *name;
long version;
long info;
long instance_size;
struct objc_ivar_list *ivars;
struct objc_method_list **methodLists;
struct objc_cache *cache;
struct objc_protocol_list *protocols;
};
struct objc_object {
Class isa;
};
方法是类的行为，它由方法名、方法类型和方法实现组成。方法类型包括实例方法和类方法。
typedef struct objc_method *Method;
struct objc_method {
SEL method_name;
char *method_types;
IMP method_imp;
};
Objective-C中的方法调用是通过消息传递机制实现的。当我们调用一个方法时，编译器会将其转换为objc_msgSend函数的调用。
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...);
objc_msgSend函数会根据self对象的isa指针找到类，然后在类的方法列表中查找op对应的方法实现。如果找不到，则会沿着类的继承链向上查找，直到找到为止。如果最终找不到，则会触发消息转发机制。
通过Runtime，我们可以在运行时动态地创建类和对象。这在一些需要动态生成类的场景中非常有用，如插件化开发、动态代理等。
Class newClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], "NewClass", 0);
objc_registerClassPair(newClass);
id newObject = [[newClass alloc] init];
方法交换是Runtime的一个常见应用场景。通过方法交换，我们可以在运行时替换方法的实现，从而实现AOP、日志记录、性能监控等功能。
Method originalMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(originalMethod));
Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(swizzledMethod));
method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
关联对象是Runtime的另一个常见应用场景。通过关联对象，我们可以为已有的类添加实例变量，从而实现分类的扩展。
static char associatedObjectKey;
objc_setAssociatedObject(self, &associatedObjectKey, @"value", OBJC_ASSOCIATION_RETN_NONATOMIC);
NSString *value = objc_getAssociatedObject(self, &associatedObjectKey);
消息转发是Runtime的一个重要机制。当一个对象接收到无法处理的消息时，Runtime会触发消息转发机制，从而给开发者一个处理未识别消息的机会。
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
if (aSelector == @selector(unknownMethod)) {
return alternateObject;
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
if ([alternateObject respondsToSelector:[anInvocation selector]]) {
[anInvocation invokeWithTarget:alternateObject];
} else {
[super forwardInvocation:anInvocation];
}
}
Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)：动态创建一个新类。void objc_registerClassPair(Class cls)：注册一个新类。id class_createInstance(Class cls, size_t extraBytes)：创建一个类的实例。Class object_getClass(id obj)：获取对象的类。BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)：为类添加一个新方法。Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)：获取类的实例方法。IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)：替换类的方法实现。void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)：交换两个方法的实现。SEL sel_registerName(const char *str)：注册一个方法选择器。IMP method_getImplementation(Method m)：获取方法的实现。void method_setImplementation(Method m, IMP imp)：设置方法的实现。const char *method_getTypeEncoding(Method m)：获取方法的类型编码。objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)：获取类的属性。BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount)：为类添加一个新属性。void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount)：替换类的属性。Protocol *objc_getProtocol(const char *name)：获取协议。BOOL class_addProtocol(Class cls, Protocol *protocol)：为类添加一个协议。BOOL class_conformsToProtocol(Class cls, Protocol *protocol)：判断类是否遵循某个协议。在某些情况下，我们可能需要在运行时动态地为类添加方法。例如，当我们使用分类扩展一个类时，如果分类中的方法与原类中的方法同名，那么分类中的方法会覆盖原类中的方法。为了避免这种情况，我们可以在运行时动态地为类添加方法。
void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
NSLog(@"Dynamic method added");
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
if (sel == @selector(dynamicMethod)) {
class_addMethod([self class], sel, (IMP)dynamicMethodIMP, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
AOP（面向切面编程）是一种编程范式，它允许我们将横切关注点（如日志记录、性能监控、事务管理等）从业务逻辑中分离出来。通过Runtime的方法交换，我们可以轻松地实现AOP。
+ (void)load {
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
Method originalMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(viewDidLoad));
Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(swizzled_viewDidLoad));
method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
});
}
- (void)swizzled_viewDidLoad {
[self swizzled_viewDidLoad];
NSLog(@"View did load");
}
在Objective-C中，分类（Category）是一种常用的扩展类的方式。然而，分类不能直接添加实例变量。通过Runtime的关联对象机制，我们可以为分类添加实例变量。
static char associatedObjectKey;
- (void)setAssociatedObject:(id)object {
objc_setAssociatedObject(self, &associatedObjectKey, object, OBJC_ASSOCIATION_RETN_NONATOMIC);
}
- (id)associatedObject {
return objc_getAssociatedObject(self, &associatedObjectKey);
}
在实际开发中，我们可能会遇到一些未实现的方法调用。通过Runtime的消息转发机制，我们可以对这些未实现的方法进行容错处理，从而避免程序崩溃。
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
if (aSelector == @selector(unknownMethod)) {
return alternateObject;
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
if ([alternateObject respondsToSelector:[anInvocation selector]]) {
[anInvocation invokeWithTarget:alternateObject];
} else {
[super forwardInvocation:anInvocation];
}
}
Runtime的动态特性虽然带来了灵活性，但也带来了一定的性能开销。频繁地使用Runtime进行方法交换、动态添加方法等操作可能会影响程序的性能。因此，在使用Runtime时，应尽量避免在性能敏感的代码路径中使用。
Runtime的动态特性也带来了一定的安全风险。通过Runtime，我们可以在运行时修改类的行为，这可能会导致一些不可预见的错误。因此，在使用Runtime时，应确保代码的安全性，避免滥用Runtime。
Runtime的API在不同版本的iOS系统中可能会有所变化。因此，在使用Runtime时，应注意API的兼容性，确保代码在不同版本的iOS系统中都能正常运行。
Objective-C Runtime是Objective-C语言的核心，它为Objective-C提供了动态特性。通过Runtime，我们可以在运行时动态地创建类、添加方法、交换方法实现、关联对象等。这些特性使得Objective-C具有极高的灵活性和扩展性，但也带来了一定的复杂性和风险。在实际开发中，我们应根据具体需求合理地使用Runtime，避免滥用Runtime带来的性能问题和安全风险。
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