深入Objective-C的動態特性

Objective-C具有相當多的動態特性,基本的,也是經常被提到和用到的有動態類型(Dynamic typing),動態綁定(Dynamic binding)和動態加載(Dynamic loading)。

這些動態特性都是在Cocoa程序開發時非常常用的語言特性,而在這之後,OC在底層也提供了相當豐富的運行時的特性,比如枚舉類屬性方法、獲取方法實現等等。雖然在平常的Cocoa開發中這些較底層的運行特性基本用不着,但是在某些情況下如果你知道這些特性併合理加以運用的話,往往能事半功倍~

動態特性基礎

1、動態類型

即運行時再決定對象的類型。這類動態特性在日常應用中非常常見,簡單說就是id類型。id類型即通用的對象類,任何對象都可以被id指針所指,而在實際使用中,往往使用introspection來確定該對象的實際所屬類:

id obj = someInstance;  
if ([obj isKindOfClass:someClass])  
{
    someClass *classSpecifiedInstance = (someClass *)obj;
    // Do Something to classSpecifiedInstance which now is an instance of someClass
    //...
}

-isMemberOfClass: 是 NSObject 的方法,用以確定某個 NSObject 對象是否是某個類的成員。與之相似的爲 -isKindOfClass:,可以用以確定某個對象是否是某個類或其子類的成員。這兩個方法爲典型的introspection方法。在確定對象爲某類成員後,可以安全地進行強制轉換,繼續之後的工作。

2、動態綁定

基於動態類型,在某個實例對象被確定後,其類型便被確定了。該對象對應的屬性和響應的消息也被完全確定,這就是動態綁定。在繼續之前,需要明確Objective-C中消息的概念。由於OC的動態特性,在OC中其實很少提及“函數”的概念,傳統的函數一般在編譯時就已經把參數信息和函數實現打包到編譯後的源碼中了,而在OC中最常使用的是消息機制。調用一個實例的方法,所做的是向該實例的指針發送消息,實例在收到消息後,從自身的實現中尋找響應這條消息的方法。

動態綁定所做的,即是在實例所屬類確定後,將某些屬性和相應的方法綁定到實例上。這裏所指的屬性和方法當然包括了原來沒有在類中實現的,而是在運行時才需要的新加入的實現。在Cocoa層,我們一般向一個NSObject對象發送-respondsToSelector:或者-instancesRespondToSelector:等來確定對象是否可以對某個SEL做出響應,而在OC消息轉發機制被觸發之前,對應的類的+resolveClassMethod:和+resolveInstanceMethod:將會被調用,在此時有機會動態地向類或者實例添加新的方法,也即類的實現是可以動態綁定的。一個例子:

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd)  
{    // implementation ....}//該方法在OC消息轉發生效前被調用+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL
{ 
    if (aSEL == @selector(resolveThisMethodDynamically)) {        //向[self class]中新加入返回爲void的實現,SEL名字爲aSEL,實現的具體內容爲dynamicMethodIMP class_addMethod([self class], aSEL, (IMP) dynamicMethodIMP, “v@:”);
        return YES;
    }    return [super resolveInstanceMethod:aSel];
}

當然也可以在任意需要的地方調用class_addMethod或者method_setImplementation(前者添加實現,後者替換實現),來完成動態綁定的需求。

3、動態加載

根據需求加載所需要的資源,這點很容易理解,對於iOS開發來說,基本就是根據不同的機型做適配。最經典的例子就是在Retina設備上加載@2x的圖片,而在老一些的普通屏設備上加載原圖。隨着Retina iPad的推出,和之後可能的Retina Mac的出現,這個特性相信會被越來越多地使用。

深入運行時特性

基本的動態特性在常規的Cocoa開發中非常常用,特別是動態類型和動態綁定。由於Cocoa程序大量地使用Protocol-Delegate的設計模式,因此絕大部分的delegate指針類型必須是id,以滿足運行時delegate的動態替換(在Java裏這個設計模式被叫做Strategy?不是很懂Java,求糾正)。而Objective-C還有一些高級或者說更底層的運行時特性,在一般的Cocoa開發中較爲少見,基本被運用與編寫OC和其他語言的接口上。但是如果有所瞭解並使用得當的話,在Cocoa開發中往往可以輕易解決一些棘手問題。

這類運行時特性大多由/usr/lib/libobjc.A.dylib這個動態庫提供,裏面包括了對於類、實例成員、成員方法和消息發送的很多API,包括獲取類實例變量列表,替換類中的方法,爲類成員添加變量,動態改變方法實現等,十分強大。完整的API列表和手冊可以在這裏找到。雖然文檔開頭表明是對於Mac OS X Objective-C 2.0適用,但是由於這些是OC的底層方法,因此對於iOS開發來說也是完全相同的。

一個簡單的例子,比如在開發Universal應用或者遊戲時,如果使用IB構建了大量的自定義的UI,那麼在由iPhone版轉向iPad版的過程中所面臨的一個重要問題就是如何從不同的nib中加載界面。在iOS5之前,所有的UIViewController在使用默認的界面加載時(init或者initWithNibName:bundle:),都會走-loadNibNamed:owner:options:。而因爲我們無法拿到-loadNibNamed:owner:options的實現,因此對其重載是比較困難而且存在風險的。因此在做iPad版本的nib時,一個簡單的辦法是將所有的nib的命名方式統一,然後使用自己實現的新的類似-loadNibNamed:owner:options的方法將原方法替換掉,同時保證非iPad的設備還走原來的loadNibNamed:owner:options方法。使用OC運行時特性可以較簡單地完成這一任務。

代碼如下,在程序運行時調用+swizze,交換自己實現的loadPadNibNamed:owner:options和系統的loadNibNamed:owner:options,之後所有的loadNibNamed:owner:options消息都將會發爲loadPadNibNamed:owner:options,由自己的代碼進行處理。

+(BOOL)swizze {
    Method oldMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(loadNibNamed:owner:options:));    if (!oldMethod) {        return NO;
    }
    Method newMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(loadPadNibNamed:owner:options:));    if (!newMethod) {        return NO;
    }
    method_exchangeImplementations(oldMethod, newMethod);    return YES;
}

loadPadNibNamed:owner:options的實現如下,注意在其中的loadPadNibNamed:owner:options由於之前已經進行了交換,因此實際會發送爲系統的loadNibNamed:owner:options。以此完成了對不同資源的加載。

-(NSArray *)loadPadNibNamed:(NSString *)name owner:(id)owner options:(NSDictionary *)options {    NSString *newName = [name stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@pad" withString:@""];
    newName = [newName stringByAppendingFormat:@"@pad"];    //判斷是否存在
    NSFileManager *fm = [NSFileManager defaultManager];    NSString* filepath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:newName ofType:@”nib”];    //這裏調用的loadPadNibNamed:owner:options:實際爲爲交換後的方法,即loadNibNamed:owner:options:
    if ([fm fileExistsAtPath:filepath]) {        return [self loadPadNibNamed:newName owner:owner options:options];
    } else {        return [self loadPadNibNamed:name owner:owner options:options]; 
    }
}

當然這只是一個簡單的例子,而且這個功能也可以通過別的方法來實現。比如添加UIViewController的類別來重載init,但是這樣的重載會比較危險,因爲你UIViewController的實現你無法完全知道,因此可能會由於重載導致某些本來應有的init代碼沒有覆蓋,從而出現不可預測的錯誤。當然在上面這個例子中重載VC的init的話沒有什麼問題(因爲對於VC,init的方法會被自動轉發爲loadNibNamed:owner:options,因此init方法並沒有做其他更復雜的事情,因此只要初始化VC時使用的都是init的話就沒有問題)。但是並不能保證這樣的重載對於其他類也是可行的。因此對於實現未知的系統方法,使用上面的運行時交換方法會是一個不錯的選擇~


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