運行時（runtime）技術的幾個要點總結和消息轉發

運行時（runtime）技術的幾個要點總結

Objective C的runtime技術功能非常強大，能夠在運行時獲取並修改類的各種信息，包括獲取方法列表、屬性列表、變量列表，修改方法、屬性，增加方法，屬性等等，本文對相關的幾個要點做了一個小結。

（1）使用class_replaceMethod/class_addMethod函數在運行時對函數進行動態替換或增加新函數

（2）重載forwardingTargetForSelector，將無法處理的selector轉發給其他對象

（3）重載resolveInstanceMethod，從而在無法處理某個selector時，動態添加一個selector

（4）使用class_copyPropertyList及property_getName獲取類的屬性列表及每個屬性的名稱

(5) 使用class_copyMethodList獲取類的所有方法列表

(6) 總結

(1)在運行時對函數進行動態替換： class_replaceMethod

使用該函數可以在運行時動態替換某個類的函數實現，這樣做有什麼用呢？最起碼，可以實現類似windows上hook效果，即截獲系統類的某個實例函數，然後塞一些自己的東西進去，比如打個log什麼的。

示例代碼：

IMP orginIMP;
NSString * MyUppercaseString(id SELF, SEL _cmd)
{
    NSLog(@"begin uppercaseString");
    NSString *str = orginIMP (SELF, _cmd);（3）
    NSLog(@"end uppercaseString");
    return str;
}
-（void）testReplaceMethod
{
      Class strcls = [NSString class];
      SEL  oriUppercaseString = @selector(uppercaseString);
      orginIMP = [NSStringinstanceMethodForSelector:oriUppercaseString];  （1）  
      IMP imp2 = class_replaceMethod(strcls,oriUppercaseString,(IMP)MyUppercaseString,NULL);（2）
      NSString *s = "hello world";
      NSLog(@"%@",[s uppercaseString]];
}

執行結果爲:

begin uppercaseString

end uppercaseString

HELLO WORLD

這段代碼的作用就是

（1）得到uppercaseString這個函數的函數指針存到變量orginIMP中

（2）將NSString類中的uppercaseString函數的實現替換爲自己定義的MyUppercaseString

（3）在MyUppercaseString中，先執行了自己的log代碼，然後再調用之前保存的uppercaseString的系統實現，這樣就在系統函數執行之前加入自己的東西，後面每次對NSString調用uppercaseString的時候，都會打印出log來

與class_replaceMethod相仿，class_addMethod可以在運行時爲類增加一個函數。

（2）當某個對象不能接受某個selector時，將對該selector的調用轉發給另一個對象：- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

forwardingTargetForSelector是NSObject的函數，用戶可以在派生類中對其重載,從而將無法處理的selector轉發給另一個對象。還是以上面的uppercaseString爲例，如果用戶自己定義的CA類的對象a，沒有uppercaseString這樣一個實例函數，那麼在不調用respondSelector的情況下，直接執行[a performSelector:@selector"uppercaseString"],那麼執行時一定會crash，此時，如果CA實現了forwardingTargetForSelector函數，並返回一個NSString對象，那麼就相對於對該NSString對象執行了uppercaseString函數，此時就不會crash了。當然實現這個函數的目的並不僅僅是爲了程序不crash那麼簡單，在實現裝飾者模式時，也可以使用該函數進行消息轉發。

示例代碼：

 1 @interface CA : NSObject
 3 -(void)f;
 4 
 5 @end
 6 
 7 @implementation CA
 8 
 9 - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
11 {
13     if (aSelector == @selector(uppercaseString))
15     {
17         return@"hello world";
19     }
21 }

測試代碼：

CA *a = [CA new];

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

NSLog(@"%@",s);

測試代碼的輸出爲:HELLO WORLD

ps:這裏有個問題，CA類的對象不能接收@selector（uppercaseString），那麼如果我在forwardingTargetForSelector函數中用class_addMethod給CA類增加一個uppercaseString函數，然後返回self，可行嗎？經過試驗，這樣會crash，此時CA類其實已經有了uppercaseString函數，但是不知道爲什麼不能調用，如果此時new一個CA類的對象，並返回，是可以成功的。

(3)當某個對象不能接受某個selector時，向對象所屬的類動態添加所需的selector：

+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL

這個函數與forwardingTargetForSelector類似，都會在對象不能接受某個selector時觸發，執行起來略有差別。前者的目的主要在於給客戶一個機會來向該對象添加所需的selector，後者的目的在於允許用戶將selector轉發給另一個對象。另外觸發時機也不完全一樣，該函數是個類函數，在程序剛啓動，界面尚未顯示出時，就會被調用。

在類不能處理某個selector的情況下，如果類重載了該函數，並使用class_addMethod添加了相應的selector，並返回YES，那麼後面forwardingTargetForSelector就不會被調用，如果在該函數中沒有添加相應的selector，那麼不管返回什麼，後面都會繼續調用forwardingTargetForSelector，如果在forwardingTargetForSelector並未返回能接受該selector的對象，那麼resolveInstanceMethod會再次被觸發，這一次，如果仍然不添加selector，程序就會報異常


代碼示例一：

 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

測試代碼：

  CA
* ca = [CA new]

  [ca
performSelector:@selector(t)];

執行結果

SEL t did not exist


示例代碼二：

@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";

    }

}

測試代碼
：

 a
= [[CA alloc]init];

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

該測試代碼的輸出爲:HELLO WORLD

對於該測試代碼，由於a沒有uppercaseString函數，因此會觸發resolveInstanceMethod，但是由於該函數並沒有添加selector，因此運行時發現找不到該函數，會觸發

forwardingTargetForSelector函數，在forwardingTargetForSelector函數中，返回了一個NSString "hello world"，因此會由該string來執行uppercaseString函數，最終返回大寫的hello world。


示例代碼三：

@implementation CA

+
(BOOL)
resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL

{

    return  YES;

}

-
(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

{

    return nil;

  }

　測試代碼：

1 
a = [[CA alloc]init];

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

這段代碼的執行順序爲:

(1)：首先在程序剛執行，AppDelegate都還沒有出來時，resolveInstanceMethod就被觸發，

(2)等測試代碼執行時，forwardingTargetForSelector被調用

(3)由於forwardingTargetForSelector返回了nil，因此運行時還是找不到uppercaseString selector，這時又會觸發resolveInstanceMethod，由於還是沒有加入selector，於是會crash。

(4) 使用class_copyPropertyList及property_getName獲取類的屬性列表及每個屬性的名稱


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);

}

　以上代碼獲取了UIView的所有屬性並打印屬性名稱，　輸出結果爲：


skipsSubviewEnumeration

viewTraversalMark

viewDelegate

monitorsSubtree

backgroundColorSystemColorName

gesturesEnabled

deliversTouchesForGesturesToSuperview

userInteractionEnabled

tag

layer

_boundsWidthVariable

_boundsHeightVariable

_minXVariable

_minYVariable

_internalConstraints

_dependentConstraints

_constraintsExceptingSubviewAutoresizingConstraints

_shouldArchiveUIAppearanceTags

(5) 使用class_copyMethodList獲取類的所有方法列表

獲取到的數據是一個Method數組，Method數據結構中包含了函數的名稱、參數、返回值等信息，以下代碼以獲取名稱爲例：


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);

}

　　代碼執行後將輸出UIView所有函數的名稱，具體結果略。

其他一些相關函數：

1.SEL method_getName(Method m) 由Method得到SEL
2.IMP method_getImplementation(Method m)  由Method得到IMP函數指針
3.const char *method_getTypeEncoding(Method m)  由Method得到類型編碼信息
4.unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)獲取參數個數
5.char *method_copyReturnType(Method m)  得到返回值類型名稱
6.IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)  爲該方法設置一個新的實現

（6）總結

總而言之，使用runtime技術能做些什麼事情呢？

可以在運行時，在不繼承也不category的情況下，爲各種類（包括系統的類）做很多操作，具體包括：

增加


增加函數:class_addMethod

增加實例變量:class_addIvar

增加屬性:@dynamic標籤，或者class_addMethod，因爲屬性其實就是由getter和setter函數組成

增加Protocol:class_addProtocol
(說實話我真不知道動態增加一個protocol有什麼用,-_-!!)

獲取


獲取函數列表及每個函數的信息(函數指針、函數名等等):class_getClassMethod
method_getName ...

獲取屬性列表及每個屬性的信息:class_copyPropertyList
property_getName

獲取類本身的信息,如類名等：class_getName
class_getInstanceSize

獲取變量列表及變量信息：class_copyIvarList

獲取變量的值

替換


將實例替換成另一個類：object_setClass

將函數替換成一個函數實現：class_replaceMethod

直接通過char *格式的名稱來修改變量的值，而不是通過變量

參考資料：（1）Objective-C Runtime Reference

（2）深入淺出Cocoa之消息

（3）objective-c 編程總結（第六篇）運行時操作 - 方法交換

(4)Runtime of Objective-C

消息轉發

一.消息轉發流程

當向Objective-C對象發送一個消息，但runtime在當前類及父類中找不到此selector對應的方法時，消息轉發(message forwarding)流程開始啓動。

動態方法解析(Dynamic Method Resolution或Lazy method resolution)
向當前類(Class)發送resolveInstanceMethod:(對於類方法則爲resolveClassMethod:)消息，如果返回YES,則系統認爲請求的方法已經加入到了，則會重新發送消息。
快速轉發路徑(Fast forwarding path)
若果當前target實現了forwardingTargetForSelector:方法,則調用此方法。如果此方法返回除nil和self的其他對象，則向返回對象重新發送消息。
慢速轉發路徑(Normal forwarding path)
首先runtime發送methodSignatureForSelector:消息查看Selector對應的方法簽名，即參數與返回值的類型信息。如果有方法簽名返回，runtime則根據方法簽名創建描述該消息的NSInvocation，向當前對象發送forwardInvocation:消息，以創建的NSInvocation對象作爲參數；若methodSignatureForSelector:無方法簽名返回，則向當前對象發送doesNotRecognizeSelector:消息,程序拋出異常退出。
```
Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[MessageInterceptor test]: unrecognized selector sent to instance 0x9589830'
```

二.動態解析(Lazy Resolution)

runtime發送消息的流程即查找該消息對應的方法或IMP,然後跳轉至對應的IMP。有時候我們不想事先在類中設置好方法，而想在運行時動態的在類中插入IMP。這種方法是真正的快速”轉發”,因爲一旦對應的方法被添加到類中，後續的方法調用就是正常的消息發送流程。此方法的缺點是不夠靈活，你必須有此方法的實現(IMP),這意味這你必須事先預測此方法的參數和返回值類型。

@dynamic屬性是使用動態解析的一個例子，@dynamic告訴編譯器該屬性對應的getter或setter方法會在運行時提供，所以編譯器不會出現warning；然後實現resolveInstanceMethod:方法在運行時將屬性相關的方法加入到Class中。

當respondsToSelector:或instancesRespondToSelector:方法被調用時，若該方法在類中未實現，動態方法解析器也會被調用，這時可向類中增加IMP,並返回YES,則對應的respondsToSelector:的方法也返回YES。

三.快速轉發(Fast Forwarding)

runtime然後會檢查你是否想將此消息不做改動的轉發給另外一個對象，這是比較常見的消息轉發情形，可以用較小的消耗完成。
快速轉發技術可以用來實現僞多繼承，你只需編寫如下代碼

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)sel { return _otherObject; }

這樣做會將任何位置的消息都轉發給_otherObject對象，儘管當前對象與_otherObject對象是包含關係，但從外界看來當前對象和_otherObject像是同一個對象。
僞多繼承與真正的多繼承的區別在於，真正的多繼承是將多個類的功能組合到一個對象中，而消息轉發實現的僞多繼承，對應的功能仍然分佈在多個對象中，但是將多個對象的區別對消息發送者透明。

四.慢速轉發(Normal Forwarding)

以上兩者方式是對消息轉發的優化，如果你不使用上述兩種方式，則會進入完整的消息轉發流程。這會創建一個NSInvocation對象來完全包含發送的消息，其中包括target,selector,所有的參數，返回值。

在runtime構建NSInvocation之前首先需要一個NSMethodSignature，所以它通過-methodSignatureForSelector:方法請求。一旦NSInvocation創建完成，runtime就會調用forwardInvocation:方法，在此方法內你可以使用參數中的invocation做任何事情。無限可能…
舉個例子，如果你想對一個NSArray中的所有對象調用同一個方法，而又不想一直寫循環代碼時，想直接操作NSArray時，可這樣處理:

@implementation NSArray (ForwardingIteration)

    - (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel
    {
        NSMethodSignature *sig = [super methodSignatureForSelector:sel];
        if(!sig)
        {
            for(id obj in self)
                if((sig = [obj methodSignatureForSelector:sel]))
                    break;
        }
        return sig;
    }

    - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)inv
    {
        for(id obj in self)
            [inv invokeWithTarget:obj];
    }

    @end

然後就可以這樣使用

[(NSWindow *)windowsArray setHidesOnDeactivate:YES];

不過不建議這樣使用，因爲若NSArray實現了此方法，就不會進入轉發流程。實現這種功能的一種比較好的方法是使用NSProxy。

五.方法聲明

雖然上述機制可以轉發當前類中沒有實現的方法，但發送消息時仍然需要知道每個消息的方法簽名，否則就會有編譯器告警。可以通過category來聲明轉發消息的方法。

六.使用消息轉發在子類中處理Delegate消息

當繼承一個具有delgate的類,而又需要在子類中處理某些delegate消息，而又不影響對正常Delegate消息的調用時，需要如何處理呢？
一種方法是將子類對象設爲自身的delegate,而將外部設置的delegate存儲到另一個參數中。在子類中實現所有的delegate方法，處理子類中需要處理的delegate消息，而將子類中不處理的delegate消息再發送到外部delegate。這種方法的缺點在於實現繁瑣，在子類中需要實現所有delegate方法，儘管大部分delegate消息又直接轉給了外部delegate處理。
另一種比較優雅的方式是使用消息轉發，創建一個proxy類，將proxy類設置爲父類的delegate,在proxy中分別將消息轉發給子類或外部Delegate。
比如，創建一個UISCrollView的子類可使用如下代碼
MessageInterceptor.h

@interface MessageInterceptor : NSObject {
    id receiver;
    id middleMan;
}
@property (nonatomic, assign) id receiver;
@property (nonatomic, assign) id middleMan;
@end

MessageInterceptor.m

@implementation MessageInterceptor
@synthesize receiver;
@synthesize middleMan;

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if ([middleMan respondsToSelector:aSelector]) { return middleMan; }
    if ([receiver respondsToSelector:aSelector]) { return receiver; }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector {
    if ([middleMan respondsToSelector:aSelector]) { return YES; }
    if ([receiver respondsToSelector:aSelector]) { return YES; }
    return [super respondsToSelector:aSelector];
}

@end

MyScrollView.h

#import "MessageInterceptor.h"

@interface MyScrollView : UIScrollView {
    MessageInterceptor * delegate_interceptor;
    //...
}

//...

@end

MyScrollView.m

@implementation MyScrollView

- (id)delegate { return delegate_interceptor.receiver; }

- (void)setDelegate:(id)newDelegate {
    [super setDelegate:nil];
    [delegate_interceptor setReceiver:newDelegate];
    [super setDelegate:(id)delegate_interceptor];
}

- (id)init* {
    //...
    delegate_interceptor = [[MessageInterceptor alloc] init];
    [delegate_interceptor setMiddleMan:self];
    [super setDelegate:(id)delegate_interceptor];
    //...
}

- (void)dealloc {
    //...
    [delegate_interceptor release];
    //...
}

// delegate method override:
- (void)scrollViewDidScroll:(UIScrollView *)scrollView {
    // 1. your custom code goes here
    // 2. forward to the delegate as usual
    if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(scrollViewDidScroll:)]) {
        [self.delegate scrollViewDidScroll:scrollView];
    }
}

@end

MessageInterceptor對象會自動將將子類中實現的delegate消息轉發給子類，而將其他所有delegate消息轉發給外部設置的delegate對象。

在MessageInterceptor中除了實現forwardingTargetForSelector:方法外，還實現了respondsToSelector:方法，因爲UIScrollView在發送delegate消息之前會首先使用respondsToSelector:判斷delegate是否實現了該方法，而轉發的消息對respondsToSelector:也應返回YES。

參考:
Friday Q&A 2009-03-27: Objective-C Message Forwarding
Objective-C Runtime Programming Guide – Dynamic Method Resolution
Objective-C Runtime Programming Guide – Message Forwarding
Intercept obj-c delegate messages within a subclass
Hacking Block Support Into UIMenuItem
NSObject Class Reference
NSObject Protocol Reference
NSInvocation Class Reference
NSMethodSignature Class Reference

運行時（runtime）技術的幾個要點總結和消息轉發

一.消息轉發流程

二.動態解析(Lazy Resolution)

三.快速轉發(Fast Forwarding)

四.慢速轉發(Normal Forwarding)

五.方法聲明

六.使用消息轉發在子類中處理Delegate消息

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運行時（runtime）技術的幾個要點總結 和 消息轉發

一.消息轉發流程

二.動態解析(Lazy Resolution)

三.快速轉發(Fast Forwarding)

四.慢速轉發(Normal Forwarding)

五.方法聲明

六.使用消息轉發在子類中處理Delegate消息

運行時（runtime）技術的幾個要點總結和消息轉發