iOS运行时 - Runtime的简介以及使用场景

1. runtime简介

因为Objc是一门动态语言，所以它总是想办法把一些决定工作从编译连接推迟到运行时。也就是说只有编译器是不够的，还需要一个运行时系统 (runtime system) 来执行编译后的代码。这就是 Objective-C Runtime 系统存在的意义，它是整个Objc运行框架的一块基石。

Runtime其实有两个版本:“modern”和 “legacy”。我们现在用的 Objective-C 2.0 采用的是现行(Modern)版的Runtime系统，只能运行在 iOS 和 OS X 10.5 之后的64位程序中。而OS X较老的32位程序仍采用 Objective-C 1中的（早期）Legacy 版本的 Runtime 系统。这两个版本最大的区别在于当你更改一个类的实例变量的布局时，在早期版本中你需要重新编译它的子类，而现行版就不需要。

Runtime基本是用C和汇编(437版本开始较多使用mm文件，但是仍用C语法)实现的，可见苹果为了动态系统的高效而作出了很多努力，你可以在这里下到苹果维护的开源代码runtime源码。苹果和GNU各自维护一个开源的runtime版本，这两个版本之间都在努力的保持一致。

2. Runtime相关的头文件

ios的sdk中 usr/include/objc文件夹下面的文件

List.h
NSObjCRuntime.h
NSObject.h
Object.h
Protocol.h
a.txt
hashtable.h
hashtable2.h
message.h
module.map
objc-api.h
objc-auto.h
objc-class.h
objc-exception.h
objc-load.h
objc-runtime.h
objc-sync.h
objc.h
runtime.h

都是和运行时相关的头文件，其中主要使用的函数定义在message.h和runtime.h这两个文件中。在message.h中主要包含了一些向对象发送消息的函数，这是OC对象方法调用的底层实现。 runtime.h是运行时最重要的文件，其中包含了对运行时进行操作的方法。主要包括

//runtime.h
// An opaque type that represents a method in a class definition. 一个类型，代表着类定义中的一个方法
typedef struct objc_method *Method;

/// An opaque type that represents an instance variable.代表实例(对象)的变量
typedef struct objc_ivar *Ivar;

/// An opaque type that represents a category.代表一个分类
typedef struct objc_category *Category;

/// An opaque type that represents an Objective-C declared property.代表OC声明的属性
typedef struct objc_property *objc_property_t;

// Class代表一个类，它在objc.h中这样定义的  typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

这些类型的定义，对一个类进行了完全的分解，将类定义或者对象的每一个部分都抽象为一个类型type，对操作一个类属性和方法非常方便。OBJC2_UNAVAILABLE标记的属性是Ojective-C 2.0不支持的,但实际上可以用响应的函数获取这些属性，例如：如果想要获取Class的name属性，可以按如下方法获取:

Class classPerson = Person.class;
// printf("%s\n", classPerson->name); //用这种方法已经不能获取name了 因为OBJC2_UNAVAILABLE
const char *cname  = class_getName(classPerson);
printf("%s", cname); // 输出:Person

2.1 函数的定义

对对象进行操作的方法一般以object_开头

对类进行操作的方法一般以class_开头

对类或对象的方法进行操作的方法一般以method_开头

对成员变量进行操作的方法一般以ivar_开头

对属性进行操作的方法一般以property_开头

对协议进行操作的方法一般以protocol_开头

根据以上的函数的前缀可以大致了解到层级关系。对于以objc_开头的方法，则是runtime最终的管家，可以获取内存中类的加载信息,类的列表，关联对象和关联属性等操作。

例如：使用runtime对当前的应用中加载的类进行打印，别被吓一跳。

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    unsigned int count = 0;
    Class *classes = objc_copyClassList(&count);
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        const char *cname = class_getName(classes[i]);
        printf("%s\n", cname);
    }
}

3. 技术点和应用场景

在以下的代码中，都用到了Person类，Person类知识简单的定义了一个成员变量和两个属性

@interface Person : NSObject
{
    @private
    float _height;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) int age;
@end

3.1 获取属性、成员变量列表

对于获取成员变量的列表可以使用class_copyIvarList函数，如果想要获取属性列表可以使用class_copyPropertyList函数，使用的示例如下：

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    
    Class classPerson = NSClassFromString(@"Person"); // 与下面一句效果一样,可以不用导入头文件
//    Class clazz = Person.class;
    unsigned int count = 0;
    Ivar *ivarList = class_copyIvarList(classPerson, &count); // 获取成员变量数组
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        const char *cname = ivar_getName(ivarList[i]); // 获取成员变量的名字
        NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname];
        NSLog(@"%@", name);
    }
    NSLog(@"-------------------分割线------------------");
    objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList(classPerson, &count); // 获取属性数组
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        const char *cname = property_getName(propertyList[i]);
        NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:cname];
        NSLog(@"%@", name);
    }

}

以上代码的输出为：
2015-06-05 22:28:16.194 runtime终极[4192:195757] _height
2015-06-05 22:28:16.195 runtime终极[4192:195757] _age
2015-06-05 22:28:16.195 runtime终极[4192:195757] _name
2015-06-05 22:28:16.195 runtime终极[4192:195757] -------------------分割线------------------
2015-06-05 22:28:16.195 runtime终极[4192:195757] name
2015-06-05 22:28:16.195 runtime终极[4192:195757] age

为什么会有上面的输出结果，因为@property会做三份工作： 1.生成一个带下划线的成员变量 2.生成这个成员变量的get方法 3.生成这个成员变量的set方法

因此可以说：ivarList可以获取到@property关键字定义的属性，而propertyList不可以获取到成员变量。也就是：使用ivarList是可以将所有的成员变量和属性都获取的。

一个问题，对于一个readonly的属性，到底是didSet+set好，还是重写getter好？

大部分的readonly的属性是计算型的，依旧是依赖于其他属性，因此可以使用didSet+set，也就是在其他属性的set方法中，将本属性set。但是didSet+set有时候完全没有必要，不符合懒加载的规则，浪费了计算能力，用重写getter的方法好一些，因此重写getter总是好一些。

在KVC时，想要获取全部的成员变量和属性，怎么办？

首先要了解setValue: forKeyPath:方法的底层实现：

以name为例：

首先先去类的方法列表去寻找有没有setName:,如果有，就直接调用[person setName:value]
找找有没有带下划线的成员变量_name，如果有 _name = value
找有没有成员变量 name，如果有name = value
如果都没有找到，直接报错

因此对于readonly的又重写了getter的属性而言：如果对propertyList的属性一次使用kvc，就会报错，因此为保证代码正常，不能使用propertyList的属性进行kvc；

另外：这种属性本来就是计算型的了，为什么还有为它赋值呢，因此对它进行kvc也不合情理。

当使用ivaList时，直接就无法获取到这种属性，因此是kvc的最佳方案。再者，使用propertyList无法获取成员变量(_height)，无法对成员变量进行赋值。而使用ivaList是可以将该赋值的成员变量都获取的。

3.1.1 应用1: KVC字典转模型

获取属性、成员变量列表一个重要的应用就是，一次取出模型中的属性、成员变量，根据它的名称获取字典中的key然后去除字典中这个key对应的value，使用setValue: forKeyPath:方法设置值，为什么使用这个，不使用setValueForKeysWithDictionary。因为在setValueForKeysWithDictionary方法内部会执行以下这个过程：

1）取出key

2）取出key对应的value，即dict[key]，直接给模型中的属性、成员变量赋值

3）怎么给模型中的属性、成员变量赋值，使用setValue: forKeyPath:，上文已经提过

这里会有一个问题，因此，开发中经常遇到的字典中的key比模型中多时，会出现的 this class is not key-value compliant for ‘xxx’这个bug就很好解释了，通常是因为字典中的key，比模型中的属性\成员变量多。那么当模型中的属性比字典中多时，使用setValuesForKeysWithDictionary:会不不会有bug呢？经测试：当多出来的属性是对象数据类型时，为null，当属性是基本数据类型时，会有一个系统默认值(如int为0)。

因此使用逐一为属性赋值的方法进行KVC：