Objective-C运行时的一些黑魔法-类与对象

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笔记：


OC类是由Class类型来表示的，它实际上是一个指向objc_class结构体的指针

objc_class结构体中重要的字段：

  • isa:是一个Class 类型的指针. 每个实例对象有个isa的指针,他指向对象的类，而Class里也有个isa的指针, 指向meteClass(元类)。元类保存了类方法的列表。当类方法被调用时，先会从本身查找类方法的实现，如果没有，元类会向他父类查找该方法。同时注意的是：元类（meteClass）也是类，它也是对象。元类也有isa指针,它的isa指针最终指向的是一个根元类(root meteClass).根元类的isa指针指向本身，这样形成了一个封闭的内循环。
  • metaClass:我们向一个对象发送消息（调用对象方法）时，runtime会在这个对象的所属类的方法列表中查找响应方法；而向一个类发送消息（调用类方法）时，会在这个类的meta-class的方法列表查找响应方法。
    Objective-C的设计者让所有的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继承体系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作为自己的所属类，而基类的meta-class的isa指针是指向它自己。这样就形成了一个完美的闭环。
  • super_class:指向该类的父类，如果是根类的话，则super_class为NULL
  • cache:用于缓存最近使用的方法。一个接收者对象接收到一个消息时，它会根据isa指针去查找能够响应这个消息的对象。在实际使用中，这个对象只有一部分方法是常用的，很多方法其实很少用或者根本用不上。这种情况下，如果每次消息来时，我们都是methodLists中遍历一遍，性能势必很差。这时，cache就派上用场了。在我们每次调用过一个方法后，这个方法就会被缓存到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中查找方法。这样，对于那些经常用到的方法的调用，但提高了调用的效率。
  • version:我们可以使用这个字段来提供类的版本信息。这对于对象的序列化非常有用，它可是让我们识别出不同类定义版本中实例变量布局的改变。
  • info：供运行期使用的一些位标识。
  • instance_size：该类的实例变量大小
  • ivars：成员变量的数组

EXAMPLE: 


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//-----------------------------------------------------------
// MyClass.h
 
@interface MyClass : NSObject @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 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;
}


动态创建类和对象

动态创建类： 


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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)];

动态创建对象： 


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id theObject = class_createInstance(NSString.class, sizeof(unsigned));
id str1 = [theObject init];
 
NSLog(@"%@", [str1 class]);
 
id str2 = [[NSString alloc] initWithString:@"test"];
NSLog(@"%@", [str2 class]);

实例操作函数：

  • 针对整个对象进行操作的函数

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    NSObject *a = [[NSObject alloc] init];
    id newB = object_copy(a, class_getInstanceSize(MyClass.class));
    object_setClass(newB, MyClass.class);
    object_dispose(a);

  • 针对对象实例变量进行操作的函数

  • 针对对象的类进行操作的函数

获取类定义： 


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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);
}

方法汇总： 


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

// 获取类的父类
Class class_getSuperclass ( Class cls );
 
// 判断给定的Class是否是一个元类
BOOL class_isMetaClass ( Class cls );

// 获取实例大小
size_t class_getInstanceSize ( Class cls );
// 获取类中指定名称实例成员变量的信息
Ivar class_getInstanceVariable ( Class cls, const char *name );
 
// 获取类成员变量的信息
Ivar class_getClassVariable ( Class cls, const char *name );
 
// 添加成员变量
BOOL class_addIvar ( Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types );
 
// 获取整个成员变量列表
Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount );

// 获取指定的属性
objc_property_t class_getProperty ( Class cls, const char *name );
 
// 获取属性列表
objc_property_t * class_copyPropertyList ( Class cls, unsigned int *outCount );
 
// 为类添加属性
BOOL class_addProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );
 
// 替换类的属性
void class_replaceProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );

//垃圾回收器扫描
const uint8_t * class_getIvarLayout ( Class cls );

void class_setIvarLayout ( Class cls, const uint8_t *layout );

const uint8_t * class_getWeakIvarLayout ( Class cls );

void class_setWeakIvarLayout ( Class cls, const uint8_t *layout );

// 添加方法
BOOL class_addMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );
 
// 获取实例方法
Method class_getInstanceMethod ( Class cls, SEL name );
 
// 获取类方法
Method class_getClassMethod ( Class cls, SEL name );
 
// 获取所有方法的数组
Method * class_copyMethodList ( Class cls, unsigned int *outCount );
 
// 替代方法的实现
IMP class_replaceMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );
 
// 返回方法的具体实现
IMP class_getMethodImplementation ( Class cls, SEL name );
IMP class_getMethodImplementation_stret ( Class cls, SEL name );
 
// 类实例是否响应指定的selector
BOOL class_respondsToSelector ( Class cls, SEL sel );

// 添加协议
BOOL class_addProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );
 
// 返回类是否实现指定的协议
BOOL class_conformsToProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );
 
// 返回类实现的协议列表
Protocol * class_copyProtocolList ( Class cls, unsigned int *outCount );

// 获取版本号
int class_getVersion ( Class cls );
 
// 设置版本号
void class_setVersion ( Class cls, int version );

// 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 );

// 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 );

// 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 );

// 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 );

// 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 );

// 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 );

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