探秘Runtime - Runtime的应用

__attribute__ 是一套编译器指令，被 GNU 和 LLVM 编译器所支持，允许对于 __attribute__ 增加一些参数，做一些高级检查和优化。

__attribute__ 的语法是，在后面加两个括号，然后写属性列表，属性列表以逗号分隔。在iOS中，很多例如 NS_CLASS_AVAILABLE_IOS 的宏定义，内部也是通过 __attribute__ 实现的。

__attribute__((attribute1, attribute2));
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下面是一些 __attribute__ 的常用属性，更完整的属性列表可以到llvm的官网查看。

objc_subclassing_restricted

objc_subclassing_restricted 属性表示被修饰的类不能被其他类继承，否则会报下面的错误。

__attribute__((objc_subclassing_restricted))
@interface TestObject : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSObject *object;
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
@end

@interface Child : TestObject
@end

错误信息：
Cannot subclass a class that was declared with the 'objc_subclassing_restricted' attribute
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objc_requires_super

objc_requires_super 属性表示子类必须调用被修饰的方法 super ，否则报黄色警告。

@interface TestObject : NSObject
- (void)testMethod __attribute__((objc_requires_super));
@end

@interface Child : TestObject
@end

警告信息：(不报错)
Method possibly missing a [super testMethod] call
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constructor / destructor

constructor 属性表示在 main 函数执行之前，可以执行一些操作。 destructor 属性表示在 main 函数执行之后做一些操作。 constructor 的执行时机是在所有 load 方法都执行完之后，才会执行所有 constructor 属性修饰的函数。

__attribute__((constructor)) static void beforeMain() {
    NSLog(@"before main");
}

__attribute__((destructor)) static void afterMain() {
    NSLog(@"after main");
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSLog(@"execute main");
    }
    return 0;
}

执行结果：
debug-objc[23391:1143291] before main
debug-objc[23391:1143291] execute main
debug-objc[23391:1143291] after main
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在有多个 constructor 或 destructor 属性修饰的函数时，可以通过设置优先级来指定执行顺序。格式是 __attribute__((constructor(101))) 的方式，在属性后面直接跟优先级。

__attribute__((constructor(103))) static void beforeMain3() {
    NSLog(@"after main 3");
}

__attribute__((constructor(101))) static void beforeMain1() {
    NSLog(@"after main 1");
}

__attribute__((constructor(102))) static void beforeMain2() {
    NSLog(@"after main 2");
}
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在 constructor 中根据优先级越低，执行顺序越高。而 destructor 则相反，优先级越高则执行顺序越高。

overloadable

overloadable 属性允许定义多个同名但不同参数类型的函数，在调用时编译器会根据传入参数类型自动匹配函数。这个有点类似于 C++ 的函数重载，而且都是发生在编译期的行为。

__attribute__((overloadable)) void testMethod(int age) {}
__attribute__((overloadable)) void testMethod(NSString *name) {}
__attribute__((overloadable)) void testMethod(BOOL gender) {}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        testMethod(18);
        testMethod(@"lxz");
        testMethod(YES);
    }
    return 0;
}
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objc_runtime_name

objc_runtime_name 属性可以在编译时，将 Class 或 Protocol 指定为另一个名字，并且新名字不受命名规范制约，可以以数字开头。

__attribute__((objc_runtime_name("TestObject")))
@interface Object : NSObject
@end

NSLog(@"%@", NSStringFromClass([TestObject class]));

执行结果：
TestObject
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这个属性可以用来做代码混淆，例如写一个宏定义，宏定义内部实现混淆逻辑。例如通过 MD5 对 Object 做混淆，32位的混淆结果就是 497031794414a552435f90151ac3b54b ，谁能看出来这是什么类。如果怕彩虹表匹配出来，再增加加盐逻辑。

cleanup

通过 cleanup 属性，可以指定给一个变量，当变量释放之前执行一个函数。指定的函数执行的时间，是在 dealloc 之前的。在指定的函数中，可以传入一个形参，参数就是 cleanup 修饰的变量，形参是一个地址。

static void releaseBefore(NSObject **object) {
    NSLog(@"%@", *object);
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        TestObject *object __attribute__((cleanup(releaseBefore))) = [[TestObject alloc] init];
    }
    return 0;
}
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如果遇到同一个代码块中，同时出现多个 cleanup 属性时，在代码块作用域结束时，会以添加的顺序进行调用。

unused

还有一个属性很实用，在项目里经常会有未使用的变量，会报一个黄色警告。有时候可能会通过其他方式获取这个对象，所以不想出现这个警告，可以通过 unused 属性消除这个警告。

NSObject *object __attribute__((unused)) = [[NSObject alloc] init];
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系统定义

在系统里也大量使用了 __attribute__ 关键字，只不过系统不会直接在外部使用 __attribute__ ，一般都是将其定义为宏定义，以宏定义的形式出现在外面。

// NSLog
FOUNDATION_EXPORT void NSLog(NSString *format, ...) NS_FORMAT_FUNCTION(1,2) NS_NO_TAIL_CALL;
#define NS_FORMAT_FUNCTION(F,A) __attribute__((format(__NSString__, F, A)))

// 必须调用父类的方法
#define NS_REQUIRES_SUPER __attribute__((objc_requires_super))

// 指定初始化方法，必须直接或间接调用修饰的方法
#define NS_DESIGNATED_INITIALIZER __attribute__((objc_designated_initializer))
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ORM

对象关系映射 (Object Relational Mapping) ，简称 ORM ，用于面向对象语言中不同系统数据之间的转换。 可以通过对象关系映射来实现 JSON 转模型，使用比较多的是 Mantle 、 MJExtension 、 YYKit 、 JSONModel 等框架，这些框架在进行转换的时候，都是使用 Runtime 的方式实现的。

Mantle 使用和 MJExtension 有些类似，只不过 MJExtension 使用起来更加方便。 Mantle 在使用时主要是通过继承的方式处理，而 MJExtension 是通过 Category 处理，代码依赖性更小，无侵入性。

性能评测

这些第三方中 Mantle 功能最强大，但是太臃肿，使用起来性能比其他第三方都差一些。 JSONModel 、 MJExtension 这些第三方几乎都在一个水平级， YYKit 相对来说性能可以比肩手写赋值代码，性价比最高。

对于模型转换需求不是太大的工程来说，尽量用 YYKit 来进行转换性能会更好一些。功能可能略逊于 MJExtension ，我个人还是比较习惯用 MJExtension 。

YYKit作者评测

实现思路

也可以自己实现模型转换的逻辑，以字典转模型为例，大体逻辑如下：

Category
Runtime
KVC

下面简单实现了一个字典转模型的代码，通过 Runtime 遍历属性列表，并根据属性名取出字典中的对象，然后通过 KVC 进行赋值操作。调用方式和 MJExtension 、 YYModel 类似，直接通过模型类调用类方法即可。如果想在其他类中也使用的话，应该把下面的实现写在 NSObject 的 Category 中，这样所有类都可以调用。

// 调用部分
NSDictionary *dict = @{@"name" : @"lxz",
                       @"age" : @18,
                       @"gender" : @YES};
TestObject *object = [TestObject objectWithDict:dict];

// 实现代码
@interface TestObject : NSObject
@property (nonatomic, copy  ) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
@property (nonatomic, assign) BOOL gender;

+ (instancetype)objectWithDict:(NSDictionary *)dict;
@end

@implementation TestObject

+ (instancetype)objectWithDict:(NSDictionary *)dict {
    return [[TestObject alloc] initWithDict:dict];
}

- (instancetype)initWithDict:(NSDictionary *)dict {
    self = [super init];
    if (self) {
        unsigned int count = 0;
        objc_property_t *propertys = class_copyPropertyList([self class], &count);
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            objc_property_t property = propertys[i];
            const char *name = property_getName(property);
            NSString *nameStr = [[NSString alloc] initWithUTF8String:name];
            id value = [dict objectForKey:nameStr];
            [self setValue:value forKey:nameStr];
        }
        free(propertys);
    }
    return self;
}

@end
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通过 Runtime 可以获取到对象的 Method List 、 Property List 等，不只可以用来做字典模型转换，还可以做很多工作。例如还可以通过 Runtime 实现自动归档和反归档，下面是自动进行归档操作。

// 1.获取所有的属性
unsigned int count = 0;
Ivar *ivars = class_copyIvarList([NJPerson class], &count);
// 遍历所有的属性进行归档
for (int i = 0; i < count; i++) {
    // 取出对应的属性
    Ivar ivar = ivars[i];
    const char * name = ivar_getName(ivar);
    // 将对应的属性名称转换为OC字符串
    NSString *key = [[NSString alloc] initWithUTF8String:name];
    // 根据属性名称利用KVC获取数据
    id value = [self valueForKeyPath:key];
    [encoder encodeObject:value forKey:key];
}
free(ivars);
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我写了一个简单的 Category ，可以自动实现 NSCoding 、 NSCopying 协议。这是开源地址： EasyNSCoding

Runtime面试题

题1

下面的代码输出什么？

@implementation Son : Father
- (id)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
    }
    return self;
}
@end
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答案：都输出 Son 。

第一个 NSLog 输出 Son 肯定是不用说的。

第二个输出中， [super class] 会被转换为下面代码。

struct objc_super objcSuper = {
    self,
    class_getSuperclass([self class]),
};
id (*sendSuper)(struct objc_super*, SEL) = (void *)objc_msgSendSuper;
sendSuper(&objcSuper, @selector(class));
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super 的调用会被转换为 objc_msgSendSuper 的调用，并传入一个 objc_super 类型的结构体。结构体有两个参数，第一个就是接受消息的对象，第二个是 [super class] 对应的父类。

struct objc_super {
    __unsafe_unretained _Nonnull id receiver;
    __unsafe_unretained _Nonnull Class super_class;
};
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由此可知，虽然调用的是 [super class] ，但是接受消息的对象还是 self 。然后来到父类 Father 的 class 方法中，输出 self 对应的类 Son 。

题2

下面代码的结果？

BOOL res1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
BOOL res2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
BOOL res3 = [(id)[Sark class] isKindOfClass:[Sark class]];
BOOL res4 = [(id)[Sark class] isMemberOfClass:[Sark class]];
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答案： 除了第一个是 YES ，其他三个都是 NO 。

在推测结果之前，首先要明白两个问题。 isKindOfClass 和 isMemberOfClass 的区别是什么？ isKindOfClass:class ，调用该方法的对象所属的类，继承者链中包含传入的 class 则返回 YES 。 isMemberOfClass:class ，调用改方法的对象所属的类，必须是传入的 class 则返回 YES 。

我们从 Runtime 源码的角度来分析一下结果。

+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return object_getClass((id)self) == cls;
}

- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return [self class] == cls;
}

+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = object_getClass((id)self); tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}
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平时开发过程中只会接触到对象方法的 isKindOfClass 和 isMemberOfClass ，但是在 NSObject 类中还隐式的实现了类方法版本。不只这两个方法，其他 NSObject 中的对象方法，都有其对应的类方法版本。因为在OC中，类和元类也都是对象。这四个调用由于都是类对象发起调用的，所以最终执行的都是类方法版本。

先把 Runtime 的对象模型拿出来，方便后面的分析。

第一次调用方是 NSObject 类对象，调用 isKindOfClass 方法传入的也是类对象。因为调用类的 class 方法，会把类自身直接返回，所以还是类对象自己。

然后进入到 for 循环中，会从 NSObject 的元类开始遍历，所以第一次 NSObject meta class ！= NSObject class ，匹配失败。第二次循环将 tcls 设置为 superclass 的 NSObject class ， NSObject class == NSObject class ，匹配成功。

NSObject 能匹配成功，是因为这个类比较特殊，在第二次获取 superclass 的时候， NSObject 元类的 superclass 就是 NSObject 的类对象，所以会匹配成功。而其他三种匹配，则都会失败，各位同学可以去自己分析一下剩下三种。

题3

下面的代码会？ Compile Error / Runtime Crash / NSLog… ?

@interface NSObject (Sark)
+ (void)foo;
@end

@implementation NSObject (Sark)
- (void)foo {
    NSLog(@"IMP: -[NSObject (Sark) foo]");
}
@end

// 测试代码
[NSObject foo];
[[NSObject new] performSelector:@selector(foo)];
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答案： 全都正常输出，编译和运行都没有问题。

这道题和上一道题很相似，第二个调用肯定没有问题，第一个调用后会从元类中查找方法，然而方法并不在元类中，所以找元类的 superclass 。方法定义在是 NSObject 的 Category ，由于 NSObject 的对象模型比较特殊，元类的 superclass 是类对象，所以从类对象中找到了方法并调用。

题4

下面的代码会？ Compile Error / Runtime Crash / NSLog… ?

@interface Sark : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation Sark
- (void)speak {
    NSLog(@"my name's %@", self.name);
}
@end

// 测试代码
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    id cls = [Sark class];
    void *obj = &cls;
    [(__bridge id)obj speak];
}
@end
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答案： 正常执行，不会导致 Crash 。

执行 [Sark class] 后获取到类对象，然后通过 obj 指针指向获取到的类对象首地址，这就构成了对象的基本结构，可以进行正常调用。

原题出处

Sunnyxx-神经病院objc runtime入院考试

题5

为什么 MRC 下没有 weak ？

其实 MRC 下并不是没有 weak ，在 MRC 环境下也可以通过 Runtime 源码调用 weak 源码的。 weak 源码定义在 Private Headers 私有文件夹下，需要引入 #import "objc-internal.h" 文件。

以以下 ARC 的源码为例，定义了一个 TestObject 类型的对象，并用一个 weak 指针指向已创建对象。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        TestObject *object = [[TestObject alloc] init];
        __weak TestObject *newObject = object;
    }
    return 0;
}
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这段代码会被编译器转移为下面代码，这段代码中的两个函数就是 weak 的实现函数，在 MRC 下也可以调用这两个函数。

objc_initWeak(&newObject, object);
objc_destroyWeak(&newObject);
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题6

相同的一个类，创建不同的对象，怎样实现指定的某个对象在 dealloc 时打印一段文字？

这个问题最简单的方法就是在类的 .h 文件里，定义一个标记属性，如果属性被赋值为 YES ，则在 dealloc 中打印文字。但是，这种实现方式显然不是面试官想要的，会被直接pass~

可以参考 KVO 的实现方案，在运行时动态创建一个类，这个类是对象的子类，将新创建类的 dealloc 实现指向自定义的 IMP ，并在 IMP 中打印一段文字。将对象的 isa 设置为新创建的类，当执行 dealloc 方法时就会执行 isa 所指向的新类。

思考

小问题

什么叫做技术大牛，怎样就表示技术强？

我前段时间看过一句话，我感觉可以解释上面的问题：“市面上所有应用的功能，产品提出来我都能做”。 这句话并不够全面，应该不只是做出来，而是更好的做出来。这个好要从很多方面去评估，性能、可维护性、完成时间、产品效果等，如果这些都做的很好，那足以证明这个人技术很强大。

Runtime有什么用？

Runtime 是比较偏底层的，但是研究这么深有什么用吗，有什么实际意义吗？

Runtime 当然是由实际用处的，先不说整个OC都是通过 Runtime 实现的。例如现在需要实现消息转发的功能，这时候就需要用到 Runtime ，或者是拦截方法，也需要用到 Method Swizzling ，除了这些，还有更多的用法待我们去发掘。

不只是使用，其实最重要的是，通过Runtime了解一个语言的设计。Runtime中不只是各种函数调用，从整体来看，可以明白OC的对象模型是什么样的。

简书由于排版的问题，阅读体验并不好，布局、图片显示、代码等很多问题。所以建议到我 Github 上，下载 Runtime PDF 合集。把所有 Runtime 文章总计九篇，都写在这个 PDF 中，而且左侧有目录，方便阅读。

下载地址： Runtime PDF 麻烦各位大佬点个赞，谢谢！:grin: