runtime之玩转成员变量

前言：

　　不铺垫那么多，单刀直入吧：runtime是一个C和汇编写的动态库，就像是一个小小的系统，将OC和C紧密关联在一次，这个系统主要做两件事情。

1，封装C语言的结构体和函数，让开发者在运行时创建，检查或者修改类，对象和方法等
2，传递消息，找出方法的最终执行代码

也就是说我们写的OC代码在运行的时候都会转为运行时代码

通过runtime的学习能够更好理解OC的这种消息发送机制，并且我也认为对runtime的学习是对深入学习iOS必不可少的坎，比如你有可能通过阅读一些第三方框架来提高自己的编程技巧，在这些第三方框架中就会有大量运行时代码。掌握了runtime我们能够简单做些什么事情呢？

  1，遍历对象的所有属性
  2，动态添加／修改属性，动态添加／修改／替换方法
  3，动态创建类／对象
  4，方法拦截使用（给方法添加一个动态实现，甚至可以讲该方法重定向或者打包给lisi）

　听起来跟黑魔法一样。其实runtime就素有黑魔法之称！我们就从成员变量开始我们对runtime的学习吧。

正文

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成员变量：

　　成员变量是我们在定义一个类中其中重要的成分，主要是想描述这个类实例化后具备了什么属性，特点，等等。就像定义了一个Person类，Person类具备了name，age，gender等各种属性来描述这个类。举了这个稍微符合的例子来辅助说明成员变量是干嘛用的，但是却还是不能说明成员变量到底本质是什么？在runtime.h文件中的成员变量是一个指向objc_ivar类型的结构体指针：

/// An opaque type that represents an instance variable.
typedef struct objc_ivar *Ivar;

在这个objc_ivar这个结构体定义如下：

struct objc_ivar {
    char *ivar_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;//成员变量的名字
    char *ivar_type                                          OBJC2_UNAVAILABLE;//成员变量的类型
    int ivar_offset                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}      

对成员变量进行操作的主要有以下几种方式：

Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)      //获取所有成员变量
const char *ivar_getName(Ivar v)            //获取某个成员变量的名字
const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)   //获取某个成员变量的类型编码
Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)    //获取某个类中指定名称的成员变量
id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)    //获取某个对象中的某个成员变量的值
void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)    //设置某个对象的某个成员变量的值

下面通过建立一个Person类来理解runtime中提供的这些函数，首先我们定义一个Person类，并且重写它的description方法：

Person.h中：

@interface Person : NSObject
{
    NSString *clan;//族名
}
@property(nonatomic,copy)NSString *name;
@property(nonatomic,copy)NSString *gender;
@property(nonatomic,strong)NSNumber *age;
@property(nonatomic,assign)NSInteger height;
@property(nonatomic,assign)double weight;

Person.m

-(NSString *)description
{
    unsigned int outCount;
    Ivar *IvarArray = class_copyIvarList([Person class], &outCount);//获取到Person中的所有成员变量
    for (unsigned int i = 0; i < outCount; i ++) {
        Ivar *ivar = &IvarArray[i];
        NSLog(@"第%d个成员变量:%s,类型是:%s",i,ivar_getName(*ivar),ivar_getTypeEncoding(*ivar));// 依次获取每个成员变量并且打印成员变量名字和类型
    }
    return nil;
}

在程序入口创建Person实例类并且调用description方法可以看到打印台打印：

ivar_getTypeEncoding函数获取到的是成员变量的类型编码。类型编码是苹果对数据类型对象类型规定的另一个表现形式，比如"@"代表的是对象，":"表示的是SEL指针，"v"表示的是void。具体可以看苹果官方文档对类型编码的具体规定:戳我！！！

通过runtime来给对象赋值和获取对象的值：

Person.m中实现了两个分别对实例化person对象赋值和取值方法:

+ (Person *)personWithName:(NSString *)name age:(NSNumber *)age gender:(NSString *)gender clan:(NSString *)clan
{
    Person *p = [Person new];
    unsigned int outCount;
    Ivar *IvarArray = class_copyIvarList([Person class], &outCount);
    object_setIvar(p, IvarArray[0], clan);
    object_setIvar(p, IvarArray[1], name);
    object_setIvar(p, IvarArray[2], gender);
    object_setIvar(p, IvarArray[3], age);
    return p;
}

- (void)personGetPersonMessage
{
    unsigned int outCount;
    Ivar *IvarArray = class_copyIvarList([Person class], &outCount);
    for (NSInteger i = 0; i < 4; i ++) {
        NSLog(@"%s = %@",ivar_getName(IvarArray[i]),object_getIvar(self,IvarArray[i]));
    }
}

在viewDidLoad中：

Person *person = [Person personWithName:@"张三" age:@26 gender:@"man" clan:@"汉"];
    [person personGetPersonMessage];

可以看到打印台打印：

成功的对Person对象进行设置值和取值操作。

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属性：

属性在runtime中定义如下：

/// An opaque type that represents an Objective-C declared property.
typedef struct objc_property *objc_property_t;
/// Defines a property attribute
typedef struct {
    const char *name;           /**< The name of the attribute */
    const char *value;          /**< The value of the attribute (usually empty) */
} objc_property_attribute_t;

属性的本质是一个指向objc_property的结构体指针。跟成员变量一样，runtime中一样为属性定义了一系列对属性的操作函数：

objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)   //获取所有属性的列表
const char *property_getName(objc_property_t property) //获取某个属性的名字
const char *property_getAttributes(objc_property_t property)   //获取属性的特性描述
objc_property_attribute_t *property_copyAttributeList(objc_property_t property, unsigned int *outCount)   //获取所有属性的特性

获取person实例对象中所有属性的特性描述:

Person.m中：

- (void)getAttributeOfproperty
{
    unsigned int outCount;
    objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([Person class], &outCount);
    for (NSInteger i = 0; i < outCount; i ++) {
        NSLog(@"属性：%s,它的特性描述:%s",property_getName(propertyList[i]),property_getAttributes(propertyList[i]));
    }
}

获取属性列表只会获取有property属性声明的变量，所有当调用getAttributeOfproperty的时候打印台打印：

特性描述主要说明的是该属性的修饰符，具体的代表意义如下:

属性类型  name值：T  value：变化
编码类型  name值：C(copy) &(strong) W(weak) 空(assign) 等 value：无
非/原子性 name值：空(atomic) N(Nonatomic)  value：无

在运行时runtime下我们可以获取到所有的成员变量，以及类的私有变量。所有runtime的重要应用就是字典转模型，复杂归档。

应用1:复杂对象归档

复杂对象归档平常我们需要类遵循<NSCoding>协议，重写协议中编码和解码的两个方法，创建NSKeyarchive对象将类中的成员变量进行逐一编码和解码。

runtime下基本是同样的操作，但是我们可以利用runtime提供的函数获取变量的名字和所对应的成员变量，开启循环进行快速归档（要记得普通情况下我们可以要逐一的写），同样是以Person类为例;

Person.m中：

-(instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder
{
    self = [super init];
    if (self) {
        unsigned int outCount;
        Ivar *ivarList = class_copyIvarList([Person class], &outCount);
        for (NSInteger i = 0; i < outCount; i ++) {
            Ivar ivar = ivarList[i];
            NSString *ivarName = [NSString
                                  stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
            [self setValue:[aDecoder decodeObjectForKey:ivarName] forKey:ivarName];
        }
    }
    return self;
}


-(void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder
{
    unsigned int outCount;
    Ivar *ivarlist = class_copyIvarList([self class], &outCount);
    for (NSInteger i = 0; i < outCount; i ++) {
        Ivar ivar = ivarlist[i];
        NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
        [aCoder encodeObject:[self valueForKey:ivarName] forKey:ivarName];
    }
}

应用2字典转模型：

另一个重要的应用便是字典转模型，将字典中的数据赋值给模型中对应的属性。大概思路是先通过class_copyPropertyList获取到所有的属性，再通过property_getName获取到变量对应的名字作为key值，通过key值查看字典中是否有对应的value，若是有的话则给属性赋值。

以上的操作都是基于对象具有的属性通过runtime获取属性的一些信息，比如名字，属性的值，属性的特性描述等。通过runtime还可以给对象动态添加变量，也就是添加关联。还记得分类和延展的区别吗？延展可以为类添加属性和方法，而分类只能为类添加方法。有个面试题：不使用继承的方式如何给系统类添加一个公共变量？我们知道在延展里面为类添加的变量是私有变量，外界无法访问的。如果对runtime有了解的人也许就知道这是想考验应聘人对runtime的了解。

runtime下提供了三个函数给我们能够进行关联对象的操作：

void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)     //为某个类关联某个对象
id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key)    //获取到某个类的某个关联对象
void objc_removeAssociatedObjects(id object)          //移除已经关联的对象
参数说明：
/**
 *  参数说明：
    object：要添加成员变量的对象
    key:添加成员变量对应的key值
    value:要添加的成员变量
    policy：添加的成员变量的修饰符
 */

我们以给NSDictionary添加一个NSString类型的公共变量funnyName为例:

在NSDictionary分类MyDict.h新增加两个属性其中一个字符串一个block中：

@property(nonatomic,copy)NSString *funnyName;
@property(nonatomic,copy)void(^dictAction)(NSString *str);

一般情况下如果我们只声明了这些变量在外面使用的时候就会报错，所有需要我们手动实现他们的set和get方法（可别以为是因为我们没有实现它们的set和方法才报错了哦,@property修饰的属性可是会自动生成get和set方法）

那应该如何实现它们的set和get方法呢：

-(void)setFunnyName:(NSString *)funnyName
{
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(funnyName), funnyName, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

-(NSString *)funnyName
{
    return objc_getAssociatedObject(self, @selector(funnyName));
}

-(void)setDictAction:(void (^)(NSString *))dictAction
{
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(dictAction), dictAction, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

-(void (^)(NSString *))dictAction
{
    return objc_getAssociatedObject(self, @selector(dictAction));
}

在我们程序中就可以使用字典新增加的两个属性了：

NSDictionary *dict = [NSDictionary new];
    dict.funnyName = @"SoFunny";
    NSLog(@"dict.funnyName = %@",dict.funnyName);
    void(^action)(NSString *str)  = ^(NSString *str){
        NSLog(@"打印了这个字符串:%@",str);
    };
    //设置block
    dict.dictAction = action;
    
    //调用dict的action
    dict.dictAction(@"新增加变量dicAction");

在打印台可以看见打印成功打印到我们想要的东西：

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初尝runtime，若是有什么表述不当的地方还请指出。后续将继续更新runtime的学习。

戳我看代码