Runtime的实践——方法交换

最新推荐文章于 2024-09-05 21:30:02 发布

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本文深入探讨了Objective-C Runtime中的方法交换技术，解释了如何通过`method_exchangeImplementations`函数实现方法的替换。当发送消息时，OC首先查找缓存，然后在方法列表中寻找，直至找到方法实现或触发警告。文中通过示例展示了方法交换如何改变方法的执行逻辑，并提醒读者这是一个强大的但需谨慎使用的特性。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

读过《Runtime的初步认识——结构体与类》的小伙伴们应该对objc_class结构体的构造有所了解了

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;

在这里，我们可以找到

实例变量struct objc_ivar_list *ivars，
方法列表struct objc_method_list **methodLists，
缓存方法列表struct objc_cache *cache。

在这里插一嘴。我们之前在《Runtime的初步认识——消息机制》中介绍过，在Objective-C里面调用一个方法的时候，runtime层会将这个调用翻译成

objc_msgSend(id self, SEL op, ...)

而objc_msgSend具体有事如何分发的呢？我们来看下runtime层objc_msgSend的源码。（runtime的源代码可以在 http://opensource.apple.com//tarballs/objc4/ 下载）


/********************************************************************
 *
 * id objc_msgSend(id self, SEL _cmd,...);
 *
 ********************************************************************/

    ENTRY   _objc_msgSend
    MESSENGER_START
    CALL_MCOUNTER

// load receiver and selector
    movl    selector(%esp), %ecx
    movl    self(%esp), %eax

// check whether selector is ignored
    cmpl    $ kIgnore, %ecx
    je      LMsgSendDone        // return self from %eax

// check whether receiver is nil 
    testl   %eax, %eax
    je  LMsgSendNilSelf

// receiver (in %eax) is non-nil: search the cache
LMsgSendReceiverOk:
    movl    isa(%eax), %edx     // class = self->isa
    CacheLookup WORD_RETURN, MSG_SEND, LMsgSendCacheMiss
    xor %edx, %edx      // set nonstret for msgForward_internal
    MESSENGER_END_FAST
    jmp *%eax

// cache miss: go search the method lists
LMsgSendCacheMiss:
    MethodTableLookup WORD_RETURN, MSG_SEND
    xor %edx, %edx      // set nonstret for msgForward_internal
    jmp *%eax           // goto *imp

// message sent to nil: redirect to nil receiver, if any
LMsgSendNilSelf:
    // %eax is already zero
    movl    $0,%edx
    xorps   %xmm0, %xmm0
LMsgSendDone:
    MESSENGER_END_NIL
    ret

// guaranteed non-nil entry point (disabled for now)
// .globl _objc_msgSendNonNil
// _objc_msgSendNonNil:
//  movl    self(%esp), %eax
//  jmp     LMsgSendReceiverOk

LMsgSendExit:
    END_ENTRY   _objc_msgSend

这TMD什么鬼？？？保证看完你是这个反应。。。Apple为了高度优化这些方法的性能，这些方法都是汇编写成的。不过虽然我们看不懂汇编。但是通过注释我们也能了解消息分发的大概逻辑了。（这个地方我们可以先简单了解到这，感兴趣的可以继续研究，一起分享交流）接下来我们切回正题。

当我们向对象发送消息的时候，OC会到缓存方法列表中开始找方法的指针，如果缓存列表中找不到,就会到方法列表中找，如果本类的方法列表中找不到，就会到父类里面找，直到找到方法的指针或者最终的父类NSObject也找不到方法的指针为止。当找不到方法指针的时候，编译器会发出[XXXX 某方法]unrecognized selector sent to instance 0x100400d90的警告。
当找到方法指针的时候，OC会将会在内存中找到方法指针所指向的那个代码块，并运行它。

我们知道，程序之所以能运行，是因为方法和变量都是存在程序的内存中。所以如果我们改变了方法指针指针所指向的内存地址的内容或者直接改变了方法指针指向的地址，我们就可以改变了方法的实现。

Runtime中的方法交换

Runtime给了我们一个函数来实现方法交换，你只需要导入objc/Runtime.h文件即可使用这个函数。
这个函数是

/** 
 * Exchanges the implementations of two methods.
 * 交换两个方法的实现
 * 
 * @param m1 Method to exchange with second method.
 * @param m2 Method to exchange with first method.
 * 
 * @note This is an atomic version of the following:
 * 这个函数的实现如下:
 *  \code 
 *  IMP imp1 = method_getImplementation(m1);
 *  IMP imp2 = method_getImplementation(m2);
 *  method_setImplementation(m1, imp2);
 *  method_setImplementation(m2, imp1);
 *  \endcode
 */
void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2);

这个方法的注释官方已给出，我们只要关注他的参数以及返回值(由于返回值为void, 所以在此没有多余的解释, 主要解释两个参数)。

Method是Objective-C语言中的一个结构体, 在runtime.h头文件中有定义. 在这个函数中， Method顾名思义就是要交换的方法. 我们可以通过下面这个函数来获取一个类的Method。

Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name);

现在这两个参数是我们平时看的见的参数。综上所述，我们只要将两组要交换的方法的SEL和该方法所在的Class传入进去即可实现方法交换。

由此最终的代码会变成:

Method m1 = class_getInstanceMethod([M1 class], @selector(method1name));
Method m2 = class_getInstanceMethod([M2 class], @selector(method2name));
method_exchangeImplementations(m1, m2);

如果你不知道方法交换的最终效果，现在我们用一个很简单的例子来说明这个问题。

比如我们现在有两个类的文件，每个类都有自己的方法和实现。

@interface classOne : NSObject
@end

@implementation classOne()
- (void)methodOne {
    NSLog(@"methodOne");
}
@end

@interface classTwo : NSObject
@end

@implementation classTwo()
- (void)methodTwo {
    NSLog(@"methodTwo");
}
@end

正常情况下

如果我们调用[[classOne new] methodOne]则会输出methodOne。

同理如果调用[[classTwo new] methodTwo]则会输出methodTwo。

但是如果我们在某一个时刻执行了一次下面的代码

Method method1 = class_getInstanceMethod([classTwo class], @selector(methodTwo));
Method method2 = class_getInstanceMethod([classOne class], @selector(methodOne));
method_exchangeImplementations(method1, method2);