`
miss大为
  • 浏览: 83858 次
  • 性别: Icon_minigender_1
  • 来自: 北京
社区版块
存档分类
最新评论

Objective-C 运行时Runtime

阅读更多
这是一篇译文,原文在此,上一篇文章就是受这篇文章启发,这次干脆都翻译过来。
 
过去的几年中涌现了大量的Objective-C开发者。有些是从动态语言转过来的,比如Ruby或Python,有些是从强类型语言转过来的,如Java或C#,当然也有直接以Objective-C作为入门语言的。也就是说有很大一部分开发者都没有使用Objective-C太长时间。当你接触一门新语言时,更多地会关注基础知识,如语法和特性等。但通常有一些更高级的,更鲜为人知又有强大功能的特性等待你去开拓。
 
这篇文章主要是来领略下Objective-C的运行时(runtime),同时解释是什么让Objective-C如此动态,然后感受下这些动态化的技术细节。希望这回让你对Objective-C和Cocoa是如何运行的有更好的了解。
 
The Runtime
Objective-C是一门简单的语言,95%是C。只是在语言层面上加了些关键字和语法。真正让Objective-C如此强大的是它的运行时。它很小但却很强大。它的核心是消息分发。
 
Messages
如果你是从动态语言如Ruby或Python转过来的,可能知道什么是消息,可以直接跳过进入下一节。那些从其他语言转过来的,继续看。
 
执行一个方法,有些语言,编译器会执行一些额外的优化和错误检查,因为调用关系很直接也很明显。但对于消息分发来说,就不那么明显了。在发消息前不必知道某个对象是否能够处理消息。你把消息发给它,它可能会处理,也可能转给其他的Object来处理。一个消息不必对应一个方法,一个对象可能实现一个方法来处理多条消息。
 
在Objective-C中,消息是通过objc_msgSend()这个runtime方法及相近的方法来实现的。这个方法需要一个target,selector,还有一些参数。理论上来说,编译器只是把消息分发变成objc_msgSend来执行。比如下面这两行代码是等价的。
[array insertObject:foo atIndex:5];
objc_msgSend(array, @selector(insertObject:atIndex:), foo, 5);
 
Objects, Classes, MetaClasses
大多数面向对象的语言里有 classes 和 objects 的概念。Objects通过Classes生成。但是在Objective-C中,classes本身也是objects(译者注:这点跟python很像),也可以处理消息,这也是为什么会有类方法和实例方法。具体来说,Objective-C中的Object是一个结构体(struct),第一个成员是isa,指向自己的class。这是在objc/objc.h中定义的。
typedef struct objc_object {
    Class isa;
} *id;
object的class保存了方法列表,还有指向父类的指针。但classes也是objects,也会有isa变量,那么它又指向哪儿呢?这里就引出了第三个类型: metaclasses。一个 metaclass被指向class,class被指向object。它保存了所有实现的方法列表,以及父类的metaclass。如果想更清楚地了解objects,classes以及metaclasses是如何一起工作地,可以阅读这篇文章。
 
Methods, Selectors and IMPs
我们知道了运行时会发消息给对象。我们也知道一个对象的class保存了方法列表。那么这些消息是如何映射到方法的,这些方法又是如何被执行的呢?
 
第一个问题的答案很简单。class的方法列表其实是一个字典,key为selectors,IMPs为value。一个IMP是指向方法在内存中的实现。很重要的一点是,selector和IMP之间的关系是在运行时才决定的,而不是编译时。这样我们就能玩出些花样。
 
IMP通常是指向方法的指针,第一个参数是self,类型为id,第二个参数是_cmd,类型为SEL,余下的是方法的参数。这也是self和_cmd被定义的地方。下面演示了Method和IMP
- (id)doSomethingWithInt:(int)aInt{}
 
id doSomethingWithInt(id self, SEL _cmd, int aInt){}
 
其他运行时的方法
现在我们知道了objects,classes,selectors,IMPs以及消息分发,那么运行时到底能做什么呢?主要有两个作用:
 
创建、修改、自省classes和objects
消息分发
之前已经提过消息分发,不过这只是一小部分功能。所有的运行时方法都有特定的前缀。下面是一些有意思的方法:
 
class
class开头的方法是用来修改和自省classes。方法如class_addIvar, class_addMethod, class_addProperty和class_addProtocol允许重建classes。class_copyIvarList, class_copyMethodList, class_copyProtocolList和class_copyPropertyList能拿到一个class的所有内容。而class_getClassMethod, class_getClassVariable, class_getInstanceMethod, class_getInstanceVariable, class_getMethodImplementation和class_getProperty返回单个内容。
 
也有一些通用的自省方法,如class_conformsToProtocol, class_respondsToSelector, class_getSuperclass。最后,你可以使用class_createInstance来创建一个object。
 
ivar
这些方法能让你得到名字,内存地址和Objective-C type encoding。
 
method
这些方法主要用来自省,比如method_getName, method_getImplementation, method_getReturnType等等。也有一些修改的方法,包括method_setImplementation和method_exchangeImplementations,这些我们后面会讲到。
 
objc
一旦拿到了object,你就可以对它做一些自省和修改。你可以get/set ivar, 使用object_copy和object_dispose来copy和free object的内存。最NB的不仅是拿到一个class,而是可以使用object_setClass来改变一个object的class。待会就能看到使用场景。
 
property
属性保存了很大一部分信息。除了拿到名字,你还可以使用property_getAttributes来发现property的更多信息,如返回值、是否为atomic、getter/setter名字、是否为dynamic、背后使用的ivar名字、是否为弱引用。
 
protocol
Protocols有点像classes,但是精简版的,运行时的方法是一样的。你可以获取method, property, protocol列表, 检查是否实现了其他的protocol。
 
sel
最后我们有一些方法可以处理 selectors,比如获取名字,注册一个selector等等。
 
现在我们对Objective-C的运行时有了大概的了解,来看看它们能做哪些有趣的事情。
 
Classes And Selectors From Strings
比较基础的一个动态特性是通过String来生成Classes和Selectors。Cocoa提供了NSClassFromString和NSSelectorFromString方法,使用起来很简单:
Class stringclass = NSClassFromString(@"NSString");
 
于是我们就得到了一个string class。接下来:
NSString *myString = [stringclass stringWithString:@"Hello World"];
为什么要这么做呢?直接使用Class不是更方便?通常情况下是,但有些场景下这个方法会很有用。首先,可以得知是否存在某个class,NSClassFromString 会返回nil,如果运行时不存在该class的话。比如可以检查NSClassFromString(@"NSRegularExpression")是否为nil来判断是否为iOS4.0+。
 
另一个使用场景是根据不同的输入返回不同的class或method。比如你在解析一些数据,每个数据项都有要解析的字符串以及自身的类型(String,Number,Array)。你可以在一个方法里搞定这些,也可以使用多个方法。其中一个方法是获取type,然后使用if来调用匹配的方法。另一种是根据type来生成一个selector,然后调用之。以下是两种实现方式:
- (void)parseObject:(id)object {
    for (id data in object) {
        if ([[data type] isEqualToString:@"String"]) {
            [self parseString:[data value]]; 
        } else if ([[data type] isEqualToString:@"Number"]) {
            [self parseNumber:[data value]];
        } else if ([[data type] isEqualToString:@"Array"]) {
            [self parseArray:[data value]];
        }
    }
}
- (void)parseObjectDynamic:(id)object {
    for (id data in object) {
        [self performSelector:NSSelectorFromString([NSString stringWithFormat:@"parse%@:", [data type]]) withObject:[data value]];
    }
}
- (void)parseString:(NSString *)aString {}
- (void)parseNumber:(NSString *)aNumber {}
- (void)parseArray:(NSString *)aArray {}
可一看到,你可以把7行带if的代码变成1行。将来如果有新的类型,只需增加实现方法即可,而不用再去添加新的 else if。
 
Method Swizzling
之前我们讲过,方法由两个部分组成。Selector相当于一个方法的id;IMP是方法的实现。这样分开的一个便利之处是selector和IMP之间的对应关系可以被改变。比如一个 IMP 可以有多个 selectors 指向它。
 
而 Method Swizzling 可以交换两个方法的实现。或许你会问“什么情况下会需要这个呢?”。我们先来看下Objective-C中,两种扩展class的途径。首先是 subclassing。你可以重写某个方法,调用父类的实现,这也意味着你必须使用这个subclass的实例,但如果继承了某个Cocoa class,而Cocoa又返回了原先的class(比如 NSArray)。这种情况下,你会想添加一个方法到NSArray,也就是使用Category。99%的情况下这是OK的,但如果你重写了某个方法,就没有机会再调用原先的实现了。
 
Method Swizzling 可以搞定这个问题。你可以重写某个方法而不用继承,同时还可以调用原先的实现。通常的做法是在category中添加一个方法(当然也可以是一个全新的class)。可以通过method_exchangeImplementations这个运行时方法来交换实现。来看一个demo,这个demo演示了如何重写addObject:方法来纪录每一个新添加的对象。
#import  <objc/runtime.h>
 
@interface NSMutableArray (LoggingAddObject)
- (void)logAddObject:(id)aObject;
@end
 
@implementation NSMutableArray (LoggingAddObject)
 
+ (void)load {
    Method addobject = class_getInstanceMethod(self, @selector(addObject:));
    Method logAddobject = class_getInstanceMethod(self, @selector(logAddObject:));
    method_exchangeImplementations(addObject, logAddObject);
}
 
- (void)logAddObject:(id)aobject {
    [self logAddObject:aObject];
    NSLog(@"Added object %@ to array %@", aObject, self);
}
 
@end
我们把方法交换放到了load中,这个方法只会被调用一次,而且是运行时载入。如果指向临时用一下,可以放到别的地方。注意到一个很明显的递归调用logAddObject:。这也是Method Swizzling容易把我们搞混的地方,因为我们已经交换了方法的实现,所以其实调用的是addObject:
 
 
动态继承、交换
我们可以在运行时创建新的class,这个特性用得不多,但其实它还是很强大的。你能通过它创建新的子类,并添加新的方法。
 
但这样的一个子类有什么用呢?别忘了Objective-C的一个关键点:object内部有一个叫做isa的变量指向它的class。这个变量可以被改变,而不需要重新创建。然后就可以添加新的ivar和方法了。可以通过以下命令来修改一个object的class.
object_setClass(myObject, [MySubclass class]);
这可以用在Key Value Observing。当你开始observing an object时,Cocoa会创建这个object的class的subclass,然后将这个object的isa指向新创建的subclass。点击这里查看更详细的解释。
 
动态方法处理
目前为止,我们讨论了方法交换,以及已有方法的处理。那么当你发送了一个object无法处理的消息时会发生什么呢?很明显,"it breaks"。大多数情况下确实如此,但Cocoa和runtime也提供了一些应对方法。
 
首先是动态方法处理。通常来说,处理一个方法,运行时寻找匹配的selector然后执行之。有时,你只想在运行时才创建某个方法,比如有些信息只有在运行时才能得到。要实现这个效果,你需要重写+resolveInstanceMethod: 和/或 +resolveClassMethod:。如果确实增加了一个方法,记得返回YES。
 
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(myDynamicMethod)) {
        class_addMethod(self, aSelector, (IMP)myDynamicIMP, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:aSelector];
}
那Cocoa在什么场景下会使用这些方法呢?Core Data用得很多。NSManagedObjects有许多在运行时添加的属性用来处理get/set属性和关系。那如果Model在运行时被改变了呢?
 
消息转发
如果 resolve method 返回NO,运行时就进入下一步骤:消息转发。有两种常见用例。1) 将消息转发到另一个可以处理该消息的object。2) 将多个消息转发到同一个方法。
 
消息转发分两步。首先,运行时调用-forwardingTargetForSelector:,如果只是想把消息发送到另一个object,那么就使用这个方法,因为更高效。如果想要修改消息,那么就要使用-forwardInvocation:,运行时将消息打包成NSInvocation,然后返回给你处理。处理完之后,调用invokeWithTarget:。
 
Cocoa有几处地方用到了消息转发,主要的两个地方是代理(Proxies)和响应链(Responder Chain)。NSProxy是一个轻量级的class,它的作用就是转发消息到另一个object。如果想要惰性加载object的某个属性会很有用。NSUndoManager也有用到,不过是截取消息,之后再执行,而不是转发到其他的地方。
 
响应链是关于Cocoa如何处理与发送事件与行为到对应的对象。比如说,使用Cmd+C执行了copy命令,会发送-copy:到响应链。首先是First Responder,通常是当前的UI。如果没有处理该消息,则转发到下一个-nextResponder。这么一直下去直到找到能够处理该消息的object,或者没有找到,报错。
 
使用Block作为Method IMP
iOS 4.3带来了很多新的runtime方法。除了对properties和protocols的加强,还带来一组新的以 imp 开头的方法。通常一个 IMP 是一个指向方法实现的指针,头两个参数为 object(self)和selector(_cmd)。iOS 4.0和Mac OS X 10.6 带来了block,imp_implementationWithBlock() 能让我们使用block作为 IMP,下面这个代码片段展示了如何使用block来添加新的方法。
IMP myIMP = imp_implementationWithBlock(^(id _self, NSString *string) {
    NSLog(@"Hello %@", string);
});
class_addMethod([MYclass class], @selector(sayHello:), myIMP, "v@:@");
如果想知道这是如何实现的,可以查看这篇文章
 
可以看到,Objective-C 表面看起来挺简单,但还是很灵活的,可以带来很多可能性。动态语言的优势在于在不扩展语言本身的情况下做很多很灵巧的事情。比如Key Value Observing,提供了优雅的API可以与已有的代码无缝结合,而不需要新增语言级别的特性。
 
希望这篇文章能让你更深入地了解Objective-C,在开发app时也能开阔思路,考虑更多的可能性。
分享到:
评论

相关推荐

    Matlab环境下决策分类树的构建、优化与应用

    内容概要:本文详细介绍了如何利用Matlab构建、优化和应用决策分类树。首先,讲解了数据准备阶段,将数据与程序分离,确保灵活性。接着,通过具体实例展示了如何使用Matlab内置函数如fitctree快速构建决策树模型,并通过可视化工具直观呈现决策树结构。针对可能出现的过拟合问题,提出了基于成本复杂度的剪枝方法,以提高模型的泛化能力。此外,还分享了一些实用技巧,如处理连续特征、保存模型、并行计算等,帮助用户更好地理解和应用决策树。 适合人群:具有一定编程基础的数据分析师、机器学习爱好者及科研工作者。 使用场景及目标:适用于需要进行数据分类任务的场景,特别是当需要解释性强的模型时。主要目标是教会读者如何在Matlab环境中高效地构建和优化决策分类树,从而应用于实际项目中。 其他说明:文中不仅提供了完整的代码示例,还强调了代码模块化的重要性,便于后续维护和扩展。同时,对于初学者来说,建议从简单的鸢尾花数据集开始练习,逐步掌握决策树的各项技能。

    《营销调研》第7章-探索性调研数据采集.pptx

    《营销调研》第7章-探索性调研数据采集.pptx

    Assignment1_search_final(1).ipynb

    Assignment1_search_final(1).ipynb

    美团外卖优惠券小程序 美团优惠券微信小程序 自带流量主模式 带教程.zip

    美团优惠券小程序带举牌小人带菜谱+流量主模式,挺多外卖小程序的,但是都没有搭建教程 搭建: 1、下载源码,去微信公众平台注册自己的账号 2、解压到桌面 3、打开微信开发者工具添加小程序-把解压的源码添加进去-appid改成自己小程序的 4、在pages/index/index.js文件搜流量主广告改成自己的广告ID 5、到微信公众平台登陆自己的小程序-开发管理-开发设置-服务器域名修改成

    《计算机录入技术》第十八章-常用外文输入法.pptx

    《计算机录入技术》第十八章-常用外文输入法.pptx

    基于Andorid的跨屏拖动应用设计.zip

    基于Andorid的跨屏拖动应用设计实现源码,主要针对计算机相关专业的正在做毕设的学生和需要项目实战练习的学习者,也可作为课程设计、期末大作业。

    《网站建设与维护》项目4-在线购物商城用户管理功能.pptx

    《网站建设与维护》项目4-在线购物商城用户管理功能.pptx

    区块链_房屋转租系统_去中心化存储_数据防篡改_智能合约_S_1744435730.zip

    区块链_房屋转租系统_去中心化存储_数据防篡改_智能合约_S_1744435730

    《计算机应用基础实训指导》实训五-Word-2010的文字编辑操作.pptx

    《计算机应用基础实训指导》实训五-Word-2010的文字编辑操作.pptx

    《移动通信(第4版)》第5章-组网技术.ppt

    《移动通信(第4版)》第5章-组网技术.ppt

    ABB机器人基础.pdf

    ABB机器人基础.pdf

    《综合布线施工技术》第9章-综合布线实训指导.ppt

    《综合布线施工技术》第9章-综合布线实训指导.ppt

    最新修复版万能镜像系统源码-最终版站群利器持续更新升级

    很不错的一套站群系统源码,后台配置采集节点,输入目标站地址即可全自动智能转换自动全站采集!支持 https、支持 POST 获取、支持搜索、支持 cookie、支持代理、支持破解防盗链、支持破解防采集 全自动分析,内外链接自动转换、图片地址、css、js,自动分析 CSS 内的图片使得页面风格不丢失: 广告标签,方便在规则里直接替换广告代码 支持自定义标签,标签可自定义内容、自由截取、内容正则截取。可以放在模板里,也可以在规则里替换 支持自定义模板,可使用标签 diy 个性模板,真正做到内容上移花接木 调试模式,可观察采集性能,便于发现和解决各种错误 多条采集规则一键切换,支持导入导出 内置强大替换和过滤功能,标签过滤、站内外过滤、字符串替换、等等 IP 屏蔽功能,屏蔽想要屏蔽 IP 地址让它无法访问 ****高级功能*****· url 过滤功能,可过滤屏蔽不采集指定链接· 伪原创,近义词替换有利于 seo· 伪静态,url 伪静态化,有利于 seo· 自动缓存自动更新,可设置缓存时间达到自动更新,css 缓存· 支持演示有阿三源码简繁体互转· 代理 IP、伪造 IP、随机 IP、伪造 user-agent、伪造 referer 来路、自定义 cookie,以便应对防采集措施· url 地址加密转换,个性化 url,让你的 url 地址与众不同· 关键词内链功能· 还有更多功能等你发现…… 程序使用非常简单,仅需在后台输入一个域名即可建站,不限子域名,站群利器,无授权,无绑定限制,使用后台功能可对页面进行自定义修改,在程序后台开启生 成功能,只要访问页面就会生成一个本地文件。当用户再次访问的时候就直接访问网站本地的页面,所以目标站点无法访问了也没关系,我们的站点依然可以访问, 支持伪静态、伪原创、生成静态文件、自定义替换、广告管理、友情链接管理、自动下载 CSS 内的图。

    《Approaching(Almost)any machine learning problem》中文版第11章

    【自然语言处理】文本分类方法综述:从基础模型到深度学习的情感分析系统设计

    基于Andorid的下拉浏览应用设计.zip

    基于Andorid的下拉浏览应用设计实现源码,主要针对计算机相关专业的正在做毕设的学生和需要项目实战练习的学习者,也可作为课程设计、期末大作业。

    P2插电式混合动力系统Simulink模型:基于逻辑门限值控制策略的混动汽车仿真

    内容概要:本文详细介绍了一个原创的P2插电式混合动力系统Simulink模型,该模型基于逻辑门限值控制策略,涵盖了多个关键模块如工况输入、驾驶员模型、发动机模型、电机模型、制动能量回收模型、转矩分配模型、运行模式切换模型、档位切换模型以及纵向动力学模型。模型支持多种标准工况(WLTC、UDDS、EUDC、NEDC)和自定义工况,并展示了丰富的仿真结果,包括发动机和电机转矩变化、工作模式切换、档位变化、电池SOC变化、燃油消耗量、速度跟随和最大爬坡度等。此外,文章还深入探讨了逻辑门限值控制策略的具体实现及其效果,提供了详细的代码示例和技术细节。 适合人群:汽车工程专业学生、研究人员、混动汽车开发者及爱好者。 使用场景及目标:①用于教学和科研,帮助理解和掌握P2混动系统的原理和控制策略;②作为开发工具,辅助设计和优化混动汽车控制系统;③提供仿真平台,评估不同工况下的混动系统性能。 其他说明:文中不仅介绍了模型的整体架构和各模块的功能,还分享了许多实用的调试技巧和优化方法,使读者能够更好地理解和应用该模型。

    电力系统分布式调度中ADMM算法的MATLAB实现及其应用

    内容概要:本文详细介绍了基于ADMM(交替方向乘子法)算法在电力系统分布式调度中的应用,特别是并行(Jacobi)和串行(Gauss-Seidel)两种不同更新模式的实现。文中通过MATLAB代码展示了这两种模式的具体实现方法,并比较了它们的优劣。并行模式适用于多核计算环境,能够充分利用硬件资源,尽管迭代次数较多,但总体计算时间较短;串行模式则由于“接力式”更新机制,通常收敛更快,但在计算资源有限的情况下可能会形成瓶颈。此外,文章还讨论了惩罚系数rho的自适应调整策略以及在电-气耦合系统优化中的应用实例。 适合人群:从事电力系统优化、分布式计算研究的专业人士,尤其是有一定MATLAB编程基础的研究人员和技术人员。 使用场景及目标:①理解和实现ADMM算法在电力系统分布式调度中的应用;②评估并行和串行模式在不同应用场景下的性能表现;③掌握惩罚系数rho的自适应调整技巧,提高算法收敛速度和稳定性。 其他说明:文章提供了详细的MATLAB代码示例,帮助读者更好地理解和实践ADMM算法。同时,强调了在实际工程应用中需要注意的关键技术和优化策略。

    这篇文章详细探讨了交错并联Buck变换器的设计、仿真及其实现,涵盖了从理论分析到实际应用的多个方面(含详细代码及解释)

    内容概要:本文深入研究了交错并联Buck变换器的工作原理、性能优势及其具体实现。文章首先介绍了交错并联Buck变换器相较于传统Buck变换器的优势,包括减小输出电流和电压纹波、降低开关管和二极管的电流应力、减小输出滤波电容容量等。接着,文章详细展示了如何通过MATLAB/Simulink建立该变换器的仿真模型,包括参数设置、电路元件添加、PWM信号生成及连接、电压电流测量模块的添加等。此外,还探讨了PID控制器的设计与实现,通过理论分析和仿真验证了其有效性。最后,文章通过多个仿真实验验证了交错并联Buck变换器在纹波性能、器件应力等方面的优势,并分析了不同控制策略的效果,如P、PI、PID控制等。 适合人群:具备一定电力电子基础,对DC-DC变换器特别是交错并联Buck变换器感兴趣的工程师和技术人员。 使用场景及目标:①理解交错并联Buck变换器的工作原理及其相对于传统Buck变换器的优势;②掌握使用MATLAB/Simulink搭建交错并联Buck变换器仿真模型的方法;③学习PID控制器的设计与实现,了解其在电源系统中的应用;④通过仿真实验验证交错并联Buck变换器的性能,评估不同控制策略的效果。 其他说明:本文不仅提供了详细的理论分析,还给出了大量可运行的MATLAB代码,帮助读者更好地理解和实践交错并联Buck变换器的设计与实现。同时,通过对不同控制策略的对比分析,为实际工程应用提供了有价值的参考。

    《综合布线施工技术》第8章-综合布线工程案例.ppt

    《综合布线施工技术》第8章-综合布线工程案例.ppt

    基于STM32F103C8T6的K型热电偶温度控制仪设计与实现

    内容概要:本文详细介绍了基于STM32F103C8T6的K型热电偶温度控制仪的设计与实现。硬件部分涵盖了热电偶采集电路、OLED显示模块、蜂鸣器电路、风扇控制电路以及EEPROM存储模块。软件部分则涉及ADC配置、OLED刷新、PID控温算法、EEPROM参数存储、风扇PWM控制等多个方面的具体实现。文中不仅提供了详细的代码示例,还分享了许多调试经验和注意事项,如冷端补偿、DMA传输优化、I2C时钟配置、PWM频率选择等。 适合人群:具有一定嵌入式系统开发经验的工程师和技术爱好者。 使用场景及目标:适用于需要进行温度监测与控制的应用场景,如工业自动化、实验室设备等。目标是帮助读者掌握STM32F103C8T6在温度控制领域的应用技巧,提升硬件设计和软件编程能力。 其他说明:本文提供的工程文件包含Altium Designer的原理图PCB文件,便于二次开发。此外,文中还提到了一些扩展功能,如加入Modbus通信协议,供有兴趣的读者进一步探索。

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics