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iOS 底層原理文章匯總

method-swizzling 是什么？

method-swizzling的含義是方法交換，其主要作用是在運行時將一個方法的實現替換成另一個方法的實現，這就是我們常說的iOS黑魔法，
在OC中就是利用method-swizzling實現AOP，其中AOP(Aspect Oriented Programming，面向切面編程)是一種編程的思想，區別于OOP（面向對象編程）
- OOP和AOP都是一種編程的思想
- OOP編程思想更加傾向于對業務模塊的封裝，劃分出更加清晰的邏輯單元；
- 而AOP是面向切面進行提取封裝，提取各個模塊中的公共部分，提高模塊的復用率，降低業務之間的耦合性。
每個類都維護著一個方法列表，即methodList，methodList中有不同的方法即Method，每個方法中包含了方法的sel和IMP，方法交換就是將sel和imp原本的對應斷開，并將sel和新的IMP生成對應關系

如下圖所示，交換前后的sel和IMP的對應關系

方法交換原理

method-swizzling涉及的相關API

通過sel獲取方法Method
- class_getInstanceMethod：獲取實例方法
- class_getClassMethod：獲取類方法
method_getImplementation：獲取一個方法的實現
method_setImplementation：設置一個方法的實現
method_getTypeEncoding：獲取方法實現的編碼類型
class_addMethod：添加方法實現
class_replaceMethod：用一個方法的實現，替換另一個方法的實現，即aIMP 指向 bIMP，但是bIMP不一定指向aIMP
method_exchangeImplementations：交換兩個方法的實現，即 aIMP -> bIMP, bIMP -> aIMP

坑點1：method-swizzling使用過程中的一次性問題

所謂的一次性就是：mehod-swizzling寫在load方法中，而load方法會主動調用多次，這樣會導致方法的重復交換，使方法sel的指向又恢復成原來的imp的問題

解決方案

可以通過單例設計原則，使方法交換只執行一次，在OC中可以通過dispatch_once實現單例

+ (void)load{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        [LGRuntimeTool lg_bestMethodSwizzlingWithClass:self oriSEL:@selector(helloword) swizzledSEL:@selector(lg_studentInstanceMethod)];
    });
}

坑點2：子類沒有實現，父類實現了

在下面這段代碼中，LGPerson中實現了personInstanceMethod，而LGStudent繼承自LGPerson，沒有實現personInstanceMethod，運行下面這段代碼會出現什么問題？

//*********LGPerson類*********
@interface LGPerson : NSObject
- (void)personInstanceMethod;
@end

@implementation LGPerson
- (void)personInstanceMethod{
    NSLog(@"person對象方法:%s",__func__);  
}
@end

//*********LGStudent類*********
@interface LGStudent : LGPerson
- (void)helloword;
+ (void)sayHello;
@end

@implementation LGStudent
@end

//*********調用*********
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 黑魔法坑點二: 子類沒有實現 - 父類實現
    LGStudent *s = [[LGStudent alloc] init];
    [s personInstanceMethod];
    
    LGPerson *p = [[LGPerson alloc] init];
    [p personInstanceMethod];
}

其中，方法交換代碼如下，是通過LGStudent的分類LG實現

@implementation LGStudent (LG)

+ (void)load{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        [LGRuntimeTool lg_methodSwizzlingWithClass:self oriSEL:@selector(personInstanceMethod) swizzledSEL:@selector(lg_studentInstanceMethod)];
    });
}

// personInstanceMethod 我需要父類的這個方法的一些東西
// 給你加一個personInstanceMethod 方法
// imp

- (void)lg_studentInstanceMethod{
    ////是否會產生遞歸？--不會產生遞歸，原因是lg_studentInstanceMethod 會走 oriIMP，即personInstanceMethod的實現中去
    [self lg_studentInstanceMethod];
    NSLog(@"LGStudent分類添加的lg對象方法:%s",__func__);
}

@end

下面是封裝好的method-swizzling方法

@implementation LGRuntimeTool
+ (void)lg_methodSwizzlingWithClass:(Class)cls oriSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swizzledSEL{
    
    if (!cls) NSLog(@"傳入的交換類不能為空");

    Method oriMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL);
    Method swiMethod = class_getInstanceMethod(cls, swizzledSEL);
    method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);
}

通過實際代碼的調試，發現會在p調用personInstanceMethod方法時崩潰，下面來進行詳細說明

坑點2-崩潰日志

[s personInstanceMethod];中不報錯是因為 student中的imp交換成了lg_studentInstanceMethod，而LGStudent中有這個方法（在LG分類中），所以不會報錯
崩潰的點在于[p personInstanceMethod];，其本質原因：LGStudent的分類LG中進行了方法交換，將person中imp 交換成了 LGStudent中的lg_studentInstanceMethod，然后需要去 LGPerson中的找lg_studentInstanceMethod，但是LGPerson中沒有lg_studentInstanceMethod方法，即相關的imp找不到，所以就崩潰了

優化：避免imp找不到

通過class_addMethod嘗試添加你要交換的方法

如果添加成功，即類中沒有這個方法，則通過class_replaceMethod進行替換，其內部會調用class_addMethod進行添加
如果添加不成功，即類中有這個方法，則通過method_exchangeImplementations進行交換

+ (void)lg_betterMethodSwizzlingWithClass:(Class)cls oriSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swizzledSEL{
    
    if (!cls) NSLog(@"傳入的交換類不能為空");
    
    Method oriMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL);
    Method swiMethod = class_getInstanceMethod(cls, swizzledSEL);
   
    // 一般交換方法: 交換自己有的方法 -- 走下面 因為自己有意味添加方法失敗
    // 交換自己沒有實現的方法:
    //   首先第一步:會先嘗試給自己添加要交換的方法 :personInstanceMethod (SEL) -> swiMethod(IMP)
    //   然后再將父類的IMP給swizzle  personInstanceMethod(imp) -> swizzledSEL 

    BOOL success = class_addMethod(cls, oriSEL, method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));

    if (success) {// 自己沒有 - 交換 - 沒有父類進行處理 (重寫一個)
        class_replaceMethod(cls, swizzledSEL, method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));
    }else{ // 自己有
        method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);
    }   
}

下面是class_replaceMethod、class_addMethod和method_exchangeImplementations的源碼實現

源碼實現

其中class_replaceMethod和class_addMethod中都調用了addMethod方法，區別在于bool值的判斷，下面是addMethod的源碼實現

addMethod源碼實現

坑點3：子類沒有實現，父類也沒有實現，下面的調用有什么問題？

在調用personInstanceMethod方法時，父類LGPerson中只有聲明，沒有實現，子類LGStudent中既沒有聲明，也沒有實現

//*********LGPerson類*********
@interface LGPerson : NSObject
- (void)personInstanceMethod;
@end

@implementation LGPerson
@end

//*********LGStudent類*********
@interface LGStudent : LGPerson
- (void)helloword;
+ (void)sayHello;
@end

@implementation LGStudent
@end

//*********調用*********
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 黑魔法坑點二: 子類沒有實現 - 父類實現
    LGStudent *s = [[LGStudent alloc] init];
    [s personInstanceMethod];
    
    LGPerson *p = [[LGPerson alloc] init];
    [p personInstanceMethod];
}

經過調試，發現運行代碼會崩潰，報錯結果如下所示

坑點3-崩潰

原因是 棧溢出，遞歸死循環了，那么為什么會發生遞歸呢？----主要是因為 personInstanceMethod沒有實現，然后在方法交換時，始終都找不到oriMethod，然后交換了寂寞，即交換失敗，當我們調用personInstanceMethod（oriMethod）時，也就是oriMethod會進入LG中lg_studentInstanceMethod方法，然后這個方法中又調用了lg_studentInstanceMethod，此時的lg_studentInstanceMethod并沒有指向oriMethod ，然后導致了自己調自己，即遞歸死循環

優化：避免遞歸死循環

如果oriMethod為空，為了避免方法交換沒有意義，而被廢棄，需要做一些事情
- 通過class_addMethod給oriSEL添加swiMethod方法
- 通過method_setImplementation將swiMethod的IMP指向不做任何事的空實現

+ (void)lg_bestMethodSwizzlingWithClass:(Class)cls oriSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swizzledSEL{
    
    if (!cls) NSLog(@"傳入的交換類不能為空");
    
    Method oriMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL);
    Method swiMethod = class_getInstanceMethod(cls, swizzledSEL);
    
    if (!oriMethod) {
        // 在oriMethod為nil時，替換后將swizzledSEL復制一個不做任何事的空實現,代碼如下:
        class_addMethod(cls, oriSEL, method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(swiMethod));
        method_setImplementation(swiMethod, imp_implementationWithBlock(^(id self, SEL _cmd){ }));
    }
    
    // 一般交換方法: 交換自己有的方法 -- 走下面 因為自己有意味添加方法失敗
    // 交換自己沒有實現的方法:
    //   首先第一步:會先嘗試給自己添加要交換的方法 :personInstanceMethod (SEL) -> swiMethod(IMP)
    //   然后再將父類的IMP給swizzle  personInstanceMethod(imp) -> swizzledSEL
    //oriSEL:personInstanceMethod

    BOOL didAddMethod = class_addMethod(cls, oriSEL, method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(swiMethod));
    if (didAddMethod) {
        class_replaceMethod(cls, swizzledSEL, method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));
    }else{
        method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);
    }
    
}

method-swizzling - 類方法

類方法和實例方法的method-swizzling的原理是類似的，唯一的區別是類方法存在元類中，所以可以做如下操作

LGStudent中只有類方法sayHello的聲明，沒有實現

@interface LGStudent : LGPerson
- (void)helloword;
+ (void)sayHello;
@end

@implementation LGStudent

@end

在LGStudent的分類的load方法中實現類方法的方法交換

+ (void)load{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
         [LGRuntimeTool lg_bestClassMethodSwizzlingWithClass:self oriSEL:@selector(sayHello) swizzledSEL:@selector(lg_studentClassMethod)];
    });
}
+ (void)lg_studentClassMethod{
    NSLog(@"LGStudent分類添加的lg類方法:%s",__func__);
   [[self class] lg_studentClassMethod];
}

封裝的類方法的方法交換如下
- 需要通過class_getClassMethod方法獲取類方法
- 在調用class_addMethod和class_replaceMethod方法添加和替換時，需要傳入的類是元類，元類可以通過object_getClass方法獲取類的元類

//封裝的method-swizzling方法
+ (void)lg_bestClassMethodSwizzlingWithClass:(Class)cls oriSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swizzledSEL{
    
    if (!cls) NSLog(@"傳入的交換類不能為空");

    Method oriMethod = class_getClassMethod([cls class], oriSEL);
    Method swiMethod = class_getClassMethod([cls class], swizzledSEL);
    
    if (!oriMethod) { // 避免動作沒有意義
        // 在oriMethod為nil時，替換后將swizzledSEL復制一個不做任何事的空實現,代碼如下:
        class_addMethod(object_getClass(cls), oriSEL, method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(swiMethod));
        method_setImplementation(swiMethod, imp_implementationWithBlock(^(id self, SEL _cmd){
            NSLog(@"來了一個空的 imp");
        }));
    }
    
    // 一般交換方法: 交換自己有的方法 -- 走下面 因為自己有意味添加方法失敗
    // 交換自己沒有實現的方法:
    //   首先第一步:會先嘗試給自己添加要交換的方法 :personInstanceMethod (SEL) -> swiMethod(IMP)
    //   然后再將父類的IMP給swizzle  personInstanceMethod(imp) -> swizzledSEL
    //oriSEL:personInstanceMethod

    BOOL didAddMethod = class_addMethod(object_getClass(cls), oriSEL, method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(swiMethod));
    
    if (didAddMethod) {
        class_replaceMethod(object_getClass(cls), swizzledSEL, method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));
    }else{
        method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);
    }
    
}

調用如下

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    [LGStudent sayHello];
}

運行結果如下，由于符合方法沒有實現，所以會走到空的imp中

坑點3-優化調試結果

method-swizzling的應用

method-swizzling最常用的應用是防止數組、字典等越界崩潰

在iOS中NSNumber、NSArray、NSDictionary等這些類都是類簇，一個NSArray的實現可能由多個類組成。所以如果想對NSArray進行Swizzling，必須獲取到其“真身”進行Swizzling，直接對NSArray進行操作是無效的。

下面列舉了NSArray和NSDictionary本類的類名，可以通過Runtime函數取出本類。

類名	真身
NSArray	__NSArrayI
NSMutableArray	__NSArrayM
NSDictionary	__NSDictionaryI
NSMutableDictionary	__NSDictionaryM

以 NSArray 為例

創建NSArray的一個分類CJLArray

@implementation NSArray (CJLArray)
//如果下面代碼不起作用，造成這個問題的原因大多都是其調用了super load方法。在下面的load方法中，不應該調用父類的load方法。這樣會導致方法交換無效
+ (void)load{
    Method fromMethod = class_getInstanceMethod(objc_getClass("__NSArrayI"), @selector(objectAtIndex:));
    Method toMethod = class_getInstanceMethod(objc_getClass("__NSArrayI"), @selector(cjl_objectAtIndex:));
    
    method_exchangeImplementations(fromMethod, toMethod);
}

//如果下面代碼不起作用，造成這個問題的原因大多都是其調用了super load方法。在下面的load方法中，不應該調用父類的load方法。這樣會導致方法交換無效
- (id)cjl_objectAtIndex:(NSUInteger)index{
    //判斷下標是否越界，如果越界就進入異常攔截
    if (self.count-1 < index) {
        // 這里做一下異常處理，不然都不知道出錯了。
#ifdef DEBUG  // 調試階段
        return [self cjl_objectAtIndex:index];
#else // 發布階段
        @try {
            return [self cjl_objectAtIndex:index];
        } @catch (NSException *exception) {
            // 在崩潰后會打印崩潰信息，方便我們調試。
            NSLog(@"---------- %s Crash Because Method %s  ----------\n", class_getName(self.class), __func__);
            NSLog(@"%@", [exception callStackSymbols]);
            return nil;
        } @finally {
            
        }
#endif
    }else{ // 如果沒有問題，則正常進行方法調用
        return [self cjl_objectAtIndex:index];
    }
}

@end

測試代碼

 NSArray *array = @[@"1", @"2", @"3"];
[array objectAtIndex:3];

打印結果如下，會輸出崩潰的日志，但是實際并不會崩潰

數組越界調試-不會崩潰

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