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Runtime之成员变量&属性&关联对象
上篇介绍了Runtime类和对象的相关知识点，在4.5和4.6小节，也介绍了成员变量和属性的一些方法应用。本篇将讨论实现细节的相关内容。
在讨论之前，我们先来介绍一个很冷僻但又很有用的一个关键字：@encode
1.类型编码
为了协助运行时系统，编译器用字符串为每个方法的返回值、参数类型和方法选择器编码，使用的编码方案在其他情况下也很有用。在 Objective-C 运行时的消息发送机制中，传递参数时，由于类型信息的缺失，需要类型编码进行辅助以保证类型信息也能够被传递。在实际的应用开发中，使用案例比较少：某些 API 中 Apple 建议使用 NSValue 的 valueWithBytes:objCType: 来获取值 (比如 CIAffineClamp 的文档里) ，这时的 objCType就需要类型的编码值；另外就是在类型信息丢失时我们可能需要用到这个特性。在上篇的函数介绍过程中，有几个函数用到了类型编码，types参数需要用 Objective-C 的编译器指令 @encode() 来创建，@encode() 返回的是 Objective-C 类型编码，这是一种内部表示的字符串（例如，@encode(int)→ i），类似于 ANSI C 的 typeof 操作，苹果的 Objective-C 运行时库内部利用类型编码帮助加快消息分发。
//添加方法 OBJC_EXPORT BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0); //替代方法的实现 OBJC_EXPORT IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0); //添加成员变量 OBJC_EXPORT BOOL class_addIvar(Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0); //为协议添加方法 OBJC_EXPORT void protocol_addMethodDescription(Protocol *proto, SEL name, const char *types, BOOL isRequiredMethod, BOOL isInstanceMethod) OBJC_AVAILABLE(10.7, 4.3, 9.0, 1.0);
那么常用的类型编码都有哪些呢？
NSLog(@"基本数据类型:"); NSLog(@"short \t\t %s", @encode(short)); NSLog(@"int \t\t %s", @encode(int)); NSLog(@"long \t\t %s", @encode(long)); NSLog(@"ong long \t\t %s", @encode(long long)); NSLog(@"float \t\t %s", @encode(float)); NSLog(@"double \t\t %s", @encode(double)); NSLog(@"char \t\t %s", @encode(char)); NSLog(@"\n"); NSLog(@"指针和数组类型:"); NSLog(@"int * \t\t %s", @encode(int *)); NSLog(@"int ** \t\t %s", @encode(int **)); NSLog(@"int *** \t\t %s", @encode(int ***)); NSLog(@"int [] \t\t %s", @encode(int [])); NSLog(@"int [2] \t\t %s", @encode(int [2])); NSLog(@"int [][3] \t\t %s", @encode(int [][3])); NSLog(@"int [3][3] \t\t %s", @encode(int [3][3])); NSLog(@"int [][4][4] \t\t %s", @encode(int [][4][4])); NSLog(@"int [4][4][4] \t\t %s", @encode(int [4][4][4])); NSLog(@"\n"); NSLog(@"空类型:"); NSLog(@"void \t\t %s", @encode(void)); NSLog(@"void * \t\t %s", @encode(void *)); NSLog(@"void ** \t\t %s", @encode(void **)); NSLog(@"void *** \t\t %s", @encode(void ***)); NSLog(@"\n"); NSLog(@"结构体类型:"); struct Person { char *anme; int age; char *birthday; }; NSLog(@"struct Person \t\t %s", @encode(struct Person)); NSLog(@"CGPoint \t\t %s", @encode(CGPoint)); NSLog(@"CGRect \t\t %s", @encode(CGRect)); NSLog(@"\n"); NSLog(@"OC类型:"); NSLog(@"BOOL \t\t %s", @encode(BOOL)); NSLog(@"SEL \t\t %s", @encode(SEL)); NSLog(@"id \t\t %s", @encode(id)); NSLog(@"Class \t\t %s", @encode(Class)); NSLog(@"Class * \t\t %s", @encode(Class *)); NSLog(@"NSObject class \t\t %s", @encode(typeof([NSObject class]))); NSLog(@"[NSObject class] * \t\t %s", @encode(typeof([NSObject class]) *)); NSLog(@"NSObject \t\t %s", @encode(NSObject)); NSLog(@"NSObject * \t\t %s", @encode(NSObject *)); NSLog(@"NSArray \t\t %s", @encode(NSArray)); NSLog(@"NSArray * \t\t %s", @encode(NSArray *)); NSLog(@"NSMutableArray \t\t %s", @encode(NSMutableArray)); NSLog(@"NSMutableArray * \t\t %s", @encode(NSMutableArray *)); NSLog(@"UIView \t\t %s", @encode(UIView)); NSLog(@"UIView * \t\t %s", @encode(UIView *)); NSLog(@"UIImage \t\t %s", @encode(UIImage)); NSLog(@"UIImage * \t\t %s", @encode(UIImage *));
打印结果：
其他类型可参考Type Encoding，在此不细说。
对于属性而言，还会有一些特殊的类型编码，以表明属性是只读、拷贝、retain等等，详情可以参考Property Type String。
2.成员变量
Ivar是表示实例变量的类型，其实际是指向objc_ivar结构体的指针，其定义如下：
typedef struct objc_ivar *Ivar; struct objc_ivar { char *ivar_name OBJC2_UNAVAILABLE; //变量名 char *ivar_type OBJC2_UNAVAILABLE; //变量类型 int ivar_offset OBJC2_UNAVAILABLE; //基地址偏移字节 #ifdef __LP64__ int space OBJC2_UNAVAILABLE; #endif }
对应的操作函数有如下几个：
//获取成员变量名 OBJC_EXPORT const char *ivar_getName(Ivar v) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0); //设置成员变量值 OBJC_EXPORT void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0); //获取成员变量值 OBJC_EXPORT id object_getIvar(id obj, Ivar ivar) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0); // 获取成员变量类型编码 OBJC_EXPORT const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0); // 获取成员变量的偏移量 对于类型id或其它对象类型的实例变量，可以调用object_getIvar和object_setIvar来直接访问成员变量，而不使用偏移量 OBJC_EXPORT ptrdiff_t ivar_getOffset(Ivar v) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0);
这几个方法在上篇中已经使用，这里就不提供示例了。
3.属性
objc_property_t是表示属性的类型，其实际是指向objc_property结构体的指针，其定义如下：
typedef struct objc_property *objc_property_t; //来自objc-private.h struct objc_property { const char *name; const char *attributes; };
objc_property_attribute_t定义了属性的特性(attribute)，它也是一个结构体，定义如下：
typedef struct { const char *name; //特性名 const char *value; //特性值 } objc_property_attribute_t;
对应的操作函数有如下几个：
//获取属性名 OBJC_EXPORT const char *property_getName(objc_property_t property) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0); // 获取属性特性描述字符串 OBJC_EXPORT const char *property_getAttributes(objc_property_t property) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0); // 获取属性中指定的特性 OBJC_EXPORT char *property_copyAttributeValue(objc_property_t property, const char *attributeName) OBJC_AVAILABLE(10.7, 4.3, 9.0, 1.0); // 获取属性的特性列表 OBJC_EXPORT objc_property_attribute_t *property_copyAttributeList(objc_property_t property, unsigned int *outCount) OBJC_AVAILABLE(10.7, 4.3, 9.0, 1.0);
这几个方法在上篇中已经使用，这里就不提供示例了。
4.关联对象
我们知道，在 Objective-C 中可以通过 Category 给一个现有的类添加属性，但是却不能添加实例变量。Objective-C针对这一问题，提供了一个解决方案：即关联对象。
关联对象类似于成员变量，不过是在运行时添加的。我们通常会把成员变量(Ivar)放在类声明的头文件中，或者放在类实现的@implementation后面。但这有一个缺点，我们不能再分类中添加成员变量。如果我们尝试在分类中添加新的成员变量，编译器会报错。
与关联对象相关的函数有如下三个：
//给对象添加关联对象，传入 nil 则可以移除已有的关联对象
OBJC_EXPORT void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
OBJC_AVAILABLE(10.6, 3.1, 9.0, 1.0);
//获取关联对象
OBJC_EXPORT id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key)
OBJC_AVAILABLE(10.6, 3.1, 9.0, 1.0);
//移除一个对象的所有关联对象
OBJC_EXPORT void objc_removeAssociatedObjects(id object)
OBJC_AVAILABLE(10.6, 3.1, 9.0, 1.0);
【注意】：objc_removeAssociatedObjects 函数我们一般是用不上的，因为这个函数会移除一个对象的所有关联对象，将该对象恢复成“原始”状态。这样做就很有可能把别人添加的关联对象也一并移除，这并不是我们所希望的。所以一般的做法是通过给 objc_setAssociatedObject 函数传入 nil 来移除某个已有的关联对象。
在给一个对象添加关联对象时有五种关联策略可供选择：
| 关联策略 | 等价属性 | 说明 |
| OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN |
@property (assign) @property (unsafe_unretained) |
弱引用关联对象 |
| OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC | @property (strong, nonatomic) | 强引用关联对象，非原子操作 |
| OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC | @property (copy, nonatomic) | 复制关联对象，非原子操作 |
| OBJC_ASSOCIATION_RETAIN | @property (strong, atomic) | 强引用关联对象，原子操作 |
| OBJC_ASSOCIATION_COPY | @property (copy, atomic) | 复制关联对象，原子操作 |
5.应用讲解
5.1归档解档
首先我们先来思考一下我们常规的归档解档方案：
//第一步：实现协议NSCoding @interface GofUser : NSObject<NSCoding> @property (nonatomic, strong) NSString *name; //!<姓名 @property (nonatomic, strong) NSString *phone; //!<电话 @end @implementation GofUser //第二步：实现协议的两个方法 - (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder { if (self = [super init]) {
//需要解码的属性 self.name = [aDecoder decodeObjectForKey:@"name"]; self.phone = [aDecoder decodeObjectForKey:@"phone"]; } return self; } - (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder {
//需要编码的属性 [aCoder encodeObject:self.name forKey:@"name"]; [aCoder encodeObject:self.phone forKey:@"phone"]; } @end //第三步：归档 GofUser *user = [[GofUser alloc] init]; user.name = @"LeeGof"; user.phone = @"13800138000"; [NSKeyedArchiver archiveRootObject:user toFile:[GofUser cacheMetadataFilePath]]; //第四步：解档 GofUser *user1 = [NSKeyedUnarchiver unarchiveObjectWithFile:[GofUser cacheMetadataFilePath]]; NSLog(@"name : %@ phone : %@", user1.name, user1.phone);
这里的GofUser类只有两个属性，如果要归档的类有100个属性怎么办？难道在NSCoding协议的两个方法各写100次吗？答案是否定的，我们可以用runtime的成员变量来实现。
//核心代码 - (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder { if (self = [super init]) { unsigned int count = 0; Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count); for (int i = 0; i < count; i++) { //取出成员变量 Ivar ivar = ivars[i]; const char *name = ivar_getName(ivar); //获取KEY NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name]; //解档 id value =http://www.mamicode.com/ [aDecoder decodeObjectForKey:key]; //KVC赋值 [self setValue:value forKey:key]; } free(ivars); } return self; } - (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder { unsigned int count = 0; Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count); for (int i = 0; i < count; i++) { //取出成员变量 Ivar ivar = ivars[i]; const char *name = ivar_getName(ivar); //获取KEY NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name]; //归档 [aCoder encodeObject:[self valueForKey:key] forKey:key]; } free(ivars); }
【思考】：使用这种方式，成员变量能否正常的归档和解档？
5.2关联对象
假设现在有这么一个应用场景：需要动态的给一个GofPerson类添加属性workSpace。
@interface GofPerson (GofWork) @property (nonatomic, strong) NSString *workSpace; //!<工作空间 @end static const void *s_WorkSpace = "s_WorkSpace"; @implementation GofPerson (GofWork) - (void)setWorkSpace:(NSString *)workSpace { objc_setAssociatedObject(self, s_WorkSpace, workSpace, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC); } - (NSString *)workSpace { return objc_getAssociatedObject(self, s_WorkSpace); } @end
6.小结
本篇讨论了Runtime中成员变量、属性、关联对象相关的内容。成员变量与属性是类的数据基础，合理地使用Runtime中的相关操作能让我们更加灵活地来处理与类数据相关的工作。
<style>p.p1 { margin: 0.0px 0.0px 0.0px 0.0px; font: 18.0px Menlo; color: #000000 } span.s1 { }</style>
Runtime之成员变量&属性&关联对象
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