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runtime：动态增加新类、方法、属性

admin 1月 14, 2021 0

1.API

To create a new class, start by calling objc_allocateClassPair. Then set the class’s attributes with functions like class_addMethod and class_addIvar. When you are done building the class, call objc_registerClassPair. The new class is now ready for use.
Instance methods and instance variables should be added to the class itself. Class methods should be added to the metaclass.

1.1.增加类

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Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes);
void objc_registerClassPair(Class cls)

这两个方法应该配对使用，在二者之间增加成员变量、属性、实例方法和类方法等。调用第二个方法即注册类，这之后类的结构也就固定下来，不能再向类中增加新的成员变量，但是可以增加属性和方法。其中后续增加的属性不会自动生成_属性名成员变量，也不会提供属性的setter与getter函数及其实现。

1.2.增加方法

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BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types);
  • 实例方法应该加到当前实例的isa指向的类中；
  • 类方法则应该加到当前类的元类中；

1.3.增加成员变量

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BOOL class_addIvar(Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types);

This function may only be called after objc_allocateClassPair and before objc_registerClassPair. Adding an instance variable to an existing class is not supported.
The class must not be a metaclass. Adding an instance variable to a metaclass is not supported.

新增成员变量应该在类注册完成之前进行，类注册完成之后类结构已固定，实例的内存空间已经确定，不能再增加新的成员变量。
 

新增加的成员变量应该加到实例对象所属的类中，而不能加到其所属类的元类中。

1.4.增加属性

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BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount);

2.示例

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#import "AppDelegate.h"
#import <objc/message.h>
#import <objc/runtime.h>

@implementation AppDelegate

void learnOnTV(id self,SEL _cmd)
{
    NSLog(@"++++执行learnOnTV方法");
}

void learOnBook(id self,SEL _cmd)
{
    NSLog(@"++++执行learOnBook方法");
}

- (BOOL)application:(UIApplication *)application
didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions
{
    //创建新的类
    Class ASDClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], "ASDClass", 0);
    
    //增加成员变量
    const char *height = "height";
    BOOL status1 = class_addIvar(ASDClass, height, sizeof(id), rint(log2(sizeof(id))), @encode(id));
    if (status1) {
        NSLog(@"+++++成功添加成员变量'height'~");
    }else{
        NSLog(@"+++++添加成员变量'height'失败~");
    }
    
    //为类增加属性
    objc_property_attribute_t type  = {"T","@"NSString""};
    objc_property_attribute_t ownership1 = {"C",""};      // C = copy
    objc_property_attribute_t ownership2 = { "N", "" };   // N = nonatomic
    objc_property_attribute_t backIvars  = {"V","_name"}; //属性名
    objc_property_attribute_t atts[] = {type,ownership1,ownership2,backIvars};
    BOOL status2 = class_addProperty(ASDClass, "name", atts, 4);
    if (status2) {
        NSLog(@"+++++成功添加属性'name'~");
    }else{
        NSLog(@"+++++添加属性'name'失败~");
    }
    
    //为类增加方法
    class_addMethod(ASDClass, @selector(learn), (IMP)learnOnTV, "[email protected]:");
    //"[email protected]:"字符，依次表示函数返回值类型和每个参数的类型，这里v表示返回值void，@表示调用者，：表示SEL
    
    //注册类
    objc_registerClassPair(ASDClass);
    
    //增加成员变量(！！会失败，因为类结构已固定，实例大小已确定)
    const char *width = "width";
    BOOL status3 = class_addIvar(ASDClass, width, sizeof(id), rint(log2(sizeof(id))), @encode(id));
    if (status3) {
        NSLog(@"+++++成功添加成员变量'width'~");
    }else{
        NSLog(@"+++++添加成员变量'width'失败~");
    }
    
    //为类增加属性(会成功)
    objc_property_attribute_t type2  = {"T","@"NSString""};
    objc_property_attribute_t ownership3 = {"C",""};      // C = copy
    objc_property_attribute_t ownership4 = { "N", "" };   // N = nonatomic
    objc_property_attribute_t backIvars2  = {"V","_name"}; //属性名
    objc_property_attribute_t atts2[] = {type2,ownership3,ownership4,backIvars2};
    BOOL status4 = class_addProperty(ASDClass, "nick", atts2, 4);
    if (status4) {
        NSLog(@"+++++成功添加属性'nick'~");
    }else{
        NSLog(@"+++++添加属性'nick'失败~");
    }
    NSArray *ivarsArr = [RuntimeTool ivarListWithClass:ASDClass];
    NSArray *propsArr  = [RuntimeTool propertyListWithClass:ASDClass];
    NSArray *methodArr = [RuntimeTool methodListWithClass:ASDClass];
    
    NSLog(@"++++所有成员变量:%@",ivarsArr);
    NSLog(@"++++所有属性:%@",propsArr);
    NSLog(@"++++所有方法:%@",methodArr);
    
    //调用learn方法
    objc_msgSend([ASDClass new],@selector(learn));
    
    //替换learn方法的实现函数为learOnBook
    class_replaceMethod(ASDClass, @selector(learn), (IMP)learOnBook, "[email protected]:");
    
    //再次调用learn方法
    objc_msgSend([ASDClass new],@selector(learn));
    
    return YES;
}

其中RuntimeTool是工具类，用来获取成员变量、属性和方法列表，实现代码如下：

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#import "RuntimeTool.h"
#import <objc/runtime.h> //包含对类、成员变量、属性、方法的操作
#import <objc/message.h> //包含消息机制

@implementation RuntimeTool

/**
获取类中所有成员变量的名称与类型

@param aClass 目标类名
@return 返回一个数组，{键：变量名，值：类型}
*/
+ (NSArray *)ivarListWithClass:(Class)aClass
{
    if (!object_isClass(aClass)){
        return nil;
    }

    unsigned int count = 0;
    NSMutableArray *resultArr = [NSMutableArray array];

    Ivar *ivars = class_copyIvarList([aClass class], &count);

    for (int i = 0; i<count; i++){
        Ivar ivar = ivars[i];
        const char *charName = ivar_getName(ivar);
        const char *charType = ivar_getTypeEncoding(ivar);

        NSString *name = [NSString stringWithCString:charName encoding:NSUTF8StringEncoding];

        NSString *type = [NSString stringWithCString:charType encoding:NSUTF8StringEncoding];

        NSDictionary *dic = @{@"ivar_name":name,@"objc_type":type};

        [resultArr addObject:dic];
    }

    free(ivars);

    return resultArr;
}

/**
获取类中所有属性的名称与类型

@param aClass 目标类名
@return 返回一个数组，{键：属性名，值：类型}
*/
+ (NSArray *)propertyListWithClass:(Class)aClass
{
    if (!object_isClass(aClass)){
        return nil;
    }

    unsigned int count = 0;
    NSMutableArray *resultArr = [NSMutableArray array];

    objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([aClass class], &count);

    for (int i = 0; i<count; i++){
        objc_property_t aProperty = properties[i];
        const char *charName = property_getName(aProperty);
        const char *charType = property_getAttributes(aProperty);

        NSString *name = [NSString stringWithCString:charName encoding:NSUTF8StringEncoding];

        NSString *type = [NSString stringWithCString:charType encoding:NSUTF8StringEncoding];

        NSDictionary *dic = @{@"property_name":name,@"objc_type":type};

        [resultArr addObject:dic];
    }

    free(properties);

    return resultArr;
}

/**
获取类中所有方法名

@param aClass 目标类
@return 返回所有方法名组成的一个数组
*/
+ (NSArray *)methodListWithClass:(Class)aClass
{
    if (!object_isClass(aClass)){
        return nil;
    }
    NSMutableArray *methodArr = [NSMutableArray array];

    unsigned int count = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(aClass, &count);

    for (int i = 0; i < count; i++) {
        SEL sel_name = method_getName(methods[i]);
        NSString *name = [NSString stringWithCString:sel_getName(sel_name) encoding:NSUTF8StringEncoding];

        [methodArr addObject:name];
    }
    free(methods);

    return methodArr;
}

注意：直接调用objc_msgSend在编译时会报错，需要在 “Build Setting”中，把“ Enable Strict Checking of objc_msgSend Calls” 关掉。
 

示例运行后输出日志：

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+++++成功添加成员变量'height'~
+++++成功添加属性'name'~
+++++添加成员变量'width'失败~
+++++成功添加属性'nick'~
++++所有成员变量:(
        {
        "ivar_name" = height;
        "objc_type" = "@";
    }
)
++++所有属性:(
        {
        "objc_type" = "[email protected]"NSString",C,N,V_name";
        "property_name" = nick;
    },
        {
        "objc_type" = "[email protected]"NSString",C,N,V_name";
        "property_name" = name;
    }
)
++++所有方法:(
    learn
)
++++执行learnOnTV方法
++++执行learOnBook方法

从日志中也可以得出结论：
 

1、在类allocate与register之间可以添加成员变量、属性和方法；
 

2、在register之后，即类结构固定之后不能再添加成员变量，但可以继续添加属性和方法；
 

3、动态添加的属性，并不会创建其对应的以_开头的成员变量，实际上这一步需要由编译器来完成。
 

ps: 热更新JSPatch就是在OC的 runtime 基础上实现的，大致原理是：JS传递字符串给OC，OC通过 Runtime 的运行时函数，调用和替换相应的OC方法。待后期慢慢研究。。

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