Objective-C动态特性实现动态方法解析
2021-10-125.9k 阅读
动态方法解析的概念
在Objective - C编程中，动态方法解析是其强大动态特性的重要组成部分。当向一个对象发送一条它在编译期并不知道如何处理的消息时，Objective - C运行时系统会启动一系列的步骤来尝试找到能够处理该消息的方法。动态方法解析就是在这个过程中，运行时系统给程序提供的一次机会，让程序在运行时动态地添加方法实现。
这种机制允许开发者在运行时根据具体的需求来决定对象的行为，而不是在编译时就完全确定。这为代码带来了极大的灵活性，尤其是在处理一些通用的框架或者需要根据不同情况动态响应的场景中非常有用。
动态方法解析的流程
当对象接收到无法识别的消息时，运行时系统会按照以下顺序来处理：
- 动态方法解析：运行时首先会尝试动态方法解析。它会调用类的
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel方法（对于实例方法）或+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel方法（对于类方法）。如果在这个方法中，程序能够为该选择器（SEL）动态添加方法实现，那么消息就可以得到处理。 - 备用接收者：如果动态方法解析没有成功添加方法实现，运行时会接着寻找是否有其他对象可以作为备用接收者来处理该消息。这一步通过调用
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法来实现。 - 完整的消息转发：如果前两步都没有成功处理消息，运行时会进入完整的消息转发流程。这包括创建一个
NSInvocation对象来封装消息，然后调用- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation方法来进行最后的消息转发尝试。
动态方法解析的触发场景
- 调用不存在的方法：这是最常见的触发场景。当你向一个对象发送一条它的类定义中并不包含的方法消息时，动态方法解析就会启动。例如，假设有一个
MyClass类，在类的定义中没有doSomethingSpecial方法，但是你在代码中向MyClass的实例发送了doSomethingSpecial消息，此时就会触发动态方法解析。 - 运行时需求：有时候，在运行时根据特定的条件或者配置，需要为对象动态添加新的行为。通过动态方法解析，可以在运行时灵活地添加这些方法实现，而不需要修改类的静态定义。
动态方法解析的代码示例
简单示例：动态添加实例方法
首先，我们创建一个简单的类 DynamicMethodClass，并在运行时为它动态添加一个实例方法。
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface DynamicMethodClass : NSObject
@end
// 动态方法的实现函数
void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
NSLog(@"This is a dynamically added method.");
}
@implementation DynamicMethodClass
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
if (sel == @selector(dynamicMethod)) {
class_addMethod(self, sel, (IMP)dynamicMethodIMP, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
DynamicMethodClass *obj = [[DynamicMethodClass alloc] init];
// 发送动态方法消息
[obj performSelector:@selector(dynamicMethod)];
}
return 0;
}
在上述代码中：
- 我们定义了
DynamicMethodClass类。 - 声明了一个函数
dynamicMethodIMP，这将作为动态添加方法的实现。 - 在
DynamicMethodClass的+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel方法中，当接收到@selector(dynamicMethod)选择器时，使用class_addMethod函数动态为类添加该方法。class_addMethod函数的参数依次为：要添加方法的类、选择器、方法实现的函数指针以及方法的类型编码。这里的类型编码"v@:"表示该方法返回void，第一个参数是id类型（即self），第二个参数是SEL类型（即_cmd）。 - 在
main函数中，创建DynamicMethodClass的实例，并通过performSelector:发送动态添加的dynamicMethod消息。运行程序，你会看到控制台输出This is a dynamically added method.。
示例扩展：动态添加带参数的实例方法
接下来，我们展示如何动态添加一个带参数的实例方法。
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface DynamicMethodClass : NSObject
@end
// 动态方法的实现函数，带参数
void dynamicMethodWithParameterIMP(id self, SEL _cmd, NSString *param) {
NSLog(@"This is a dynamically added method with parameter: %@", param);
}
@implementation DynamicMethodClass
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
if (sel == @selector(dynamicMethodWithParameter:)) {
class_addMethod(self, sel, (IMP)dynamicMethodWithParameterIMP, "v@:@@");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
DynamicMethodClass *obj = [[DynamicMethodClass alloc] init];
// 发送动态方法消息，带参数
NSMethodSignature *signature = [DynamicMethodClass instanceMethodSignatureForSelector:@selector(dynamicMethodWithParameter:)];
NSInvocation *invocation = [NSInvocation invocationWithMethodSignature:signature];
[invocation setSelector:@selector(dynamicMethodWithParameter:)];
[invocation setTarget:obj];
NSString *param = @"Hello, dynamic method!";
[invocation setArgument:¶m atIndex:2];
[invocation invoke];
}
return 0;
}
在这个示例中：
- 定义了
dynamicMethodWithParameterIMP函数，它接受一个NSString *类型的参数。 - 在
resolveInstanceMethod:方法中，当检测到@selector(dynamicMethodWithParameter:)选择器时，使用class_addMethod添加方法，这里的类型编码"v@:@@"表示该方法返回void，第一个参数是id类型（即self），第二个参数是SEL类型（即_cmd），后面两个@表示接受两个NSString *类型的参数（实际这里只有一个参数）。 - 在
main函数中，通过NSMethodSignature和NSInvocation来构建并发送带参数的动态方法消息。NSMethodSignature根据选择器获取方法签名，NSInvocation根据方法签名创建并设置目标、选择器以及参数，最后通过invoke方法调用动态方法。运行程序，你会看到控制台输出This is a dynamically added method with parameter: Hello, dynamic method!。
动态添加类方法
动态方法解析同样适用于类方法。下面是一个动态添加类方法的示例。
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface DynamicClassMethodClass : NSObject
@end
// 动态类方法的实现函数
void dynamicClassMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
NSLog(@"This is a dynamically added class method.");
}
@implementation DynamicClassMethodClass
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {
if (sel == @selector(dynamicClassMethod)) {
Class metaClass = objc_getMetaClass(class_getName(self));
class_addMethod(metaClass, sel, (IMP)dynamicClassMethodIMP, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveClassMethod:sel];
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// 发送动态类方法消息
[DynamicClassMethodClass performSelector:@selector(dynamicClassMethod)];
}
return 0;
}
在这个例子中：
- 定义了
DynamicClassMethodClass类。 - 声明了
dynamicClassMethodIMP作为动态类方法的实现函数。 - 在
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel方法中，首先通过objc_getMetaClass(class_getName(self))获取类的元类（因为类方法存储在元类中）。当接收到@selector(dynamicClassMethod)选择器时，使用class_addMethod为元类添加该类方法。 - 在
main函数中，通过performSelector:发送动态类方法消息。运行程序，控制台将输出This is a dynamically added class method.。
动态方法解析的应用场景
实现轻量级的协议代理模式
在一些情况下，我们可能并不需要为每个可能的委托方法都在类中实现对应的代理方法。通过动态方法解析，可以在运行时根据实际需要动态添加代理方法的实现。例如，在一个网络请求框架中，不同的请求可能有不同的成功和失败回调方法。可以通过动态方法解析，在请求发起时根据请求的具体配置动态添加相应的回调方法实现，而不是在类定义中预先定义大量可能用不到的代理方法。
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface NetworkRequest : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *requestURL;
@end
@implementation NetworkRequest
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
if ([NSStringFromSelector(sel) hasPrefix:@"requestFinishedWithData:"]) {
// 动态添加请求成功回调方法
class_addMethod(self, sel, (IMP)requestSuccessCallback, "v@:@@");
return YES;
} else if ([NSStringFromSelector(sel) hasPrefix:@"requestFailedWithError:"]) {
// 动态添加请求失败回调方法
class_addMethod(self, sel, (IMP)requestFailureCallback, "v@:@@");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
void requestSuccessCallback(id self, SEL _cmd, NSData *data) {
NetworkRequest *request = (NetworkRequest *)self;
NSLog(@"Request for URL %@ finished successfully with data length: %lu", request.requestURL, (unsigned long)[data length]);
}
void requestFailureCallback(id self, SEL _cmd, NSError *error) {
NetworkRequest *request = (NetworkRequest *)self;
NSLog(@"Request for URL %@ failed with error: %@", request.requestURL, error);
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NetworkRequest *request = [[NetworkRequest alloc] init];
request.requestURL = @"https://example.com/api";
// 模拟请求成功回调
SEL successSelector = NSSelectorFromString(@"requestFinishedWithData:");
if ([request respondsToSelector:successSelector]) {
NSData *mockData = [@"Mock response data" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
[request performSelector:successSelector withObject:mockData];
}
// 模拟请求失败回调
SEL failureSelector = NSSelectorFromString(@"requestFailedWithError:");
if ([request respondsToSelector:failureSelector]) {
NSError *mockError = [NSError errorWithDomain:@"NetworkError" code:1 userInfo:nil];
[request performSelector:failureSelector withObject:mockError];
}
}
return 0;
}
在上述代码中，NetworkRequest 类通过动态方法解析，根据选择器的前缀动态添加请求成功和失败的回调方法。在 main 函数中，模拟了请求成功和失败的情况，并通过 performSelector: 调用相应的动态方法。
实现插件化架构
在插件化架构中，主程序可能需要在运行时加载不同的插件，并调用插件提供的方法。由于插件的方法在编译时是未知的，动态方法解析可以很好地满足这个需求。主程序可以通过约定的命名规则或者配置文件，在运行时为插件对象动态添加方法实现，从而实现与插件的交互。
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface PluginObject : NSObject
@end
@implementation PluginObject
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
NSString *selectorName = NSStringFromSelector(sel);
if ([selectorName hasPrefix:@"pluginFunction_"]) {
// 根据插件配置动态添加方法
// 这里假设从配置文件获取方法实现的函数指针
IMP implementation = getPluginFunctionImplementation(selectorName);
if (implementation) {
class_addMethod(self, sel, implementation, "v@:");
return YES;
}
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
// 模拟从配置文件获取方法实现的函数指针
IMP getPluginFunctionImplementation(NSString *selectorName) {
// 实际实现中根据配置文件查找
if ([selectorName isEqualToString:@"pluginFunction_doSomething"]) {
return (IMP)plugin_doSomething;
}
return nil;
}
void plugin_doSomething(id self, SEL _cmd) {
NSLog(@"Plugin function doSomething is called.");
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
PluginObject *plugin = [[PluginObject alloc] init];
SEL pluginSelector = NSSelectorFromString(@"pluginFunction_doSomething");
if ([plugin respondsToSelector:pluginSelector]) {
[plugin performSelector:pluginSelector];
}
}
return 0;
}
在这个示例中，PluginObject 类通过动态方法解析，根据选择器的前缀判断是否为插件方法，并尝试从配置文件（这里通过模拟函数 getPluginFunctionImplementation）获取方法实现的函数指针，然后动态添加方法。在 main 函数中，模拟调用插件方法。
动态方法解析的注意事项
性能影响
动态方法解析虽然提供了很大的灵活性，但也带来了一定的性能开销。每次触发动态方法解析时，运行时系统需要进行一系列的查找和方法添加操作。如果在频繁调用的代码路径中使用动态方法解析，可能会对性能产生明显的影响。因此，在使用动态方法解析时，需要评估其对性能的影响，尽量避免在性能敏感的代码中过度使用。
类型安全
由于动态方法解析是在运行时动态添加方法，在编译时编译器无法对方法的参数和返回值进行类型检查。这可能会导致在运行时出现类型不匹配的错误。为了避免这种情况，在动态添加方法时，要确保方法的类型编码准确无误，并且在调用动态方法时，要进行必要的类型检查和转换。例如，在前面动态添加带参数的实例方法示例中，通过 NSMethodSignature 和 NSInvocation 来构建动态方法调用，在设置参数时要注意参数类型与方法定义中的类型编码一致。
代码维护性
动态方法解析使得代码的行为在运行时才确定，这可能会增加代码的维护难度。在阅读和理解代码时，需要跟踪动态方法解析的逻辑，以确定对象在运行时的实际行为。为了提高代码的维护性，在使用动态方法解析时，应该添加清晰的注释，说明动态方法解析的触发条件、添加的方法的功能以及调用的场景。同时，尽量保持动态方法解析的逻辑简洁明了，避免过于复杂的逻辑嵌套。
通过深入理解和合理运用Objective - C的动态方法解析机制，开发者可以编写出更加灵活、强大的代码，以应对各种复杂的业务需求和编程场景。但在使用过程中，要充分考虑其带来的性能、类型安全和代码维护等方面的问题，做到扬长避短，发挥其最大的优势。