序言

runtime簡稱運(yùn)行時匿级，就是在程序運(yùn)行時的一些機(jī)制蟋滴，在iOS開發(fā)中runtime的特性使得oc這門語言具有獨(dú)特的魅力。
對于C痘绎、C++來說津函，在程序編譯運(yùn)行時，類對象能調(diào)用哪些方法孤页，能進(jìn)行什么操作尔苦，都被決定好了。而runtime機(jī)制讓oc能在運(yùn)行時動態(tài)的創(chuàng)建類、黑盒測試允坚、擴(kuò)展屬性等等魂那，極大的提高了語言的靈活性。今天結(jié)合runtime的一些機(jī)制來談?wù)刼c的屬性和變量稠项。（這是我關(guān)于runtime機(jī)制的開篇涯雅，若文中提及的某些知識點(diǎn)有什么不同的意見，歡迎在評論中與我一同探討）

property和ivar

首先要確定的是展运，屬性(property)和成員變量(ivar)它們是不同的東西活逆，在oc中它們的區(qū)別如下：

• 成員變量
  成員變量通常在類聲明@interface或者類實(shí)現(xiàn)@implementation后面的大括號中聲明的變量，默認(rèn)修飾為@protected保護(hù)類型(文件外不能訪問)拗胜，除此之外還有@public公共類型蔗候、@private私有類型和@package包內(nèi)訪問類型

  @interface Person
  {
  @public       ///< 所有可視范圍都能訪問
      NSString * name;
      NSString * sex;
  @private      ///<  只有本類能夠訪問
      NSString * personalWealth;
  @protected    ///< 本類和子類都能訪問 
      NSString * housesNumber;
  @package      ///<  框架內(nèi)視為public，框架外為private
      NSString * familyWealth;
  }
  

• 屬性
  相比起變量埂软，在編譯期間琴庵，編譯器做了很多工作，包括這些：
  1仰美、使用@synthesize生成屬性對應(yīng)的ivar，通常ivar命名為下劃線+屬性名
  2儿礼、生成setter方法來設(shè)置ivar
  3咖杂、生成getter方法來獲取ivar

從某個意義上來說，屬性是對成員變量的封裝蚊夫，在其基礎(chǔ)上添加了setter和getter兩種方法使變量更符合面向?qū)ο蟮男枨笏咦帧＃▽τ诓幻靼诪槭裁匆嬖趕etter和getter的開發(fā)者們可以看這篇文章getter和setter方法有什么用）

屬性的內(nèi)存結(jié)構(gòu)與@synthesize

在我之前那篇KVO實(shí)現(xiàn)文章中，我稍微提到過類的內(nèi)存結(jié)構(gòu)知纷，這里要更為深入的了解聲明屬性然后運(yùn)行后內(nèi)存結(jié)果發(fā)生的改變壤圃，這里我們會發(fā)現(xiàn)@synthesize具體做的事情。
現(xiàn)在我的Person類的代碼如下：

@interface Person: NSObject {
    NSString * _name;
    NSString * _sex;
    char _ch;
}

@property(nonatomic, copy) NSString * abc;
@property(nonatomic, copy) NSString * efg;

@end    


@implementation Person

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        NSLog(@"%p, %p, %p, %p, %p, %p, %p", self, &_name, &_sex, &_ch, _abc, _efg);
    }
    return self;
}
 
@end

• 問題一：成員變量的地址偏移

  雖然OC作為一門動態(tài)語言有自己的特性琅轧，但是從類結(jié)構(gòu)的角度來說伍绳，和其他語言的差別并不會很大。按照類結(jié)構(gòu)的角度來看乍桂，類中的成員變量的地址都是基于類對象自身地址進(jìn)行偏移的冲杀，那么這幾個變量的地址應(yīng)該是依次增加0x8（32位系統(tǒng)上則是0x4）。上面代碼的日志輸出如下：

  0x7fb649c0c9b0, 0x7fb649c0c9c0, 0x7fb649c0c9c8, 0x7fb649c0c9d0, 0x7fb649c0c9d8, 0x7fb649c0c9e0
  

可以看到后面三個地址確實(shí)相差為0x8睹酌，但是在類對象和第一個成員變量之間相差的地址是0x10权谁。這是為什么呢？
在蘋果開源文件的相關(guān)代碼中憋沿，我們可以找到Class類型的定義

  typedef struct objc_class *Class;
  struct objc_class {
      Class isa;
      ······
  }

Class表示OC中的類結(jié)構(gòu)旺芽，從這段代碼中我們可以看到它是結(jié)構(gòu)體objc_class的指針類型，在這個結(jié)構(gòu)體中有一個isa指針變量。而這個多出的指針變量也不難解釋了為什么上面的輸出中出現(xiàn)0x10的偏移——兩個地址之間相差了一個isa采章。更為詳細(xì)的內(nèi)容运嗜，將會在之后其他的runtime文章中具體講述。

• 問題二：地址偏移的計(jì)算方式是什么共缕？

  指針在64位系統(tǒng)占用8bit這個沒有任何問題洗出，但是char類型只用到一bit，但是這里同樣偏移了8位图谷，是否也是按照結(jié)構(gòu)體的地址偏移計(jì)算的翩活？
  這里要提到一個給類添加變量的函數(shù)class_addIvar(const char *, NSUInteger *, NSUInteger *)，其中最后一個參數(shù)用來表示變量的內(nèi)存地址對其方式便贵。蘋果對這個參數(shù)解釋是：

The instance variable's minimum alignment in bytes is 1<<align. The minimum alignment of an instance variable depends on the ivar's type and the machine architecture. For variables of any pointer type, pass log2(sizeof(pointer_type)).

這里說了alignment是變量以字節(jié)為單位的最小對齊方式菠镇，但是卻 沒有細(xì)說怎樣對齊。而在objc-runtime-new.mm中有地址偏移計(jì)算的代碼承璃，我們可以通過這些代碼了解的更清楚:

  uint32_t offset = cls->unalignedInstanceSize();
  uint32_t alignMask = (1<<alignment)-1;
  offset = (offset + alignMask) & ~alignMask;

簡單來說就是蘋果規(guī)定了某個變量它的偏移默認(rèn)為1 << alignment利耍，而在上下文中這個值為指針長度。因此盔粹，OC中類結(jié)構(gòu)地址的偏移計(jì)算與結(jié)構(gòu)體還是有不同的隘梨，只要是小于8bit長度的地址，統(tǒng)一歸為8bit偏移舷嗡。

• 問題三：屬性的變量是怎么存放的轴猎？

  前面我們說過了使用@property聲明的屬性在編譯階段會自動生成一個以下劃線開頭的ivar并且綁定setter和getter方法，所以我們可以在類文件中使用_property的方式訪問變量进萄。那么根據(jù)上面的地址偏移的輸出捻脖，屬性生成的變量實(shí)際上是跟在成員變量的后面的，那么這是怎么實(shí)現(xiàn)的中鼠？
  在問題二中我提到了一個runtime的函數(shù)class_addIvar()可婶，在Xcode中函數(shù)的描述如下：
  * @note This function may only be called after objc_allocateClassPair and before objc_registerClassPair.
  * Adding an instance variable to an existing class is not supported.
  * @note The class must not be a metaclass. Adding an instance variable to a metaclass is not supported.
  * @note The instance variable's minimum alignment in bytes is 1<<align. The minimum alignment of an instance
  * variable depends on the ivar's type and the machine architecture.
  * For variables of any pointer type, pass log2(sizeof(pointer_type)).

  在編譯器編譯代碼的期間，對類的操作包括了創(chuàng)建類內(nèi)存援雇、添加變量矛渴、屬性、方法列表……操作惫搏，在完成這些操作之后曙旭，還需要注冊類類型后才能夠使用。而class_addIvar()函數(shù)在注冊前使用晶府，為類添加成員變量并且加入變量列表當(dāng)中桂躏。根據(jù)這個函數(shù)，我們推測@synthesize在編譯期間通過了這個函數(shù)為屬性添加實(shí)例變量川陆，并且存放起來剂习。如果我們的猜測是正確的，那么我們可以在實(shí)例變量的列表中找到這些屬性對應(yīng)的變量。
  對于這個問題鳞绕，runtime同樣提供了方法給我們進(jìn)行測試失仁。Ivar * class_copyIvarList(Class, unsigned int *)返回類結(jié)構(gòu)中的變量列表，我們可以通過下面的代碼獲取Person所有的變量并且輸出變量名：

  unsigned int ivarCount;
  Ivar * ivars = class_copyIvarList([Person class], &ivarCount);
  
  for (int idx = 0; idx < ivarCount; idx++) {
      Ivar ivar = ivars[idx];
      NSLog(@"%s", ivar_getName(ivar));
  }
  free(ivars);
  

上面Person類的實(shí)例變量列表輸出結(jié)果如下：
2016-01-07 21:59:49.580 LXDCodingDemo[3036:255608] _omg
2016-01-07 21:59:49.581 LXDCodingDemo[3036:255608] _name
2016-01-07 21:59:49.581 LXDCodingDemo[3036:255608] _ch
2016-01-07 21:59:49.581 LXDCodingDemo[3036:255608] sct
2016-01-07 21:59:49.581 LXDCodingDemo[3036:255608] _sex
2016-01-07 21:59:49.581 LXDCodingDemo[3036:255608] _copying
2016-01-07 21:59:49.581 LXDCodingDemo[3036:255608] _egf
2016-01-07 21:59:49.581 LXDCodingDemo[3036:255608] _hij
我們可以看到@synthesize確實(shí)調(diào)用了這個方法们何，其綁定屬性與變量內(nèi)存的方式是通過class_addIvar()函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的萄焦。

• 問題四：@synthesize到底做了什么？

  這個問題可能有些匪夷所思冤竹，從上面的代碼跟問題結(jié)合來看拂封，毫無疑問@synthesize為變量生成并且綁定了變量內(nèi)存。
  我們在聲明屬性的時候鹦蠕，比如Person類中的abc屬性冒签，那么編譯器會在編譯期間幫我們自動生成@synthesize abc = _abc;這句代碼，這意味著我們可以自己來寫出這句钟病。那么假如我們把屬性和已存在的成員變量進(jìn)行綁定呢萧恕？比如寫成@synthesize abc = _name，那么修改之后再次輸出地址會變成怎樣肠阱？

  @implementation Person
  @synthesize abc = _name;      ///< 自定義綁定屬性
  
  - (instancetype)init {
      if (self = [super init]) {
          NSLog(@"%p, %p, %p, %p", &_name, &_sex, &_ch, &_efg);
      }
      return self;
  }
  
  @end
  

原先的代碼在添加了自定義綁定的這句代碼后會報錯票唆，由于我們給abc屬性綁定了_name的內(nèi)存地址，那么編譯器就不會生成_abc變量屹徘，所以在類中找不到這個變量的存在惰说。在創(chuàng)建Person的實(shí)例后控制臺輸出的地址信息沒有發(fā)生變化，依舊是相差0x8

  0x7ff92b45a438, 0x7ff92b45a440, 0x7ff92b45a448, 0x7ff92b45a458

為了檢測abc和_name的關(guān)系缘回，我在main函數(shù)中加入了這段代碼：

  Person * p = [Person new];
  p.abc = @"123";
  NSLog(@"%@, %@", p.abc, p->_name);

輸出的結(jié)果是abc跟_name的結(jié)果是一樣的。通過這個小??典挑，我們不難發(fā)現(xiàn)@synthesize在為屬性添加變量內(nèi)存的時候酥宴，會先搜索是否已經(jīng)存在同名的實(shí)例變量，如果存在您觉，將生成getter和setter方法來訪問這塊內(nèi)存地址拙寡。否則生成新的成員變量地址，然后再綁定setter和getter琳水。因此@synthesize在添加變量的工作中不僅僅是簡單的class_addIvar()肆糕，還有遍歷變量列表的過程。

@synthesize與@dynamic

• 問題五：@synthesize如何判斷屬性的類型造垛？

  假如我們在上面自定義的綁定代碼中綁定的不是_name而是_ch呢魔招？那么編譯器會報錯，這是由于類型檢測的結(jié)果五辽。但是編譯器在默認(rèn)生成屬性對應(yīng)的變量內(nèi)存的時候办斑，又是怎么判斷屬性的類型的？另外杆逗，屬性還擁有著copy乡翅、strong、weak···更多的屬性類型髓迎，這關(guān)乎setter方法的實(shí)現(xiàn)峦朗，@synthesize又是怎么區(qū)分的？在Xcode中有個并不常用的關(guān)鍵字@encode排龄，這個關(guān)鍵字使用后返回描述類型的編碼波势，我在main函數(shù)中添加了這么一段代碼以及控制臺的輸出結(jié)果：

  NSLog(@"%s, %s, %s", @encode(Person), @encode(CGRect), @encode(NSInteger));
  
  ///輸出
  {Person=#@@c}, {CGRect={CGPoint=dd}{CGSize=dd}}, q
  

看起來有些混亂，在蘋果官方文檔中提到了編譯器用C字符來表示所有的OC類型橄维，而使用@encode(type)可以獲取這個類型的編碼尺铣，這些編碼的對應(yīng)關(guān)系在類型編碼中可以看到。

從上面的輸出中我們看到了Person對應(yīng)的編碼是#@@c争舞，其中#表示對象凛忿，后面跟著的分別表示id、id竞川、char店溢，結(jié)合類文件來看，這里分別表示_name委乌、_sex床牧、_ch。那么這也就可以看出@synthesize是怎么判斷出屬性綁定的變量類型了遭贸。而在class_addIvar()函數(shù)中接受一個const char *類型的參數(shù)用來表示實(shí)例變量的屬性類型戈咳、變量類型等，這時候@synthesize就能將獲取的類型編碼傳入然后生成對應(yīng)的變量壕吹。

另外著蛙，對于屬性類型的判斷又是怎么樣的呢？同樣的耳贬，蘋果在runtime中提供給我們property_getAttributes()來獲取一個對象的類型屬性踏堡，這些類型屬性也同樣采用了@encode類似的一套類型編碼，這些類型編碼的標(biāo)準(zhǔn)表同樣可以在屬性類型編碼中找到咒劲。
如果你喜歡看各種開源框架的代碼暂吉，那么最近突起的YYModel中你可以看到作者對于類型編碼的大量應(yīng)用：

YYModel的類型編碼

應(yīng)用

不能實(shí)踐的理論都是廢話 —— 沃德天·毫率

上面我總結(jié)出了很多頭頭是道的理論胖秒，但是如果不能使用并沒有什么卵用。在我們開發(fā)中慕的，數(shù)據(jù)持久化是避不可免的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)阎肝，由于博主公司項(xiàng)目都不大，也沒有太多的數(shù)據(jù)需要存儲肮街，因此正常來說博主都是直接使用NSCoding提供的數(shù)據(jù)歸檔進(jìn)行的持久化风题。那么就經(jīng)常出現(xiàn)這樣的代碼：

模型的數(shù)據(jù)歸檔

  1、數(shù)據(jù)過多導(dǎo)致歸檔操作中字符串可能對應(yīng)不上绕辖，導(dǎo)致存取失敗
  2摇肌、工作量加大

上面我們說到過runtime中存在class_copyIvarList()函數(shù)來獲取一個類的所有實(shí)例變量，對于屬性同樣存在著class_copyPropertyList()函數(shù)仪际。因此围小，我們可以通過這個函數(shù)來遍歷獲取屬性以及屬性名稱，然后實(shí)現(xiàn)類似單例宏定義的一鍵歸檔宏定義树碱。核心代碼如下：

  unsigned int propertyCount; 
  objc_property_t * properties = class_copyPropertyList([self class], &propertyCount);    

  for (int idx = 0; idx < propertyCount; idx++) {
      objc_property_t property = properties[idx];
      NSLog(@"\n--name: %s\n--attributes: %s", property_getName(property), property_getAttributes(property));  }   
  }   
  free(properties);   

控制臺輸出屬性的相關(guān)信息：

--name: abc
--attributes: T@"NSString",C,N,V_abc

--name: efg
--attributes: T@"NSString",C,N,V_efg

--name: hij
--attributes: T@"NSString",C,N,V_hij

通過runtime來遍歷類屬性然后進(jìn)行歸檔和反歸檔的過程中都有這么一段遍歷屬性的過程肯适，那么可以定義一個LXDCodingHandler的block用來存儲遍歷中對objc_property_t相關(guān)屬性的處理并傳入這個遍歷中：

typedef void(^LXDCodingHandler)(objc_property_t property, NSString * propertyName);

相關(guān)代碼我已經(jīng)完成了封裝，實(shí)現(xiàn)了一行代碼對模型進(jìn)行序列化操作成榜。demo地址

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