前言

最近在整理博客，發(fā)現(xiàn)自己之前寫的關(guān)于Runtime攔截替換方法的一篇文章《12- Runtime基礎(chǔ)使用場景-攔截替換方法(class_addMethod ,class_replaceMethod和method_exchangeImplementations)》，大家還是很關(guān)注的，文章大家看完依然疑問，但是由于當(dāng)時生產(chǎn)力不足和后續(xù)的種種原因，并沒有補發(fā)文章。最近工作不忙崖媚，正好結(jié)合自己工作中遇到的Runtime使用場景，補上自己這個坑恤浪。

之前留給大家的疑惑主要有兩點畅哑，如下：

• 第一，下邊這三個方法的具體作用：

  • class_addMethod
  • class_replaceMethod
  • method_exchangeImplementations

• 第二资锰，為什么方法交換需要用到class_addMethod和 class_replaceMethod這兩個方法敢课？

要回答這兩個問題，我們有必要了解一下OC中的類對象結(jié)構(gòu)和消息機制绷杜，往下看直秆。

類結(jié)構(gòu)

OC中的類對象結(jié)構(gòu)和消息機制包含的內(nèi)容其實很多，避免篇幅過長鞭盟，這里我只簡單的說一下和本文相關(guān)的部分圾结。

首先，在OC中有實例對象齿诉、類對象筝野、元類對象晌姚，如下：

[Student class]; // 是類對象
Student *stu = [Student new]; // p是實例對象
object_getClass([Student class]) // 元類

類對象（即我們?nèi)粘＝蟹Q為的類），它是基于實例對象的一種抽象定義歇竟，比如說喵咪小花都屬于貓挥唠，那么貓就是一種抽象的概念，定義了貓的外形焕议、活動特定等等屬性宝磨。我們用代碼的方法可以這么定義：

貓 *小花 = [貓 new];

所以O(shè)C中，類對象也是一個定義了一個實例對象包含了哪些方法盅安、屬性唤锉、父類是誰等信息的抽象對象。OC的底層是c/c++實現(xiàn)别瞭，所以O(shè)C中的類結(jié)構(gòu)是采用c++中的結(jié)構(gòu)體來表示的窿祥。下邊是我寫的一個偽結(jié)構(gòu)體，從偽結(jié)構(gòu)體中我們可以知道蝙寨，類對象中有方法列表晒衩、父類這個信息。

struct objc_class {
    Class super_class        // 當(dāng)前類的父類
    struct objc_method_list * * methodLists         // 方法列表 
    //......  其它信息這里忽略
}

（類對象的真實結(jié)構(gòu)并不是這樣籽慢，這里我們也可以忽略它的真實結(jié)構(gòu)浸遗。即便你日后了解了類的真實結(jié)構(gòu)，也不會影響到下邊的結(jié)論箱亿。）
super_class 就是當(dāng)前類的父類。
methodLists實際上是一個數(shù)組弃秆，保存著類有哪些方法届惋。這里可以提到元類了，實例對象是一種結(jié)構(gòu)菠赚，而類對象和元類對象是另外一種結(jié)構(gòu)脑豹。關(guān)于類對象和元類對象的區(qū)別，對于本文只要記住一個：對象方法是保存在類對象的methodLists中衡查，而類方法保存在元類的methodLists中瘩欺。

methodLists數(shù)組中保存著結(jié)構(gòu)體method_t，這個結(jié)構(gòu)體包含了我們平時寫的方法的信息拌牲。偽結(jié)構(gòu)體如下：

struct method_t {
    SEL method_name 
    IMP method_imp  
    char * types  
}  

SEL method_name sel就是方法的名字
IMP method_imp imp保存著一個指針俱饿，這個指針指向函數(shù)的具體實現(xiàn)地址。 所以塌忽，方法真正的實現(xiàn)是單獨保存在一個地方的拍埠，它的實現(xiàn)地址交給imp保存。當(dāng)我們執(zhí)行方法的時候土居，實際上是從method_t結(jié)構(gòu)體中找到imp枣购，然后調(diào)用嬉探。
這里有一點很重要，Runtime替換方法實際上就是替換imp棉圈。所以產(chǎn)生了替換了方法之后涩堤，明明你調(diào)用的是methodA，但是執(zhí)行的是methodB的效果分瘾。因為methodA對應(yīng)的method_t結(jié)構(gòu)體中的imp實際保存的是methodB方法的實現(xiàn)地址了胎围。
types 可以簡單的認(rèn)為到能代表這個方法的特定字符，用法我們暫時忽略芹敌。 有一點需要注意痊远，如果你修改了imp為新的imp外，同時修改types改成新方法的types氏捞，這樣才是真正把method_t結(jié)構(gòu)體改成了新的方法碧聪。

消息機制

一般在OC中調(diào)用方法，底層會轉(zhuǎn)成一個objc_msgSend的c++函數(shù)液茎。比如說：[stu instanceMthod]逞姿，底層實際上是

objc_msgSend([Student class], @Seletor(instanceMthod))

表示我們從Person這個類對象結(jié)構(gòu)體中查找instanceMthod這個方法，找到它并且調(diào)用捆等。查找調(diào)用這個方法的過程滞造，我們可以簡單認(rèn)為就是消息機制。 下邊我們簡單說一下消息機制的流程栋烤，還是用[stu instanceMthod]來作為例子：

假如這個方法在Student的父類Person中

• 首先谒养，實例對象p在對應(yīng)的類對象Student的方法列表中methodLists查找instanceMthod方法，沒有找到明郭。（如果能找到买窟，那么就直接調(diào)用對應(yīng)method_t結(jié)構(gòu)中的imp執(zhí)行方法，結(jié)束查找）
• 通過類對象Student的superClass找到父類對象Person薯定，在父類的的方法列表中methodLists查找instanceMthod方法始绍，找到了，調(diào)用方法话侄，結(jié)束查找亏推。（如果在父類對象Person、以及Person的父類對象NSObject沒有找到該方法年堆，那么會進入消息轉(zhuǎn)發(fā)的另外兩個階段吞杭，如果這兩個階段還是沒有找到要調(diào)用的方法，那么就會報經(jīng)典錯誤unrecognized selector sent to instance）

當(dāng)然這個消息機制的過程是非常簡陋的嘀韧，實際上在進入methodLists查找之前篇亭，會先進入方法緩存cache中查找，有興趣你可以自己多了解一下锄贷。

三個方法的作用

class_addMethod

BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types) 

作用：就是動態(tài)在類對象cls中添加一個方法译蒂。參數(shù)SEL曼月、IMP、types我們上邊都提到過柔昼。
注意：如果cls中已經(jīng)有了要添加的方法聲明和方法實現(xiàn)哑芹，那么添加失敗，返回NO捕透。如果沒有聲明和實現(xiàn)方法聪姿，或者只聲明沒有方法實現(xiàn)，都可以添加成功乙嘀，返回YES末购。

class_replaceMethod

IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP newImp, const char *newTypes) 

作用：把類對象中的cls的方法的imp替換成newImp，同時還需要替換newTypes虎谢。

method_exchangeImplementations

void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)

作用：Method這里可以認(rèn)為就是上邊說到的method_t結(jié)構(gòu)體盟榴，交換m1和m2，實際上就是交換兩個method_t結(jié)構(gòu)體中的IMP和types婴噩。
注意：如果imp為nil擎场，交換操作將失敗。

為什么會用到dispatch_once

dispatch_once我們?nèi)粘Ｗ铋L用的就是單例几莽。保證在程序運行過程中迅办，其代碼塊內(nèi)的代碼只執(zhí)行一次。Runtime交換方法之所以會用到dispatch_once章蚣，是為了防止load被手動調(diào)用站欺。 load方法的調(diào)用時機是在main函數(shù)被調(diào)用之前，且只被系統(tǒng)調(diào)用一次纤垂。正常情況下镊绪，我們無需再手動調(diào)用load方法，但是為了防止意外洒忧，所以加了dispatch_once，保證替換方
法的Runtime代碼只能執(zhí)行一次够颠，從而避免方法有替換回去熙侍。

method_exchangeImplementations

一般我們交換方法實現(xiàn)的場景比較明確，比如替換蘋果API中的類的某個方法或者第三方框架中的類的某個方法履磨。
例子如下：

@interface LLPerson : NSObject
- (void)personInstanceMethod;
@end
@implementation LLPerson
- (void)personInstanceMethod{
    NSLog(@"person對象方法, 調(diào)用者：%@ 方法：%s", self,__FUNCTION__);
}
@end


@interface LLPerson (huan)
@end
@implementation LLPerson (huan)

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        NSLog(@"------// 替換開始 //------");
        NSLog(@"%@", self);
        Method oriMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(personInstanceMethod));
        Method swiMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(new_personInstanceMethod));
        method_exchangeImplementations ( oriMethod, swiMethod) ;
        NSLog(@"------// 替換完畢 //------");
    });
}

- (void)new_personInstanceMethod {
    NSLog(@"Person中的新方法, 調(diào)用者：%@蛉抓， 方法：%s",self,__FUNCTION__);
    [self new_personInstanceMethod];
}
@end

調(diào)用代碼如下：

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"------------");
    LLStudent *stu = [LLStudent new];
    [stu personInstanceMethod];
}
@end

結(jié)果如下：

2020-01-07 22:19:27.096634+0800 RunTime1[1972:190371] ------// 替換開始 //------
2020-01-07 22:19:27.097367+0800 RunTime1[1972:190371] LLPerson
2020-01-07 22:19:27.097739+0800 RunTime1[1972:190371] ------// 替換完畢 //------
2020-01-07 22:19:27.203340+0800 RunTime1[1972:190371] ------------
2020-01-07 22:19:27.203516+0800 RunTime1[1972:190371] Person中的新方法, 調(diào)用者：<LLStudent: 0x600003520330>， 方法：-[LLPerson(huan) new_personInstanceMethod]
2020-01-07 22:19:27.203679+0800 RunTime1[1972:190371] person對象方法, 調(diào)用者：<LLStudent: 0x600003520330> 方法：-[LLPerson personInstanceMethod]

這種情況非常簡單剃诅，我們明確的知道了LLPerson中的方法聲明和方法實現(xiàn)巷送，只需要在分類中直接交換就可以了。不需要其它的額外代碼矛辕。 下邊介紹一種特殊的情況笑跛，請往下看付魔。

為什么會用到class_addMethod、class_replaceMethod

下邊要講的這種情況是在我開發(fā)過程中遇到的飞蹂，如果只是用method_exchangeImplementations進行方法交換之后几苍，運行會出現(xiàn)crash。
場景：Person聲明了某個方法并且實現(xiàn)了方法陈哑，然后Student繼承Person妻坝，沒有重寫父類的這個方法，依然不影響直接調(diào)用和使用Person中的這個方法惊窖。 如果此時我們在Student的分類中交換父類的這個方法刽宪，會發(fā)生了什么？
代碼如下：

@interface LLPerson : NSObject
- (void)personInstanceMethod;
@end
@implementation LLPerson
- (void)personInstanceMethod{
    NSLog(@"person對象方法, 調(diào)用者：%@ 方法：%s", self,__FUNCTION__);
}
@end


@interface LLStudent : LLPerson
@end
@implementation LLStudent
@end

@interface LLStudent (huan)
@end
@implementation LLStudent (huan)

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
    NSLog(@"------// 替換開始 //------");
    NSLog(@"%@", self);
        Method oriMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(personInstanceMethod));
        Method swiMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(studentInstanceMethod));
        method_exchangeImplementations ( oriMethod, swiMethod) ;
        NSLog(@"------// 替換完畢 //------");
    });
}

- (void)studentInstanceMethod {
      NSLog(@"Student中的新方法, 調(diào)用者：%@界酒， 方法：%s",self,__FUNCTION__);
      [self studentInstanceMethod];
}
@end

調(diào)用代碼：

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"------------");
    LLStudent *stu = [LLStudent new];
    [stu personInstanceMethod];
    
    NSLog(@"------------");
    LLPerson *person = [LLPerson new];
    [person personInstanceMethod]; 
}
@end

運行結(jié)果：

2020-01-07 22:41:10.744351+0800 RunTime1[2421:244815] ------// 替換開始 //------
2020-01-07 22:41:10.745134+0800 RunTime1[2421:244815] LLStudent
2020-01-07 22:41:10.745427+0800 RunTime1[2421:244815] ------// 替換完畢 //------
2020-01-07 22:41:10.852287+0800 RunTime1[2421:244815] ------------
2020-01-07 22:41:10.852488+0800 RunTime1[2421:244815] Student中的新方法, 調(diào)用者：<LLStudent: 0x600003964160>圣拄， 方法：-[LLStudent(huan) studentInstanceMethod]
2020-01-07 22:41:10.852652+0800 RunTime1[2421:244815] person對象方法, 調(diào)用者：<LLStudent: 0x600003964160> 方法：-[LLPerson personInstanceMethod]
2020-01-07 22:41:10.852797+0800 RunTime1[2421:244815] ------------
2020-01-07 22:41:10.852948+0800 RunTime1[2421:244815] Student中的新方法, 調(diào)用者：<LLPerson: 0x600003958050>， 方法：-[LLStudent(huan) studentInstanceMethod]
2020-01-07 22:41:10.853127+0800 RunTime1[2421:244815] -[LLPerson studentInstanceMethod]: unrecognized selector sent to instance 0x600003958050
// 崩潰

具體的崩潰位置是LLStudent+huan分類中的[self studentInstanceMethod];這一行盾计∈鄣＃看到這里，可能大家會有點蒙署辉，會有下邊這幾個問題：

• 不是已經(jīng)交換了父類的方法嗎族铆，為什么執(zhí)行[person personInstanceMethod]會crash呢？
• 為什么[stu personInstanceMethod]執(zhí)行之后沒有crash哭尝？
• 為什么在父類的分類中交換方法就沒有問題呢哥攘？
• 怎么處理這個問題呢？

分析如下：

問題一：為什么執(zhí)行[person personInstanceMethod]會crash呢材鹦？

注意逝淹，上邊的代碼是在子類Student的分類中把父類的方法和子類的方法進行了交換。交換之后如下：

圖一

當(dāng)執(zhí)行[person personInstanceMethod]時桶唐，實際上是執(zhí)行子類中的studentInstanceMethod方法栅葡，首先調(diào)用NSLog，輸出結(jié)果尤泽。然后調(diào)用studentInstanceMethod方法中的 [self studentInstanceMethod]欣簇。這里要特別注意，NSLog打印出的當(dāng)前self是<LLPerson: 0x600003958050>坯约，所以 [self studentInstanceMethod]實際上就是[person studentInstanceMethod]熊咽，底層實現(xiàn)代碼為

objc_msgSend([LLPerson class], @Seletor(studentInstanceMethod))

用我們上邊提到的消息機制來還原查找方法studentInstanceMethod的過程，類對象LLPerson中的方法列表methodLists中只有一個方法personInstanceMethod闹丐，且這個方法的IMP指向了studentInstanceMethod的實現(xiàn)地址横殴。但是methodLists中根本沒有studentInstanceMethod這個方法，所以經(jīng)過消息機制的三個階段也找不到該方法卿拴，最終報錯-[LLPerson studentInstanceMethod]: unrecognized selector sent to instance 0x600003958050衫仑。

問題二：為什么[stu personInstanceMethod]執(zhí)行之后沒有crash梨与？

[stu personInstanceMethod]底層實現(xiàn)代碼為
底層代碼即

objc_msgSend([Student class], @Seletor(personInstanceMethod))

用消息機制來還原查找方法personInstanceMethod的過程，首先在

• 首先惑畴，在實例對象stu對應(yīng)的類對象Student的方法列表methodLists中查找personInstanceMethod方法蛋欣，沒有找到。
• 然后通過類對象Student的superClass找到父類對象Person如贷，在父類的的方法列表methodLists中查找personInstanceMethod方法陷虎，找到了，調(diào)用方法的IMP杠袱，此時是studentInstanceMethod尚猿。首先執(zhí)行NSLog，打印結(jié)果楣富。注意打印結(jié)果中的self是<LLStudent: 0x600003964160>凿掂，所以接下來調(diào)用[self studentInstanceMethod]實際上就是[stu studentInstanceMethod]，所以底層實現(xiàn)代碼是

objc_msgSend([Student class], @Seletor(studentInstanceMethod))

按照消息機制的查找過程纹蝴，我們在類對象Student的方法列表methodLists中找到studentInstanceMethod庄萎，然后調(diào)用該方法的IMP，此時是personInstanceMethod塘安。
所以我們可以看到糠涛，[stu personInstanceMethod]這行代碼的運行結(jié)果是：

2020-01-07 22:41:10.852488+0800 RunTime1[2421:244815] Student中的新方法, 調(diào)用者：<LLStudent: 0x600003964160>， 方法：-[LLStudent(huan) studentInstanceMethod]
2020-01-07 22:41:10.852652+0800 RunTime1[2421:244815] person對象方法, 調(diào)用者：<LLStudent: 0x600003964160> 方法：-[LLPerson personInstanceMethod]

問題三：為什么在父類的分類中交換方法就沒有問題呢兼犯？

簡而言之忍捡，就是類對象Person在進行方法交換之前，它的方法列表methodLists中已經(jīng)包含了交換前的方法和交換后的方法切黔，不會存在交換之后砸脊，方法找不到的問題。

問題四：怎么處理這個問題呢纬霞？

首先再次明確我們的目的是為了在Student中將使用的父類方法進行方法交換凌埂。成功的標(biāo)志和直接在父類中的分類中進行方法交換的結(jié)果一樣，如果stu執(zhí)行studentInstanceMethod和personInstanceMethod能夠調(diào)用到對方的實現(xiàn)诗芜，就達到了目的侨舆。 一定要明確這一點。

通過上邊的分析绢陌，我們知道直接使用method_exchangeImplementations的方法實現(xiàn)不了我們想要的目的。解決的方式熔恢，如問題三中提到的那樣脐湾，先讓stu擁有交換前和交換后的方法，然后再進行交換叙淌。

好了秤掌，先看下代碼和運行結(jié)果愁铺，我們再做具體的分析。

@implementation LLStudent (huan)

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        NSLog(@"------// 替換開始 //------");
        NSLog(@"%@", self);
        Method oriMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(personInstanceMethod));
        Method swiMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(studentInstanceMethod));
        BOOL didAddMethod = class_addMethod(self,
                                            @selector(personInstanceMethod),
                                            method_getImplementation(swiMethod),
                                            method_getTypeEncoding(swiMethod)
                                            );
        if (didAddMethod) {
            class_replaceMethod(self,
                                @selector(studentInstanceMethod),
                                method_getImplementation(oriMethod),
                                method_getTypeEncoding(oriMethod));
        }else{
            method_exchangeImplementations (oriMethod, swiMethod);
        }
        NSLog(@"------// 替換完畢 //------");
    });
}

- (void)studentInstanceMethod {
      NSLog(@"Student中的新方法, 調(diào)用者：%@闻鉴， 方法：%s",self,__FUNCTION__);
      [self studentInstanceMethod];
}
@end

2020-01-08 00:14:35.333082+0800 RunTime1[3674:509474] ------// 替換開始 //------
2020-01-08 00:14:35.333878+0800 RunTime1[3674:509474] LLStudent
2020-01-08 00:14:35.334058+0800 RunTime1[3674:509474] ------// 替換完畢 //------
2020-01-08 00:14:35.441442+0800 RunTime1[3674:509474] ------------
2020-01-08 00:14:35.441627+0800 RunTime1[3674:509474] Student中的新方法, 調(diào)用者：<LLStudent: 0x6000036185e0>茵乱， 方法：-[LLStudent(huan) studentInstanceMethod]
2020-01-08 00:14:35.441779+0800 RunTime1[3674:509474] person對象方法, 調(diào)用者：<LLStudent: 0x6000036185e0> 方法：-[LLPerson personInstanceMethod]
2020-01-08 00:14:35.441893+0800 RunTime1[3674:509474] ------------
2020-01-08 00:14:35.442032+0800 RunTime1[3674:509474] person對象方法, 調(diào)用者：<LLPerson: 0x600003614160> 方法：-[LLPerson personInstanceMethod]

通過打印結(jié)果，可以看到已經(jīng)實現(xiàn)了我們的目的孟岛，并且父類依然可以調(diào)用到瓶竭，沒有崩潰。我們具體分析下：
首先渠羞，執(zhí)行class_addMethod方法

    BOOL didAddMethod = class_addMethod(self,
                                            @selector(personInstanceMethod),
                                            method_getImplementation(swiMethod),
                                            method_getTypeEncoding(swiMethod)
                                            );

結(jié)果didAddMethod = YES斤贰， 我們動態(tài)給類對象Student新添加了personInstanceMethod方法，并且這個方法的IMP是studentInstanceMethod次询。 此時類對象Student方法列表中就包含了交換前和交換后的方法荧恍，而類對象Person的方法列表我們并沒有進行操作，所以不變屯吊，看圖二送巡。

圖二

然后進入if判斷中，執(zhí)行下邊代碼：

class_replaceMethod(self,
                                @selector(studentInstanceMethod),
                                method_getImplementation(oriMethod),
                                method_getTypeEncoding(oriMethod));

類對象Student中的方法studentInstanceMethod的imp和types替換為oriMethod（即personInstanceMethod）的盒卸。此時骗爆，類對象Student中的兩個方法及它們的imp實際如下：

圖三

結(jié)尾

終于把之前的坑補上了专钉。其實在Runtime交換方法的使用過程中還有其它的情況存在，比如說組內(nèi)多個人都對同一個方法進行了交換操作等等累铅，所以我們最好是把這種操作交給一個人或者一個組來統(tǒng)一維護跃须，避免這種情況。

交流

希望能和大家交流技術(shù)

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