在前面一篇文章中，我们介绍了Runtime中与类和对象相关的内容，从这章开始，我们将讨论类实现细节相关的内容，主要包括类中成员变量，属性，方法，协议与分类的实现。

本章的主要内容将聚集在Runtime对成员变量与属性的处理。在讨论之前，我们先介绍一个重要的概念：类型编码。

类型编码(Type Encoding)

作为对Runtime的补充，编译器将每个方法的返回值和参数类型编码为一个字符串，并将其与方法的selector关联在一起。这种编码方案在其他情况下也是非常有用的，因此我们可以使用@encode编译器指令来获取它。当给定一个类型时，@encode返回这个类型的字符串编码。这些类型可以是诸如int、指针这样的基本类型，也可以是结构体、类等类型。事实上，任何可以作为sizeof()操作参数的类型都可以 用于@encode()。

一个数组的类型编码位于方括号中；其中包含数组元素的个数及元素类型。如下所示：

float a[] = {1.0, 2.0, 3.0};
NSLog(@"array encoding type: %s", @encode(typeof(a)));

输出是：

2014-10-28 11:44:54.731 RuntimeTest[942:50791] array encoding type: [3f]

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

成员变量、属性

Runtime中关于成员变量和属性的相关数据结构并不多，只有三个，并且都很简单。不过还有个非常实用但可能经常被忽视的特性，即关联对象，我们将在这小节中详细讨论。

基础数据类型

Ivar

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
}

objc_property_t

objc_property_t是表示Objective-C声明的属性的类型，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;
objc_property_attribute_t

objc_property_attribute_t定义了属性的特性(attribute)，它是一个结构体，定义如下：

typedef struct {
    const char *name;           // 特性名
    const char *value;          // 特性值
} objc_property_attribute_t;

关联对象(Associated Object)

关联对象是Runtime中一个非常实用的特性，不过可能很容易被忽视。

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。

我们可能希望通过使用(甚至是滥用)全局变量来解决这个问题。但这些都不是Ivar，因为他们不会连接到一个单独的实例。因此，这种方法很少使用。

Objective-C针对这一问题，提供了一个解决方案：即关联对象(Associated Object)。

我们可以把关联对象想象成一个Objective-C对象(如字典),这个对象通过给定的key连接到类的一个实例上。不过由于使用的是C接口，所以key是一个void指针(const void*)。我们还需要制定一个内存管理策略，以告诉Runtime如何管理这个对象的内存。这个内存管理的策略可以由以下值指定：

OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN                //assign
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC    //retain  nonatomic
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC        //copy nonatomic
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN                    // retain
OBJC_ASSOCIATION_COPY                    //copy

当宿主对象被释放时，会根据指定的内存管理策略来处理关联对象。如果指定的策略是assign，则宿主释放时，关联对象不会被释放；而如果指定的是retain或者是copy，则宿主释放时，关联对象会被释放。我们甚至可以选择是否是自动retain/copy。当我们需要在多个线程中处理访问对象的多线程代码时，这就非常有用了。

我们将一个对象连接到其它对象所需要做的就是下面两行代码：

static char myKey;
objc_setAssociatedObject(self, &myKey, anObject, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);

在这种情况下，self对象将获取一个新的关联的对象anObject，且内存管理策略是自动retain关联对象，当self对象释放时，会自动release关联对象。另外，如果我们使用同一个key来关联另外一个对象时，也会自动释放之前关联的对象，这种情况下，先前的关联对象会被妥善地处理掉，并且新的对象会使用它的内存。

id anObject = objc_getAssociatedObject(self, &myKey);

我们可以使用objc_removeAssociatedObjects函数来移除一个关联对象，或者使用objc_setAssociatedObject函数将key指定的关联对象设置为nil。

我们下面来用实例演示一下关联对象的使用方法。

假定我们想要动态地将一个Tap手势操作连接到任何UIView中，并且根据需要指定点击后的实际操作。这时候我们就可以将一个手势对象及操作的block对象关联到我们的UIView对象中。这项任务分两部分。首先，如果需要，我们要创建一个手势识别对象并将它及block做为关联对象。如下代码所示：

首先创建一个UIView的分类
UIView+GG.h

#import <UIKit/UIKit.h>
@interface UIView (GG)
- (void)setTapActionWithBlock:(void (^)(void))block;
@end

UIView+GG.m

#import "UIView+GG.h"
#import <objc/runtime.h>
static const void *kDTActionHandlerTapGestureKey;
static const void * ;
@implementation UIView (GG)
- (void)setTapActionWithBlock:(void (^)(void))block {
    //获取关联对象（手势）
    UITapGestureRecognizer *gesture = objc_getAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapGestureKey);
    //如果关联对象(手势)为空，创建UIView的关联对象 UITapGestureRecognizer对象
    if (!gesture)
    {
        gesture = [[UITapGestureRecognizer alloc] initWithTarget:self action:@selector(__handleActionForTapGesture:)];
        [self addGestureRecognizer:gesture];
        //创建完UITapGestureRecognizer对象，并设置为当前UIView的关联对象。
        objc_setAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapGestureKey, gesture, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
    }
    //设置block为UIView的关联对象。
    objc_setAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapBlockKey, block, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}
- (void)__handleActionForTapGesture:(UITapGestureRecognizer *)gesture
{
    if (gesture.state == UIGestureRecognizerStateRecognized)
    {
        //获取关联对象(block)
        void(^action)(void) = objc_getAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapBlockKey);
        if (action)
        {
            action();
        }
    }
}
@end

这段代码，我们分别定义了两个key，作为我们关联对象的key。在- (void)setTapActionWithBlock:(void (^)(void))block方法中，我们检测了手势识别的关联对象。如果没有，则创建并建立关联关系。同时，将传入的块对象连接到指定的key上。注意block对象的关联内存管理策略。
手势识别对象需要一个target和action，所以接下来我们定义了处理方法：- (void)__handleActionForTapGesture:(UITapGestureRecognizer *)gesture。我们需要检测手势识别对象的状态，因为我们只需要在点击手势识别出来时才执行操作。

从上面的例子我们可以看到，关联对象使用起来并不复杂。它让我们可以动态地增强类现有的功能。我们可以在编码中灵活地运用这一特性。

成员变量、属性的操作方法

成员变量

成员变量操作包含以下函数：

// 获取成员变量名
const char * ivar_getName ( Ivar v );
// 获取成员变量类型编码
const char * ivar_getTypeEncoding ( Ivar v );
// 获取成员变量的偏移量
ptrdiff_t ivar_getOffset ( Ivar v );

  • ivar_getOffset函数，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，而不适用偏移量。
关联对象

关联对象操作函数包括以下：

// 设置关联对象
void objc_setAssociatedObject ( id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy );
// 获取关联对象
id objc_getAssociatedObject ( id object, const void *key );
// 移除关联对象
void objc_removeAssociatedObjects ( id object );

关联对象及相关实例已经在前面讨论过了，在此不再重复。

属性

属性操作相关函数包括以下：

// 获取属性名
const char * property_getName ( objc_property_t property );
// 获取属性特性描述字符串
const char * property_getAttributes ( objc_property_t property );
// 获取属性中指定的特性
char * property_copyAttributeValue ( objc_property_t property, const char *attributeName );
// 获取属性的特性列表
objc_property_attribute_t * property_copyAttributeList ( objc_property_t property, unsigned int *outCount );

  • property_copyAttributeValue函数，返回的char*在使用完后需要调用free()释放。
  • property_copyAttributeList函数，返回值在使用完后需要调用free()释放。

实例

假定这样一个场景，我们从服务端两个不同的接口获取相同的字典数据，但这两个接口是由两个人写的，相同的信息使用了不同的字段表示。我们接收到数据时，可将这些数据保存在相同的对象中。对象类如下定义：

@interface MyObject: NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString    *   name;                  
@property (nonatomic, copy) NSString    *   status;                 
@end

接口A、B返回的字典数据如下所示：

@{@"name1": "张三", @"status1": @"start"}
@{@"name2": "张三", @"status2": @"end"}

通常的方法是写两个方法分别做转换，不过如果能灵活地运用Runtime的话，可以只实现一个转换，为此，我们需要先定义一个映射字典(全局变量)

static NSMutableDictionary *map = nil;
@implementation MyObject	
+ (void)load
{
    map = [NSMutableDictionary dictionary];
    map[@"name1"]                = @"name";
    map[@"status1"]              = @"status";
    map[@"name2"]                = @"name";
    map[@"status2"]              = @"status";
}
@end

上面的代码将两个字典中不同的字段映射到MyObject中相同的属性上，这样，转换方法可如下处理：

- (void)setDataWithDic:(NSDictionary *)dic
{
    [dic enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(NSString *key, id obj, BOOL *stop) {
        NSString *propertyKey = [self propertyForKey:key];
        if (propertyKey)
        {
            objc_property_t property = class_getProperty([self class], [propertyKey UTF8String]);
            // TODO: 针对特殊数据类型做处理
            NSString *attributeString = [NSString stringWithCString:property_getAttributes(property) encoding:NSUTF8StringEncoding];
            ...
            [self setValue:obj forKey:propertyKey];
        }
    }];
}

当然，一个属性能否通过上面这种方式来处理的前提是其支持KVC。

小结

本章中我们讨论了Runtime中与成员变量和属性相关的内容。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。