iOS ------ Method Swizzling (动态方法交换）

一，Method Swizzling 简介

Method（方法）对应的是objc_method结构体；而objc_method结构体中包含了SEL method_name(方法名），IMP method_imp（方法实现）

// objc_method 结构体
typedef struct objc_method *Method;

struct objc_method {
    SEL _Nonnull method_name;                    // 方法名
    char * _Nullable method_types;               // 方法类型
    IMP _Nonnull method_imp;                     // 方法实现
};

Method(方法），SEL（方法名），IMP（方法实现）三者的关系：

在运行中，class（类）维护了一个method list（方法列表）来确定消息的正确发送。OC中调用方法叫做发送消息，发送消息前会查找消息，查找过程就是通过SEL查找IMP的过程。method list （方法列表）存放的元素就是Method（方法）。而Method（方法）中映射了一对键值对：SEL（方法名）：IMP（方法实现）。

原理：
Method swizzling修改了method list（方法列表），使不同Method（方法）中的键值对发生了交换。比如交换前两个键值对分别为SEL A：IMP A，SEL B：IMP B，交换之后就变为了SEL A : IMP B、SEL B : IMP A。
在这里插入图片描述

二，MethodSwizzling简单代码实现

在当前类的+（void）load方法中增加Method Swizzling操作，交换(void)originalFunction和(void)swizzledFunction的方法实现。

#import "ViewController.h"
#import <objc/runtime.h>
@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    [self SwizzlingMethod];
    [self originalFunction];
    [self swizzledFunction];
    
    
}
- (void)SwizzlingMethod {
    //当前类
    Class class = [self class];
    
    //方法名
    SEL originalSeletor = @selector(originalFunction);
    SEL swizzledSeletor = @selector(swizzledFunction);
    
    //方法结构体
    Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSeletor);
    Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSeletor);
    
    //调用交换两个方法的实现
    method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
}
//原始方法
- (void)originalFunction {
    NSLog(@"originalFunction");
}
//替换方法
- (void)swizzledFunction {
    NSLog(@"swizzledFunction");
}
@end

在这里插入图片描述

上面的代码简单的将两个方法进行了交换。但在实际应用中并不是那么简单，更多的是为当前类添加一个分类，然后在分类中进行MethodSwimming操作，并且要考虑的东西要更多，且更复杂。

三，MethodSwizzling的使用方案

一般是在该类的分类中添加MethodSwizzling交换方法

@implementation UIViewController (Swizzling)

// 交换 原方法 和 替换方法 的方法实现
+ (void)load {
    
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        // 当前类
        Class class = [self class];
        
        // 原方法名 和 替换方法名
        SEL originalSelector = @selector(originalFunction);
        SEL swizzledSelector = @selector(swizzledFunction);
        
        // 原方法结构体 和 替换方法结构体
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);
        
        /* 如果当前类没有 原方法的 IMP，说明在从父类继承过来的方法实现，
         * 需要在当前类中添加一个 originalSelector 方法，
         * 但是用 替换方法 swizzledMethod 去实现它 
         */
        BOOL didAddMethod = class_addMethod(class,
                                            originalSelector,
                                            method_getImplementation(swizzledMethod),
                                            method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
        
        if (didAddMethod) {
            // 原方法的 IMP 添加成功后，修改 替换方法的 IMP 为 原始方法的 IMP
            class_replaceMethod(class,
                                swizzledSelector,
                                method_getImplementation(originalMethod),
                                method_getTypeEncoding(originalMethod));
        } else {
            // 添加失败（说明已包含原方法的 IMP），调用交换两个方法的实现
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        }
    });
}

// 原始方法
- (void)originalFunction {
    NSLog(@"originalFunction");
}

// 替换方法
- (void)swizzledFunction {
    NSLog(@"swizzledFunction");
}

@end

一些用到的方法

通过SEL获取方法Method

// 获取实例方法
OBJC_EXPORT Method _Nullable
class_getInstanceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name);

// 获取类方法
OBJC_EXPORT Method _Nullable
class_getClassMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name);

IMP的getter/setter方法

// 获取一个方法的实现
OBJC_EXPORT IMP _Nonnull
method_getImplementation(Method _Nonnull m); 

// 设置一个方法的实现
OBJC_EXPORT IMP _Nonnull
method_setImplementation(Method _Nonnull m, IMP _Nonnull imp)：

替换方法

// 获取方法实现的编码类型
OBJC_EXPORT const char * _Nullable
method_getTypeEncoding(Method _Nonnull m);

// 添加方法实现
OBJC_EXPORT BOOL
class_addMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, 
                const char * _Nullable types);
                
// 替换方法的 IMP,如:A替换B(B指向A,A还是指向A)
OBJC_EXPORT IMP _Nullable
class_replaceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, 
                    const char * _Nullable types);
                    
// 交换两个方法的 IMP,如:A交换B(B指向A,A指向B)
OBJC_EXPORT void
method_exchangeImplementations(Method _Nonnull m1, Method _Nonnull m2);

四，注意事项

1.保证方法交换只执行一次

为了保证方法交换的代码可以优先交换，一般会将其写在+load方法中，但是+load的方法也能被主动调用，如果多次调用就会被还原，如果调用[super load] 方法也会造成这样的结果；所以我们要保证方法只交换一次，可选择在单例模式下。

+ (void)load{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        [self lz_methodSwizzlingWithClass:self oriSEL:@selector(study) swizzledSEL:@selector(play)];
    });
}

2.用子类方法替换父类方法

在子类中用子类的方法subFuntionA替换父类的方法function A。子类实例和父类实例分别调用function A，最终都实现的是subFuntionA。

如果我们在子类的方法subFuntionA1替换了父类中的方法functionA后想要继续调用functionA，同理应该这样写

- (void)subFunctionA {
    [self subFunctionA];
    NSLog(@"%s", __func__);
}

再用子类实例和父类实例分别调用function A。

父类调用时就会报错，子类调用就不会。

在上面的函数中调用subFuntionA，但父类本身方法列表中没subFuntionA，所以父类也就报了unrecognized selector 的错误。

出现上面找不到方法的原因是：子类用自己的实现直接替换了父类的方法。

如果我们能不能为子类添加一个和父类一样的方法，子类中进行替换就不会影响父类了。

+ (void)swizzingClassB:(Class)cls oldSEL:(SEL)oldSel toNewSel:(SEL)newSel {
    if (!cls) { return; }
    Method oldM = class_getInstanceMethod(cls, oldSel);
    Method newM = class_getInstanceMethod(cls, newSel);
    
    // 先尝试给 cls 添加方法（SEL: oldSel  IMP: newM），防止子类直接替换父类中的方法
    BOOL addSuccess = class_addMethod(cls, oldSel, method_getImplementation(newM), method_getTypeEncoding(oldM));
    
    if (addSuccess) { // 添加成功即：原本没有 oldSel，成功为子类添加了一个 oldSel - newM 的方法
        // 这里将原 newSel的imp替换为 oldM 的 IMP
        class_replaceMethod(cls, newSel, method_getImplementation(oldM), method_getTypeEncoding(oldM));
    }
    else {
        method_exchangeImplementations(oldM, newM);
    }
}
  • 使用class_addMethod为当前类添加functionA方法，关联subFuntionA方法的imp
  • 返回值为NO，说明子类已经实现了subFuntionA，则直接进行方法交换，不会影响父类
  • 返回值为YES，说明子类未实现了subFuntionA，添加成功后，使用class_replaceMethod将sub functionA替换为functionA的imp

再用子类实例和父类实例分别调用function A。
这时父类实例调用functionA没有受到子类方法交换的影响，实现的就是functionA。
而子类实例就会在实现subfunctionA中实现function A。

五，MethodSwizzling应用场景

1，为UITableView的异常加载占位图

对于UITableView的异常加载情况分为无数据或网络异常。
对于检测tableView是否为空，借助tableView的代理dataSource即可。核心代码是，依次获取table View所具有的组数和行数，通过isEmpty这个flag标示最后确定是否添加占位图。

- (void)checkEmpty {
    BOOL isEmpty = YES;//flag标示

    id  dataSource = self.dataSource;
    NSInteger sections = 1;//默认一组
    if ([dataSource respondsToSelector:@selector(numberOfSectionsInTableView:)]) {
        sections = [dataSource numberOfSectionsInTableView:self];//获取当前TableView组数
    }

    for (NSInteger i = 0; i < sections; i++) {
        NSInteger rows = [dataSource tableView:self numberOfRowsInSection:sections];//获取当前TableView各组行数
        if (rows) {
            isEmpty = NO;//若行数存在，不为空
        }
    }
    if (isEmpty) {//若为空，加载占位图
        if (!self.placeholderView) {//若未自定义，展示默认占位图
            [self makeDefaultPlaceholderView];
        }
        self.placeholderView.hidden = NO;
        [self addSubview:self.placeholderView];
    } else {//不为空，隐藏占位图
        self.placeholderView.hidden = YES;
    }
}

接下来实现如何添加占位图
如果可以让tableView在执行reloadData时自动检查其行数就可以了。也就是我们在原有的reload Data方法的基础上添加了checkEmpty此方法。这里我们可以通过MethodSwizzling替换reload Data方法，给予它新的实现。

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        //方法交换，将reloadData实现交换为sure_reloadData
        [self methodSwizzlingWithOriginalSelector:@selector(reloadData) bySwizzledSelector:@selector(sure_reloadData)];
    });
}

- (void)sure_reloadData {
    [self checkEmpty];
    [self sure_reloadData];
}

这样就可以在实现reloadData的同时检查行数从而判断我是否加载占位图的功能。

具体实现demo
tableView的异常加载占位图

2，处理UIButton的重复点击

避免一个按钮被快速点击多次。同样利用Method Swizzling

  • 为 UIControl 或 UIButton 建立一个 Category。
  • 在分类中添加一个 NSTimeInterval xxx_acceptEventInterval; 的属性，设定重复点击间隔
  • 在分类中实现一个自定义的 xxx_sendAction:to:forEvent: 方法，在其中添加限定时间相应的方法。
  • 利用 Method Swizzling 将 sendAction:to:forEvent: 方法和 xxx_sendAction:to:forEvent: 进行方法交换。
#import "UIButton+TBCustom.h"
#import <objc/runtime.h>

@interface UIButton()

@property (nonatomic, assign) NSTimeInterval custom_acceptEventInterval; // 可以用这个给重复点击加间隔

@end

@implementation UIButton (TBCustom)

+ (void)load{
    Method systemMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(sendAction:to:forEvent:));
    SEL sysSEL = @selector(sendAction:to:forEvent:);
    
    Method customMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(custom_sendAction:to:forEvent:));
    SEL customSEL = @selector(custom_sendAction:to:forEvent:);
    
    //添加方法 语法：BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types) 若添加成功则返回No
    // cls：被添加方法的类  name：被添加方法方法名  imp：被添加方法的实现函数  types：被添加方法的实现函数的返回值类型和参数类型的字符串
    BOOL didAddMethod = class_addMethod(self, sysSEL, method_getImplementation(customMethod), method_getTypeEncoding(customMethod));
    
    //如果系统中该方法已经存在了，则替换系统的方法  语法：IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp,const char *types)
    if (didAddMethod) {
        class_replaceMethod(self, customSEL, method_getImplementation(systemMethod), method_getTypeEncoding(systemMethod));
    }else{
        method_exchangeImplementations(systemMethod, customMethod);
        
    }
}

- (NSTimeInterval )custom_acceptEventInterval{
    return [objc_getAssociatedObject(self, "UIControl_acceptEventInterval") doubleValue];
}

- (void)setCustom_acceptEventInterval:(NSTimeInterval)custom_acceptEventInterval{
    objc_setAssociatedObject(self, "UIControl_acceptEventInterval", @(custom_acceptEventInterval), OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

- (NSTimeInterval )custom_acceptEventTime{
    return [objc_getAssociatedObject(self, "UIControl_acceptEventTime") doubleValue];
}

- (void)setCustom_acceptEventTime:(NSTimeInterval)custom_acceptEventTime{
    objc_setAssociatedObject(self, "UIControl_acceptEventTime", @(custom_acceptEventTime), OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

- (void)custom_sendAction:(SEL)action to:(id)target forEvent:(UIEvent *)event{
    
    // 如果想要设置统一的间隔时间，可以在此处加上以下几句
    // 值得提醒一下：如果这里设置了统一的时间间隔，只会影响UIButton, 如果想统一设置，也想影响UISwitch，建议将UIButton分类，改成UIControl分类，实现方法是一样的
     if (self.custom_acceptEventInterval <= 0) {
         // 如果没有自定义时间间隔，则默认为.4秒
        self.custom_acceptEventInterval = .4;
     }
    
    // 是否小于设定的时间间隔
    BOOL needSendAction = (NSDate.date.timeIntervalSince1970 - self.custom_acceptEventTime >= self.custom_acceptEventInterval);
    
    // 更新上一次点击时间戳
    if (self.custom_acceptEventInterval > 0) {
        self.custom_acceptEventTime = NSDate.date.timeIntervalSince1970;
    }
    
    // 两次点击的时间间隔小于设定的时间间隔时，才执行响应事件
    if (needSendAction) {
        [self custom_sendAction:action to:target forEvent:event];
    }
}

addTarget:action:forControlEvents: 方法将 buttonTapped: 方法与按钮的点击事件关联起来。当用户点击按钮时，按钮会调用 sendAction:to:forEvent: 方法，并将 buttonTapped: 方法作为动作发送给指定的目标对象（在这里是 self，即当前对象）

3，处理数组越界的问题

Method Swizzling 可以用于解决数组越界导致的崩溃问题。通过交换 NSArray 或 NSMutableArray 的方法实现，我们可以在访问数组元素之前进行边界检查，以防止越界访问。

#import <objc/runtime.h>

@implementation NSArray (SafeAccess)

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class class = [self class];
        SEL originalSelector = @selector(objectAtIndex:);
        SEL swizzledSelector = @selector(safe_objectAtIndex:);
        
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);
        
        BOOL didAddMethod = class_addMethod(class, originalSelector, method_getImplementation(swizzledMethod), method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
        
        if (didAddMethod) {
            class_replaceMethod(class, swizzledSelector, method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod));
        } else {
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        }
    });
}

- (id)safe_objectAtIndex:(NSUInteger)index {
    if (index < self.count) {
        return [self safe_objectAtIndex:index];
    } else {
        NSLog(@"Array index out of bounds: %lu", (unsigned long)index);
        return nil;
    }
}

@end

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