iOS——方法交换Method Swizzing

news2024/9/27 9:23:57

什么是方法交换

Method Swizzing是发生在运行时的，主要用于在运行时将两个Method进行交换，我们可以将Method Swizzling代码写到任何地方，但是只有在这段Method Swilzzling代码执行完毕之后互换才起作用。
利用Objective-C Runtimee的动态绑定特性，将一个方法的实现与另一个方法的实现进行交换。交换两个方法的实现一般写在分类的load方法里面，因为load方法会在程序运行前加载一次，而initialize方法会在类或者子类在 第一次使用的时候调用，当有分类的时候会调用多次。

在这里插入图片描述

方法交换的方式

  1. 获取方法的 SEL 和 IMP：
    • 使用 class_getInstanceMethod 或 class_getClassMethod 函数获取方法的 Method 结构体。
    • 从 Method 结构体中获取 SEL 和 IMP。
  2. 交换方法的 IMP：
    • 使用 method_exchangeImplementations 函数交换两个方法的实现。
    • 或者使用 class_replaceMethod 函数替换方法的实现。
    // 类中获取oriSEL对应的方法实现
    Method oriMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL);
    // 获取swiSEL对应的方法实现
    Method swiMethod = class_getInstanceMethod(cls, swizzledSEL);
    // 将两个方法实现进行交换，
    method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);

在进行方法交换操作时，建议放在单例下进行，以确保该操作只执行一次，避免重复调用导致交换效果被反转，从而失去交换的目的。
通过上面的方法可以理解，交换的是两者的方法实现。

方法交换的四个风险

直接使用 Runtime 的方法进行方法交换会有很多风险，RSSwizzle库里指出了四个典型的直接使用 Runtime 方法进行方法交换的风险。

  • 第一个风险是，需要在 +load 方法中进行方法交换。因为如果在其他时候进行方法交换，难以保证另外一个线程中不会同时调用被交换的方法，从而导致程序不能按预期执行。而在 +load 方法中执行方法交换，确保交换在类加载时完成，从而避免线程竞争和其他时机相关的问题。

  • 第二个风险是，被交换的方法必须是当前类的方法，不能是父类的方法，直接把父类的实现拷贝过来不会起作用。父类的方法必须在调用的时候使用，而不是方法交换时使用。方法交换只能作用于当前类的方法，不能影响父类的方法。

  • 第三个风险是，交换的方法如果依赖了 cmd，那么交换后，如果 cmd 发生了变化，就会出现各种奇怪问题，而且这些问题还很难排查。特别是交换了系统方法，你无法保证系统方法内部是否依赖了 cmd。（cmd参数表示当前调用的方法）

  • 第四个风险是，方法交换命名冲突。如果出现冲突，可能会导致方法交换失败。

load方法的特点
+load方法在类加载时调用，确保方法交换在任何实例方法调用之前完成。
一般情况下load方法在每个类中都只会调用一次。
+load方法自动调用，不会被多个线程同时调用，结合 dispatch_once 确保线程安全。
+load方法自动执行，减少开发者的工作量。

第三个风险详解

第三个风险的意思是，两个方法实现交换后，_cmd却不一定。

_cmd回顾
_cmd 是隐藏的参数，表示当前方法的selector，他和self表示当前方法调用的对象实例。
获取当前被调用方法： NSStringFromSelector(_cmd)

比如下面这个例子：
我们首先创建了一个ViewController类，在这个类中我们写出将被交换的原方法orimed，然后创建一个swizzled分类，在分类中写出交换后的方法

#import "ViewController.h"
#import "ViewController+swizzled.h"
#import <objc/runtime.h>

@interface ViewController ()
@property (assign, nonatomic) int ticketsCount;
@end

@implementation ViewController

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        SEL oriSEL = @selector(orimed);
        SEL swiSEL = @selector(swizzledSelector);
        
        Method oriMethod = class_getInstanceMethod([self class], oriSEL);
        Method swiMethod = class_getInstanceMethod([self class], swiSEL);
        method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);

    });
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [self orimed];
}

- (void) orimed {
    NSLog(@"交换前的方法");
}

#import "ViewController.h"

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface ViewController (swizzled)

- (void) swizzledSelector;

@end
NS_ASSUME_NONNULL_END

#import "ViewController+swizzled.h"

@implementation ViewController (swizzled)

- (void)swizzledSelector {
    NSLog(@"方法已交换");
    //然后我们在这个方法中打印当前方法的selector
    NSLog(@"%@", NSStringFromSelector(_cmd));
}

@end

打印的结果：
在这里插入图片描述

我们的代码明明执行了swizzledSelector中的代码，为什么打印出的_cmd还是orimed呢？
这是因为方法交换本质上是互换了两个方法的实现，而不是选择器，这段代码实际上是将orimed的SEL指向了swizzleSelector方法的imp，所以执行swizzledSelector的代码实现时，返回的_cmd（方法的selector）为orimed。
因此如果交换的方法依赖于 cmd 来决定行为，可能会导致日志输出的信息不符合实际调用的方法。

方法交换的实际用法

先给要替换的方法的类添加一个Category，然后在Category中的+(void)load方法中添加Method Swizzling方法，我们用来替换的方法也写在这个Category中。就像上面那个例子一样。
由于load类方法是程序运行时这个类被加载到内存中就调用的一个方法，执行比较早，在每个类中都只会调用一次，并且不需要我们手动调用。

注意：

  • Swizzling应该总在+load中执行
  • Swizzling应该总是在dispatch_once中执行
  • Swizzling在+load中执行时，不要调用[super load]。如果多次调用了[super load]，可能会出现“Swizzle无效”的假象。
  • 为了避免Swizzling的代码被重复执行，我们可以通过GCD的dispatch_once函数来解决，利用dispatch_once函数内代码只会执行一次的特性。

方法交换的API

方案一：
提供了更精细的控制，可以选择性地添加、替换方法，并能处理方法不存在的情况。

//获取某个类的实例方法。
//cls：目标类。name：方法的选择器（selector）。
class_getInstanceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name)

//获取方法的实现（IMP）
//m：方法（Method）
method_getImplementation(Method _Nonnull m) 

//向类中添加一个方法及其实现。
//cls：目标类。name：方法的选择器。imp：方法的实现。types：方法的类型编码（Type encoding）。
class_addMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, 
                const char * _Nullable types) 

//替换类中的方法实现。如果该方法不存在，则添加这个方法。
//cls：目标类。name：方法的选择器。imp：新的方法实现。types：方法的类型编码。
class_replaceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, 
                    const char * _Nullable types)

方案二：
直接交换两个方法的实现，步骤简单，但是少了一些灵活性。

//交换两个方法的实现。
method_exchangeImplementations(Method _Nonnull m1, Method _Nonnull m2)

案例分析

案例一：递归调用

我们现在在上面原先代码的基础上修改一下：

#import "ViewController+swizzled.h"

@implementation ViewController (swizzled)

- (void)swizzledSelector {
    NSLog(@"方法已交换");
    //这里递归调用一下swizzledSelector方法
    [self swizzledSelector];
}

@end

运行结果：
在这里插入图片描述

可以看出，并没有发生递归调用。反而只是打印出了原方法的内容，这是为什么呢？
这是因为进行了方法交换，所以调用方法swizzledSelector，会找到orimed的方法实现，而swizzledSelector中有调用swizzledSelector，而此时它的方法实现已经指向了orimed。见下图：
在这里插入图片描述

案例二：交换父类的方法

有如下代码：首先，我们创建一个FatherViewController类，该类有一个fatherMethod方法，然后该类有一个子类SonViewController，子类同样有一个sonMethod方法。在子类的实现中，我们将父类的fatherMethod和子类的sonMethod方法进行交换，然后在ViewController中调用父类的fatherMethod方法：

#import "FatherViewController.h"

@interface FatherViewController ()
@end

@implementation FatherViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
}

- (void)fatherMethod {
    NSLog(@"父类的方法");
}

@end

#import "SonViewController.h"
#import <objc/runtime.h>

@interface SonViewController ()

@end

@implementation SonViewController

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        SEL sonSEL = @selector(sonMethod);
        SEL fatherSEL = @selector(fatherMethod);
        
        Method sonMed = class_getInstanceMethod([self class], sonSEL);
        Method fatherMed = class_getInstanceMethod([self class], fatherSEL);
        
        method_exchangeImplementations(sonMed, fatherMed);
    });
}


- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
}

- (void) sonMethod {
    //递归调用
    [self sonMethod];
    NSLog(@"子类的方法");
}

@end

在ViewController中，使用子类的实例对象调用父类的方法：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [[[SonViewController alloc] init] fatherMethod];
}

执行结果：

在这里插入图片描述

可以得出，我们成功完成了在子类中和父类的方法进行交换。递归调用也没有出错。

但是如果此时我们在ViewController中使用父类的实例对象调用父类的方法呢？
我们现在修改ViewController中的代码：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [[[FatherViewController alloc] init] fatherMethod];
}

得到的结果却是：
在这里插入图片描述
代码运行时发生了错误，这是因为，使用父类的实例对象调用父类的方法时，由于发生了方法交换，因此父类执行的是子类的方法实现。在子类的方法实现中又调用了sonMethod方法，但是问题来了，此时实现子类方法的调用者是父类的实例对象，父类的实例对象中压根没有sonMethod方法的实现，这就导致了找不到sonMethod方法，因而产生了错误。

在开发中，如果进行方法交换，一定要确保方法已经实现，否则会出现本例中啃爹的现象（方法交换，而父类没有方法的实现，导致报错）。所以在进行相关方法交换时，尽量避免涉及到其父类或者其子类的方法。

方法交换的应用

统计ViewController加载次数并打印

#import "UIViewController+Logging.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation UIViewController (Logging)

+ (void)load
{
    swizzleMethod([self class], @selector(viewDidAppear:), @selector(swizzled_viewDidAppear:));
}

- (void)swizzled_viewDidAppear:(BOOL)animated
{
    // call original implementation
    [self swizzled_viewDidAppear:animated];
    
    // Logging
    NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
}

void swizzleMethod(Class class, SEL originalSelector, SEL swizzledSelector)
{
    // the method might not exist in the class, but in its superclass
    Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
    Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);
    
    // class_addMethod will fail if original method already exists
    BOOL didAddMethod = class_addMethod(class, originalSelector, method_getImplementation(swizzledMethod), method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
    
    // the method doesn’t exist and we just added one
    if (didAddMethod) {
        class_replaceMethod(class, swizzledSelector, method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod));
    }
    else {
        method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
    }
    
}

防止UI控件短时间多次激活事件

有时候会有这种需求，项目中的写好的按钮要求不能连续点击，这时候最方便的方法就是使用方法交换将系统的sendAction:to:forEvent:方法替换为自定义的swizzled_sendAction:to:forEvent:方法。在自定义方法中判断是否需要拦截点击事件。
UIControl+Limit.m：

#import "UIControl+Limit.h"
#import <objc/runtime.h>

static const char *UIControl_acceptEventInterval="UIControl_acceptEventInterval";
static const char *UIControl_ignoreEvent="UIControl_ignoreEvent";

@implementation UIControl (Limit)

#pragma mark - acceptEventInterval
- (void)setAcceptEventInterval:(NSTimeInterval)acceptEventInterval
{
    objc_setAssociatedObject(self,UIControl_acceptEventInterval, @(acceptEventInterval), OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

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

#pragma mark - ignoreEvent
-(void)setIgnoreEvent:(BOOL)ignoreEvent{
    objc_setAssociatedObject(self,UIControl_ignoreEvent, @(ignoreEvent), OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}

-(BOOL)ignoreEvent{
    return [objc_getAssociatedObject(self,UIControl_ignoreEvent) boolValue];
}

#pragma mark - Swizzling
+(void)load {
    Method a = class_getInstanceMethod(self,@selector(sendAction:to:forEvent:));
    Method b = class_getInstanceMethod(self,@selector(swizzled_sendAction:to:forEvent:));
    method_exchangeImplementations(a, b);//交换方法
}

- (void)swizzled_sendAction:(SEL)action to:(id)target forEvent:(UIEvent*)event
{
    if(self.ignoreEvent){
        NSLog(@"btnAction is intercepted");
        return;}
    if(self.acceptEventInterval>0){
        self.ignoreEvent=YES;
        [self performSelector:@selector(setIgnoreEventWithNo)  withObject:nil afterDelay:self.acceptEventInterval];
    }
    [self swizzled_sendAction:action to:target forEvent:event];
}

-(void)setIgnoreEventWithNo{
    self.ignoreEvent=NO;
}

@end

ViewController.m：

-(void)setupSubViews{
    
    UIButton *btn = [UIButton new];
    btn =[[UIButton alloc]initWithFrame:CGRectMake(100,100,100,40)];
    [btn setTitle:@"btnTest"forState:UIControlStateNormal];
    [btn setTitleColor:[UIColor redColor]forState:UIControlStateNormal];
    btn.acceptEventInterval = 3;
    [self.view addSubview:btn];
    [btn addTarget:self action:@selector(btnAction)forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
}

- (void)btnAction{
    NSLog(@"btnAction is executed");
}

防奔溃处理：数组越界问题

在实际项目中，有时会因为数组越界导致崩溃，需要一个解决方案来防止这种情况，即使数组越界也不会崩溃。
通过方法交换（Swizzling）替换NSArray的objectAtIndex:方法，添加防越界处理逻辑。

无痕埋点

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