【iOS】方法交换(Method Swizzling)

前言

上文讲到了iOS的消息发送机制，在消息机制中我们了解到了SEL、IMP等方法知识，由此延伸到iOS黑魔法方法交换，本篇着重讲解iOS的方法交换的应用场景与原理

一、原理与注意

我们在消息机制中说到了我们可以通过SEL方法选择器查找Method方法，从而得到对应的IMP，方法交换的实质就是交换SEL的IMP从而改变方法的实现

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。

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。
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，并且不需要我们手动调用。

注意要点

• 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，防止方法的重复交换，使方法sel的指向又恢复成原来的imp的问题

Method Swizzing涉及的相关API

通过SEL获取方法Method

• class_getInstanceMethod：获取实例方法
• class_getClassMethod：获取类方法
• method_getImplementation：获取一个方法的实现
• method_setImplementation：设置一个方法的实现
• method_getTypeEncoding：获取方法实现的编码类型
• class_addMethod：添加方法实现
• class_replaceMethod：用一个方法的实现，替换另一个方法的实现，即aIMP 指向 bIMP，但是bIMP不一定指向aIMP
• method_exchangeImplementations：交换两个方法的实现，即 aIMP -> bIMP, bIMP -> aIMP

二、应用场景与实践

1.统计VC加载次数并打印

UIViewController+Logging.m

#import "UIViewController+Logging.h"
#import "objc/runtime.h"
@implementation UIViewController (Logging)

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
            dispatch_once(&onceToken, ^{
                swizzleMethod([self class], @selector(viewDidAppear:), @selector(swizzled_viewDidAppear:));
            });
//    [self swizzleMethod:[self class] andO:@selector(viewDidAppear:) andS:@selector(swizzled_viewDidAppear:)];
}


- (void)swizzled_viewDidAppear:(BOOL)animated
{
    //此处为实现原来的方法
//    [self swizzled_viewDidAppear:animated];
    // Logging
    NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
}

// 方法交换模版
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);
    
    // 如果添加成功则让原方法的imp指向新方法
    BOOL didAddMethod = class_addMethod(class, originalSelector, method_getImplementation(swizzledMethod), method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
    
    // the method doesn’t exist and we just added one
    if (didAddMethod) {
        // 然后让新方法的imp指向原方法
        class_replaceMethod(class, swizzledSelector, method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod));
    }
    else {
        method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
    }

}

// 方法交换必须设计为类方法
//+(void)swizzleMethod:(Class)class andO:(SEL)originalSelector andS:(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);
//    
    // 如果添加成功则让原方法的imp指向新方法
    BOOL didAddMethod = class_addMethod(class, originalSelector, method_getImplementation(swizzledMethod), method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
    
    // the method doesn’t exist and we just added one
    if (didAddMethod) {
        // 然后让新方法的imp指向原方法
        class_replaceMethod(class, swizzledSelector, method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod));
    }
    else {
        method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
    }
//    method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
//
//}
@end

我们这里即可以设置C类型的交换函数，也可以实现类方法实现的交换方法

同时在+load这个类方法中只能调用类方法，不能调用实例方法，也就是说我们的swizzleMethod如果要在+load中调用不能是实例方法

2.防止UI控件短时间多次激活事件

需求：
我们不想让按钮短时间内被多次点击该如何做呢？
比如我们想让APP所有的按钮1秒内不可连续点击

方案：
给按钮添加分类，并且添加一个需要间隔多少时间的属性，实行事件的时候判断间隔是否已经到了，如果不到就会拦截点击事件，就是不会触发点击事件

操作：
在自己写的交换方法中判断是否需要执行点击事件，这里记得仍然会调用原来的方法，只是增加了判断逻辑

实践：
由于UIButton是UIControl的子类，因而根据UIControl新建一个分类即可

• UIControl+Limit.h

#import <UIKit/UIKit.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface UIControl (Limit)
@property (nonatomic, assign)BOOL UIControl_ignoreEvent;
@property (nonatomic, assign)NSTimeInterval UIControl_acceptEventInterval;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

• UIControl+Limit.m

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

@implementation UIControl (Limit)

- (void)setUIControl_acceptEventInterval:(NSTimeInterval)UIControl_acceptEventInterval {
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(UIControl_acceptEventInterval), @(UIControl_acceptEventInterval), OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (NSTimeInterval)UIControl_acceptEventInterval {
    return [objc_getAssociatedObject(self, _cmd) doubleValue];
}

-(void)setUIControl_ignoreEvent:(BOOL)UIControl_ignoreEvent{
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(UIControl_ignoreEvent), @(UIControl_ignoreEvent), OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}

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

+(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.UIControl_ignoreEvent){
        NSLog(@"btnAction is intercepted");
        return;}
    if(self.UIControl_acceptEventInterval>0){
        self.UIControl_ignoreEvent=YES;
        [self performSelector:@selector(setIgnoreEventWithNo)  withObject:nil afterDelay:self.UIControl_acceptEventInterval];
    }
    [self swizzled_sendAction:action to:target forEvent:event];
}

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

@end

• ViewController.m

    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.UIControl_ignoreEvent=NO;
    btn.UIControl_acceptEventInterval = 3;
    [self.view addSubview:btn];
    [btn addTarget:self action:@selector(btnAction)forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];

3.防崩溃处理：数组越界问题

需求：
众所周知如果我们对NSArray进行操作，但是没有进行防越界处理，很有可能在读取数组的时候发生越界问题。
我们前面说到了App即使不能功能也不能crash，这就需要我们对数组进行兜底操作

思路：
对NSArray的objectAtIndex:方法进行Swizzling，替换一个有处理逻辑的方法。但是，这时候还是有个问题，就是类簇的Swizzling没有那么简单。

类簇：
在iOS中NSNumber、NSArray、NSDictionary等这些类都是类簇(Class Clusters)，一个NSArray的实现可能由多个类组成。所以如果想对NSArray进行Swizzling，必须获取到其真身进行Swizzling，直接对NSArray进行操作是无效的。这是因为Method Swizzling对NSArray这些的类簇是不起作用的

因此我们应该对其真身进行操作，而非NSArray自身

下面列举了NSArray和NSDictionary本类的类名，可以通过Runtime函数取出本类

有时候会根据数组长短不同，NSArray的真身也会不同，例如如下数组的真身就不是NSArrayI

真身就是NSConstantArray

实践：
NSArray+crash.m

#import "NSArray+crash.h"
#import "objc/runtime.h"
@implementation NSArray (crash)


+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class cls = objc_getClass("NSConstantArray");
        if (cls) {
            Method fromMethod = class_getInstanceMethod(cls, @selector(objectAtIndex:));
            Method toMethod = class_getInstanceMethod(cls, @selector(cm_objectAtIndex:));
            if (fromMethod && toMethod) {
                method_exchangeImplementations(fromMethod, toMethod);
            } else {
                NSLog(@"Swizzle failed: methods not found.");
            }
        } else {
            NSLog(@"Swizzle failed: class not found.");
        }
    });
}


- (id)cm_objectAtIndex:(NSUInteger)index {
    if (index >= self.count) {
        // 越界处理
        NSLog(@"Index %lu out of bounds, array count is %lu.", (unsigned long)index, (unsigned long)self.count);
        return nil;
    } else {
        // 正常访问，注意这里调用的是替换后的方法，因为实现已经交换
        return [self cm_objectAtIndex:index];
    }
}

ViewController.m

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSArray *array = @[@0, @1, @2, @3];
    NSLog(@"%@", [array objectAtIndex:3]);
    //本来要奔溃的
    NSLog(@"%@", [array objectAtIndex:4]);
}

4.防KVO崩溃

有许多的第三方库，比如 KVOController 用更优的API来规避这些crash，但是侵入性比较大，必须编码规范来约束所有人都要使用该方式。有没有什么更优雅，无感知的接入方式？

我们这里可以考虑建立一个哈希表，用来保存观察者、keyPath的信息，如果哈希表里已经有了相关的观察者，keyPath信息，那么继续添加观察者的话，就不载进行添加，同样移除观察的时候，也现在哈希表中进行查找，如果存在观察者，keypath信息，那么移除，如果没有的话就不执行相关的移除操作。

下面是核心的swizzle方法：

- (void)cyl_crashProtectaddObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(nullable void *)context{

   if (!observer || !keyPath || keyPath.length == 0) {
       return;
   }
   
   @synchronized (self) {
       NSInteger kvoHash = [self _cyl_crashProtectHash:observer :keyPath];
       if (!self.KVOHashTable) {
           self.KVOHashTable = [NSHashTable hashTableWithOptions:NSPointerFunctionsStrongMemory];
       }
       
       if (![self.KVOHashTable containsObject:@(kvoHash)]) {
           [self.KVOHashTable addObject:@(kvoHash)];
           [self cyl_crashProtectaddObserver:observer forKeyPath:keyPath options:options context:context];
           [self cyl_willDeallocWithSelfCallback:^(__unsafe_unretained id observedOwner, NSUInteger identifier) {
               [observedOwner cyl_crashProtectremoveObserver:observer forKeyPath:keyPath context:context];
           }];
           __unsafe_unretained typeof(self) unsafeUnretainedSelf = self;
           [observer cyl_willDeallocWithSelfCallback:^(__unsafe_unretained id observerOwner, NSUInteger identifier) {
               [unsafeUnretainedSelf cyl_crashProtectremoveObserver:observerOwner forKeyPath:keyPath context:context];
           }];
       }
   }

}

- (void)cyl_crashProtectremoveObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath context:(void *)context {
   //TODO:  加上 context 限制，防止父类、子类使用同一个keyPath。
   [self cyl_crashProtectremoveObserver:observer forKeyPath:keyPath];

}

- (void)cyl_crashProtectremoveObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath{
   //TODO:  white list
   if (!observer || !keyPath || keyPath.length == 0) {
       return;
   }
   @synchronized (self) {
       if (!observer) {
           return;
       }
       NSInteger kvoHash = [self _cyl_crashProtectHash:observer :keyPath];
       NSHashTable *hashTable = [self KVOHashTable];
       if (!hashTable) {
           return;
       }
       if ([hashTable containsObject:@(kvoHash)]) {
           [self cyl_crashProtectremoveObserver:observer forKeyPath:keyPath];
           [hashTable removeObject:@(kvoHash)];
       }
   }

}

• 添加观察者 (cyl_crashProtectaddObserver:forKeyPath:options:context:)

参数校验：首先检查传入的 observer 和 keyPath 是否为空或无效。
线程安全：使用 @synchronized 块确保线程安全。
哈希表初始化：如果 KVOHashTable 不存在，则初始化一个新的 NSHashTable 以存储观察者哈希。
避免重复添加：计算当前观察者和 keyPath 的哈希值，并检查此哈希是否已存在于哈希表中。如果不存在，则添加到哈希表并执行原生的 KVO 添加观察者方法。
销毁时自动移除：注册回调以确保在观察者或被观察对象销毁时自动移除观察者。

• 移除观察者 (cyl_crashProtectremoveObserver:forKeyPath:context: 和 cyl_crashProtectremoveObserver:forKeyPath:)

参数校验：检查 observer 和 keyPath 的有效性。
线程安全：使用 @synchronized 块确保线程安全。
安全移除：如果哈希表存在并且包含相应的观察者哈希，则从哈希表中移除该哈希，并调用原生的 KVO 移除观察者方法。

总结

这篇文章主要总结了Method Swizzling的各种应用场景，例如防止按钮被多次点击，进行hook操作以及数组与KVO的兜底操作，应用场景非常广泛，值得深入学习

参考博客：
iOS Crash防护系统-IronMan
iOS KVO 崩溃防护笔记