iOS黑魔法－Method Swizzling

本文是投稿文章，作者：刘小壮
公司年底要在新年前发一个版本，最近一直很忙，好久没有更新博客了。正好现在新版本开发的差不多了，抽空总结一下。
由于最近开发新版本，就避免不了在开发和调试过程中引起崩溃，以及诱发一些之前的bug导致的崩溃。而且项目比较大也很不好排查，正好想起之前研究过的Method Swizzling，考虑是否能用这个苹果的“黑魔法”解决问题，当然用好这个黑魔法并不局限于解决这些问题......
需求
就拿我们公司项目来说吧，我们公司是做导航的，而且项目规模比较大，各个控制器功能都已经实现。突然有一天老大过来，说我们要在所有页面添加统计功能，也就是用户进入这个页面就统计一次。我们会想到下面的一些方法：
手动添加
直接简单粗暴的在每个控制器中加入统计，复制、粘贴、复制、粘贴...
上面这种方法太Low了，消耗时间而且以后非常难以维护，会让后面的开发人员骂死的。
继承
我们可以使用OOP的特性之一，继承的方式来解决这个问题。创建一个基类，在这个基类中添加统计方法，其他类都继承自这个基类。
然而，这种方式修改还是很大，而且定制性很差。以后有新人加入之后，都要嘱咐其继承自这个基类，所以这种方式并不可取。
Category
我们可以为UIViewController建一个Category，然后在所有控制器中引入这个Category。当然我们也可以添加一个PCH文件，然后将这个Category添加到PCH文件中。
我们创建一个Category来覆盖系统方法，系统会优先调用Category中的代码，然后在调用原类中的代码。
我们可以通过下面的这段伪代码来看一下：

#import "UIViewController+EventGather.h"
@implementation UIViewController (EventGather)
- (void)viewDidLoad {
   NSLog(@"页面统计:%@", self);
}
@end

Method Swizzling
我们可以使用苹果的“黑魔法”Method Swizzling，Method Swizzling本质上就是对IMP和SEL进行交换。
Method Swizzling原理
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。
而且Method Swizzling也是iOS中AOP(面相切面编程)的一种实现方式，我们可以利用苹果这一特性来实现AOP编程。
首先，让我们通过两张图片来了解一下Method Swizzling的实现原理


图一

图二上面图一中selector2原本对应着IMP2，但是为了更方便的实现特定业务需求，我们在图二中添加了selector3和IMP3，并且让selector2指向了IMP3，而selector3则指向了IMP2，这样就实现了“方法互换”。
在OC语言的runtime特性中，调用一个对象的方法就是给这个对象发送消息。是通过查找接收消息对象的方法列表，从方法列表中查找对应的SEL，这个SEL对应着一个IMP(一个IMP可以对应多个SEL)，通过这个IMP找到对应的方法调用。
在每个类中都有一个Dispatch Table，这个Dispatch Table本质是将类中的SEL和IMP(可以理解为函数指针)进行对应。而我们的Method Swizzling就是对这个table进行了操作，让SEL对应另一个IMP。
Method Swizzling使用
在实现Method Swizzling时，核心代码主要就是一个runtime的C语言API：

OBJC_EXPORT void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2) 
 __OSX_***AILABLE_STARTING(__MAC_10_5, __IPHONE_2_0);

实现思路
就拿上面我们说的页面统计的需求来说吧，这个需求在很多公司都很常见，我们下面的Demo就通过Method Swizzling简单的实现这个需求。
我们先给UIViewController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。而且这个方法具有唯一性，也就是只会被调用一次，不用担心资源抢夺的问题。
定义Method Swizzling中我们自定义的方法时，需要注意尽量加前缀，以防止和其他地方命名冲突，Method Swizzling的替换方法命名一定要是唯一的，至少在被替换的类中必须是唯一的。

#import "UIViewController+swizzling.h"
#import @implementation UIViewController (swizzling)

+ (void)load {
    [super load];
    // 通过class_getInstanceMethod()函数从当前对象中的method list获取method结构体，如果是类方法就使用class_getClassMethod()函数获取。
    Method fromMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(viewDidLoad));
    Method toMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(swizzlingViewDidLoad));
    /**
     *  我们在这里使用class_addMethod()函数对Method Swizzling做了一层验证，如果self没有实现被交换的方法，会导致失败。
     *  而且self没有交换的方法实现，但是父类有这个方法，这样就会调用父类的方法，结果就不是我们想要的结果了。
     *  所以我们在这里通过class_addMethod()的验证，如果self实现了这个方法，class_addMethod()函数将会返回NO，我们就可以对其进行交换了。
     */
    if (!class_addMethod([self class], @selector(viewDidLoad), method_getImplementation(toMethod), method_getTypeEncoding(toMethod))) {
        method_exchangeImplementations(fromMethod, toMethod);
    }
}

// 我们自己实现的方法，也就是和self的viewDidLoad方法进行交换的方法。
- (void)swizzlingViewDidLoad {
    NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"%@", self.class];
    // 我们在这里加一个判断，将系统的UIViewController的对象剔除掉
    if(![str containsString:@"UI"]){
        NSLog(@"统计打点 : %@", self.class);
    }
    [self swizzlingViewDidLoad];
}
@end

看到上面的代码，肯定有人会问：楼主，你太粗心了，你在swizzlingViewDidLoad方法中又调用了[self swizzlingViewDidLoad];，这难道不会产生递归调用吗？
答：然而....并不会????。
还记得我们上面的图一和图二吗？Method Swizzling的实现原理可以理解为”方法互换“。假设我们将A和B两个方法进行互换，向A方法发送消息时执行的却是B方法，向B方法发送消息时执行的是A方法。
例如我们上面的代码，系统调用UIViewController的viewDidLoad方法时，实际上执行的是我们实现的swizzlingViewDidLoad方法。而我们在swizzlingViewDidLoad方法内部调用[self swizzlingViewDidLoad];时，执行的是UIViewController的viewDidLoad方法。
Method Swizzling类簇
之前我也说到，在我们项目开发过程中，经常因为NSArray数组越界或者NSDictionary的key或者value值为nil等问题导致的崩溃，对于这些问题苹果并不会报一个警告，而是直接崩溃，感觉苹果这样确实有点“太狠了”。
由此，我们可以根据上面所学，对NSArray、NSMutableArray、NSDictionary、NSMutableDictionary等类进行Method Swizzling，实现方式还是按照上面的例子来做。但是....你发现Method Swizzling根本就不起作用，代码也没写错啊，到底是什么鬼？
这是因为Method Swizzling对NSArray这些的类簇是不起作用的。因为这些类簇类，其实是一种抽象工厂的设计模式。抽象工厂内部有很多其它继承自当前类的子类，抽象工厂类会根据不同情况，创建不同的抽象对象来进行使用。例如我们调用NSArray的objectAtIndex:方法，这个类会在方法内部判断，内部创建不同抽象类进行操作。
所以也就是我们对NSArray类进行操作其实只是对父类进行了操作，在NSArray内部会创建其他子类来执行操作，真正执行操作的并不是NSArray自身，所以我们应该对其“真身”进行操作。
下面我们实现了防止NSArray因为调用objectAtIndex:方法，取下标时数组越界导致的崩溃：

#import "NSArray+LXZArray.h"
#import "objc/runtime.h"
@implementation NSArray (LXZArray)
+ (void)load {
    [super load];
    Method fromMethod = class_getInstanceMethod(objc_getClass("__NSArrayI"), @selector(objectAtIndex:));
    Method toMethod = class_getInstanceMethod(objc_getClass("__NSArrayI"), @selector(lxz_objectAtIndex:));
    method_exchangeImplementations(fromMethod, toMethod);
}

- (id)lxz_objectAtIndex:(NSUInteger)index {
    if (self.count-1 < index) {
        // 这里做一下异常处理，不然都不知道出错了。
        @try {
            return [self lxz_objectAtIndex:index];
        }
        @catch (NSException *exception) {
            // 在崩溃后会打印崩溃信息，方便我们调试。
            NSLog(@"---------- %s Crash Because Method %s  ----------\n", class_getName(self.class), __func__);
            NSLog(@"%@", [exception callStackSymbols]);
            return nil;
    }
        @finally {}
    } else {
        return [self lxz_objectAtIndex:index];
    }
}
@end

大家发现了吗，__NSArrayI才是NSArray真正的类，而NSMutableArray又不一样????。我们可以通过runtime函数获取真正的类：

objc_getClass("__NSArrayI")

下面我们列举一些常用的类簇的“真身”：


Method Swizzling封装
在项目中我们肯定会在很多地方用到Method Swizzling，而且在使用这个特性时有很多需要注意的地方。我们可以将Method Swizzling封装起来，也可以使用一些比较成熟的第三方。
在这里我推荐Github上星最多的一个第三方－jrswizzle
里面核心就两个类，代码看起来非常清爽。

#import @interface NSObject (JRSwizzle)
+ (BOOL)jr_swizzleMethod:(SEL)origSel_ withMethod:(SEL)altSel_ error:(NSError**)error_;
+ (BOOL)jr_swizzleClassMethod:(SEL)origSel_ withClassMethod:(SEL)altSel_ error:(NSError**)error_;
@end

// MethodSwizzle类
#import BOOL ClassMethodSwizzle(Class klass, SEL origSel, SEL altSel);
BOOL MethodSwizzle(Class klass, SEL origSel, SEL altSel);

Method Swizzling危险吗？
既然Method Swizzling可以对这个类的Dispatch Table进行操作，操作后的结果对所有当前类及子类都会产生影响，所以有人认为Method Swizzling是一种危险的技术，用不好很容易导致一些不可预见的bug，这些bug一般都是非常难发现和调试的。
这个问题可以引用念茜大神的一句话：使用 Method Swizzling 编程就好比切菜时使用锋利的刀，一些人因为担心切到自己所以害怕锋利的刀具，可是事实上，使用钝刀往往更容易出事，而利刀更为安全。