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「iOS」黑魔法——方法交换

网友: 技术文档 2025-07-26 20:13:49

黑魔法

  • 【iOS】方法交换（Method-Swizzling）
    • 一、什么是 Method-Swizzling
      • 原理图示
    • 二、相关 API
    • 三、方法交换的风险
      • 风险 1：多次交换导致逻辑混乱
      • 风险 2：跨类交换引发崩溃
          • 要在当前类的方法中进行交换
      • 风险 3：递归调用导致栈溢出
    • 四、方法交换的应用
      • 封装通用交换函数
      • 数组越界防护
        • 类簇问题

【iOS】方法交换（Method-Swizzling）

在 iOS 开发中，Method-Swizzling（方法交换） 是一种基于 Objective-C 运行时的高级技术，允许在程序运行时动态修改方法的实现。

一、什么是 Method-Swizzling

method-swizzling的含义是方法交换，其主要作用是在运行时将一个方法的实现替换成另一个方法的实现，这就是我们常说的iOS黑魔法。

每个 Objective-C 类维护一个方法列表（methodList），每个方法由选择器（SEL）和实现（IMP）组成。通过交换两个方法的IMP，可以在不修改原有代码的前提下，动态改变方法。

  • 在OC中就是利用method-swizzling实现AOP，其中AOP(Aspect Oriented Programming，面向切面编程)是一种编程的思想，区别于OOP（面向对象编程）

    • OOP和AOP都是一种编程的思想
    • OOP编程思想更加倾向于对业务模块的封装，划分出更加清晰的逻辑单元；
    • 而AOP是面向切面进行提取封装，提取各个模块中的公共部分，提高模块的复用率，降低业务之间的耦合性。

  • 每个类都维护着一个方法列表，即methodList，methodList中有不同的方法即Method，每个方法中包含了方法的sel和IMP，方法交换就是将sel和imp原本的对应断开，并将sel和新的IMP生成对应关系

原理图示

「iOS」黑魔法——方法交换

二、相关 API

Objective-C 运行时提供了一系列操作方法列表的 API，核心函数如下：

函数名 作用描述 class_getInstanceMethod 获取类的实例方法（-开头的方法） class_getClassMethod 获取类的类方法（+开头的方法） method_getImplementation 获取方法的具体实现（IMP） method_setImplementation 设置方法的具体实现（IMP） method_exchangeImplementations 交换两个方法的实现（核心函数） class_addMethod 向类中添加新方法 class_replaceMethod 替换类中已有方法的实现

  • IMP 是指向函数的指针，形如 id (*IMP)(id, SEL, ...)，包含接收者（self）和选择器（_cmd）参数。

  • method_exchangeImplementations 会直接交换两个方法的IMP，适用于当前类已实现的方法交换。

三、方法交换的风险

风险 1：多次交换导致逻辑混乱

问题：load 方法可能被多次调用（如分类继承链），导致方法交换重复执行，SEL 与 IMP 指向错乱。解决方案：使用 dispatch_once 确保交换逻辑只执行一次。

+ (void)load { static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{ [self swizzleMethod]; }); }

风险 2：跨类交换引发崩溃

在下面这段代码:

//父类#import <Foundation/Foundation.h>NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN@interface CJLPerson : NSObject- (void)sayBye; // 原始方法@endNS_ASSUME_NONNULL_END//父类实现#import \"CJLPerson.h\"@implementation CJLPerson- (void)sayBye { NSLog(@\"CJLPerson sayBye\");}@end //子类定义#import \"CJLPerson.h\"NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN@interface CJLTeacher : CJLPerson- (void)sayBye; @endNS_ASSUME_NONNULL_END //子类实现#import \"CJLTeacher.h\"#import <objc/runtime.h>@implementation CJLTeacher// 方法交换逻辑+ (void)load { static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{ NSLog(@\"[Load] Start method swizzling\"); // 交换当前类（CJLTeacher）的 sayBye 和 sayNO [self GC_MethodSwizzlingWithClass:self originalSEL:@selector(sayBye) swizzledSEL:@selector(sayNO)]; });}// 方法交换+ (void)GC_MethodSwizzlingWithClass:(Class)cls originalSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swiSEL { if (!cls) return; // 获取原始方法和交换方法 Method originalMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL); Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(cls, swiSEL); method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod); NSLog(@\"[Swizzling] Success: %@  %@\", NSStringFromSelector(oriSEL), NSStringFromSelector(swiSEL));}// 交换后的方法- (void)sayNO { NSLog(@\"[Before] Call original method via %@\", NSStringFromSelector(@selector(sayBye))); [self sayNO]; NSLog(@\"[After] Swizzled method: %s\", __func__);}@end

「iOS」黑魔法——方法交换

这里的报错也就是发现我们在这个CJLPerson类中没有找到对应的方法,因为我相当于把子类的方法交换到了父类中,父类的方法列表中找不到子类的方法,但是子类可以找到对应的方法,所以问题就是子类不可以和父类交换方法,会导致父类的方法出现问题.

如果要进行交换可以采用下面的方式

通过class_addMethod尝试添加你要交换的方法:

+ (void)GC_MethodSwizzlingWithClass:(Class)cls originalSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swiSEL { if (!cls) return; // 获取原始方法和交换方法 Method originalMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL); Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(cls, swiSEL); //尝试向类中添加原始方法（处理方法未实现的情况） BOOL didAddMethod = class_addMethod(cls,  oriSEL,  method_getImplementation(swizzledMethod),  method_getTypeEncoding(swizzledMethod)); if (didAddMethod) { // 添加成功：说明原始方法未实现，将交换方法替换为原始实现 class_replaceMethod(cls, swiSEL, method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod)); } else { // 直接交换两个方法的实现 method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod); } NSLog(@\"[Swizzling] Success: %@  %@\", NSStringFromSelector(oriSEL), NSStringFromSelector(swiSEL));}

即可正常实现

「iOS」黑魔法——方法交换

  • 要在当前类的方法中进行交换

    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。

风险 3：递归调用导致栈溢出

如果两个方法都没有实现会进入无限递归也就是无限循环,导致我们的一个栈溢出:

原因是 栈溢出，递归死循环了，那么为什么会发生递归呢？----主要是因为 父类方法没有实现，然后在方法交换时，始终都找不到oriMethod，然后交换了寂寞，即交换失败，当我们调用父类的（oriMethod）时，也就是oriMethod会进入LG中子类的方法，然后这个方法中又调用了自己，此时的子类方法并没有指向oriMethod ，然后导致了自己调自己，即递归死循环

优化：

  • 交换后始终通过原方法名调用原始实现，避免直接使用新方法名。

  • 使用 method_getImplementation 获取原始 IMP 并缓存。

四、方法交换的应用

封装通用交换函数 

+ (void)safeMethodSwizzlingForClass:(Class)cls originalSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swiSEL { if (!cls) return; // 获取原始方法与交换方法  Method originalMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL); Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(cls, swiSEL); // 尝试向类中添加原始方法（处理父类方法未实现的情况）  BOOL didAddMethod = class_addMethod(cls,  oriSEL,  method_getImplementation(swizzledMethod),  method_getTypeEncoding(swizzledMethod)); if (didAddMethod) { // 添加成功：说明原始方法未实现，将交换方法的实现替换为原始方法  class_replaceMethod(cls, swiSEL, method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod)); } else { // 添加失败：直接交换两个方法的实现  method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod); } }

数组越界防护

类簇问题

NSArray、NSDictionary 等 Foundation 类是类簇（Class Cluster），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。

其实际实现类（真身）如下表：

公开类名 实际实现类 NSArray __NSArrayI NSMutableArray __NSArrayM NSDictionary __NSDictionaryI NSMutableDictionary __NSDictionaryM 
// NSArray+CrashProtection.h #import <Foundation/Foundation.h>#import <objc/runtime.h>// NSArray分类实现越界保护@interface NSArray (CrashProtection)@end@implementation NSArray (CrashProtection)+ (void)load { static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{ // 处理各种数组类型 // 不可变数组 [self swizzleMethodWithClass:NSClassFromString(@\"__NSArrayI\")]; // 可变数组 [self swizzleMethodWithClass:NSClassFromString(@\"__NSArrayM\")]; // 空数组 [self swizzleMethodWithClass:NSClassFromString(@\"__NSArray0\")]; // 单元素数组 [self swizzleMethodWithClass:NSClassFromString(@\"__NSSingleObjectArrayI\")]; // 常量数组 (这是上面报错的类型) [self swizzleMethodWithClass:NSClassFromString(@\"NSConstantArray\")]; // 另一种常见的数组类型 [self swizzleMethodWithClass:NSClassFromString(@\"__NSPlaceholderArray\")]; // 直接处理NSArray类本身和子类 [self swizzleArrayClass:[NSArray class]]; [self swizzleArrayClass:[NSMutableArray class]]; });}// 处理NSArray类及其子类+ (void)swizzleArrayClass:(Class)cls { // 交换objectAtIndex:方法 [self swizzleMethod:cls originalSel:@selector(objectAtIndex:) swizzledSel:@selector(safe_objectAtIndex:)]; // 交换objectAtIndexedSubscript:方法 [self swizzleMethod:cls originalSel:@selector(objectAtIndexedSubscript:) swizzledSel:@selector(safe_objectAtIndexedSubscript:)];}// 处理具体的类+ (void)swizzleMethodWithClass:(Class)cls { if (!cls) return; [self swizzleArrayClass:cls];}// 方法交换的核心实现+ (void)swizzleMethod:(Class)cls originalSel:(SEL)originalSel swizzledSel:(SEL)swizzledSel { Method originalMethod = class_getInstanceMethod(cls, originalSel); Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod([self class], swizzledSel); if (!originalMethod || !swizzledMethod) return; // 先尝试给原类添加方法实现 BOOL didAddMethod = class_addMethod(cls,  swizzledSel,  method_getImplementation(swizzledMethod),  method_getTypeEncoding(swizzledMethod)); if (didAddMethod) { // 添加成功后，用原始方法替换添加的方法 Method newMethod = class_getInstanceMethod(cls, swizzledSel); method_exchangeImplementations(originalMethod, newMethod); } else { // 添加失败，说明已经存在这个方法，直接交换 method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod); }}// 安全的objectAtIndex:方法实现- (id)safe_objectAtIndex:(NSUInteger)index { if (index >= self.count) { NSLog(@\"[数组越界警告] 尝试访问的索引 %lu 超出了数组范围 (数组长度: %lu, 类型: %@)\",  (unsigned long)index, (unsigned long)self.count, NSStringFromClass([self class])); return nil; } return [self safe_objectAtIndex:index];}// 安全的objectAtIndexedSubscript:方法实现（处理数组下标访问）- (id)safe_objectAtIndexedSubscript:(NSUInteger)index { if (index >= self.count) { NSLog(@\"[数组越界警告] 尝试通过下标 %lu 访问超出了数组范围 (数组长度: %lu, 类型: %@)\",  (unsigned long)index, (unsigned long)self.count, NSStringFromClass([self class])); return nil; } return [self safe_objectAtIndexedSubscript:index];}@endint main(int argc, const char * argv[]) { @autoreleasepool { NSArray *array = @[@\"一\", @\"二\", @\"三\"]; NSLog(@\"数组类型: %@\", NSStringFromClass([array class])); // 正常访问 NSLog(@\"正常访问: %@\", array[1]); // 越界访问 - 使用下标方式 NSLog(@\"越界访问[5]: %@\", array[5]); // 越界访问 - 使用objectAtIndex方式 NSLog(@\"越界访问(objectAtIndex:10): %@\", [array objectAtIndex:10]); // 测试空数组 NSArray *emptyArray = @[]; NSLog(@\"空数组类型: %@\", NSStringFromClass([emptyArray class])); NSLog(@\"空数组越界访问[0]: %@\", emptyArray[0]); // 测试可变数组 NSMutableArray *mutableArray = [NSMutableArray arrayWithObjects:@\"A\", @\"B\", @\"C\", nil]; NSLog(@\"可变数组类型: %@\", NSStringFromClass([mutableArray class])); NSLog(@\"可变数组越界访问[5]: %@\", mutableArray[5]); } return 0;}

结果如下图：
「iOS」黑魔法——方法交换

五、注意事项

  1. **仅在 **load方法中执行交换：load 方法在类加载时自动调用，早于其他方法执行，确保交换逻辑优先生效。

  2. **避免依赖 **_cmd 参数：交换后 SEL 与 IMP 的映射关系改变，直接使用 _cmd 可能导致选择器匹配错误。

  3. 单元测试验证：复杂交换逻辑需通过单元测试覆盖边界情况（如递归调用、父类方法覆盖）。

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