runtime 如何实现 weak 属性

出题者简介： 孙源（sunnyxx），目前就职于百度

整理者简介：陈奕龙（子循），目前就职于滴滴出行。

转载者：豆电雨（starain）微信：doudianyu

要实现 weak 属性，首先要搞清楚 weak 属性的特点：

weak 此特质表明该属性定义了一种“非拥有关系” (nonowning relationship)。为这种属性设置新值时，设置方法既不保留新值，也不释放旧值。此特质同 assign 类似， 然而在属性所指的对象遭到摧毁时，属性值也会清空(nil out)。

那么 runtime 如何实现 weak 变量的自动置nil？

runtime 对注册的类， 会进行布局，对于 weak 对象会放入一个 hash 表中。 用 weak 指向的对象内存地址作为 key，当此对象的引用计数为0的时候会 dealloc，假如 weak 指向的对象内存地址是a，那么就会以a为键， 在这个 weak 表中搜索，找到所有以a为键的 weak 对象，从而设置为 nil。

（注：在下文的《使用runtime Associate方法关联的对象，需要在主对象dealloc的时候释放么？》里给出的“对象的内存销毁时间表”也提到__weak引用的解除时间。）

我们可以设计一个函数（伪代码）来表示上述机制：

objc_storeWeak(&a, b)函数：

objc_storeWeak函数把第二个参数--赋值对象（b）的内存地址作为键值key，将第一个参数--weak修饰的属性变量（a）的内存地址（&a）作为value，注册到 weak 表中。如果第二个参数（b）为0（nil），那么把变量（a）的内存地址（&a）从weak表中删除，

你可以把objc_storeWeak(&a, b)理解为：objc_storeWeak(value, key)，并且当key变nil，将value置nil。

在b非nil时，a和b指向同一个内存地址，在b变nil时，a变nil。此时向a发送消息不会崩溃：在Objective-C中向nil发送消息是安全的。

而如果a是由 assign 修饰的，则： 在 b 非 nil 时，a 和 b 指向同一个内存地址，在 b 变 nil 时，a 还是指向该内存地址，变野指针。此时向 a 发送消息极易崩溃。

下面我们将基于objc_storeWeak(&a, b)函数，使用伪代码模拟“runtime如何实现weak属性”：

// 使用伪代码模拟：runtime如何实现weak属性
// http://weibo.com/luohanchenyilong/
// https://github.com/ChenYilong

 id obj1;
 objc_initWeak(&obj1, obj);
/*obj引用计数变为0，变量作用域结束*/
 objc_destroyWeak(&obj1);

下面对用到的两个方法objc_initWeak和objc_destroyWeak做下解释：

总体说来，作用是： 通过objc_initWeak函数初始化“附有weak修饰符的变量（obj1）”，在变量作用域结束时通过objc_destoryWeak函数释放该变量（obj1）。

下面分别介绍下方法的内部实现：

objc_initWeak函数的实现是这样的：在将“附有weak修饰符的变量（obj1）”初始化为0（nil）后，会将“赋值对象”（obj）作为参数，调用objc_storeWeak函数。

obj1 = 0；
obj_storeWeak(&obj1, obj);

也就是说：

weak 修饰的指针默认值是 nil （在Objective-C中向nil发送消息是安全的）

然后obj_destroyWeak函数将0（nil）作为参数，调用objc_storeWeak函数。

objc_storeWeak(&obj1, 0);

前面的源代码与下列源代码相同。

// 使用伪代码模拟：runtime如何实现weak属性
// http://weibo.com/luohanchenyilong/
// https://github.com/ChenYilong

id obj1;
obj1 = 0;
objc_storeWeak(&obj1, obj);
/* ... obj的引用计数变为0，被置nil ... */
objc_storeWeak(&obj1, 0);

objc_storeWeak 函数把第二个参数--赋值对象（obj）的内存地址作为键值，将第一个参数--weak修饰的属性变量（obj1）的内存地址注册到 weak 表中。如果第二个参数（obj）为0（nil），那么把变量（obj1）的地址从 weak 表中删除，在后面的相关一题会详解。

使用伪代码是为了方便理解，下面我们“真枪实弹”地实现下：

如何让不使用weak修饰的@property，拥有weak的效果。

我们从setter方法入手：

- (void)setObject:(NSObject *)object
{
    objc_setAssociatedObject(self, "object", object, OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
    [object cyl_runAtDealloc:^{
        _object = nil;
    }];
}

也就是有两个步骤：

1. 在setter方法中做如下设置：

         objc_setAssociatedObject(self, "object", object, OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);

2. 在属性所指的对象遭到摧毁时，属性值也会清空(nil out)。做到这点，同样要借助 runtime：

   //要销毁的目标对象
   id objectToBeDeallocated;
   //可以理解为一个“事件”：当上面的目标对象销毁时，同时要发生的“事件”。
   id objectWeWantToBeReleasedWhenThatHappens;
   objc_setAssociatedObject(objectToBeDeallocted,
                        someUniqueKey,
                        objectWeWantToBeReleasedWhenThatHappens,
                        OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);

知道了思路，我们就开始实现 cyl_runAtDealloc 方法，实现过程分两部分：

第一部分：创建一个类，可以理解为一个“事件”：当目标对象销毁时，同时要发生的“事件”。借助 block 执行“事件”。

// .h文件

// .h文件
// http://weibo.com/luohanchenyilong/
// https://github.com/ChenYilong
// 这个类，可以理解为一个“事件”：当目标对象销毁时，同时要发生的“事件”。借助block执行“事件”。

typedef void (^voidBlock)(void);

@interface CYLBlockExecutor : NSObject

- (id)initWithBlock:(voidBlock)block;

@end

// .m文件

// .m文件
// http://weibo.com/luohanchenyilong/
// https://github.com/ChenYilong
// 这个类，可以理解为一个“事件”：当目标对象销毁时，同时要发生的“事件”。借助block执行“事件”。

#import "CYLBlockExecutor.h"

@interface CYLBlockExecutor() {
    voidBlock _block;
}
@implementation CYLBlockExecutor

- (id)initWithBlock:(voidBlock)aBlock
{
    self = [super init];

    if (self) {
        _block = [aBlock copy];
    }

    return self;
}

- (void)dealloc
{
    _block ? _block() : nil;
}

@end

第二部分：核心代码：利用runtime实现cyl_runAtDealloc方法

// CYLNSObject+RunAtDealloc.h文件
// http://weibo.com/luohanchenyilong/
// https://github.com/ChenYilong
// 利用runtime实现cyl_runAtDealloc方法

#import "CYLBlockExecutor.h"

const void *runAtDeallocBlockKey = &runAtDeallocBlockKey;

@interface NSObject (CYLRunAtDealloc)

- (void)cyl_runAtDealloc:(voidBlock)block;

@end

// CYLNSObject+RunAtDealloc.m文件
// http://weibo.com/luohanchenyilong/
// https://github.com/ChenYilong
// 利用runtime实现cyl_runAtDealloc方法

#import "CYLNSObject+RunAtDealloc.h"
#import "CYLBlockExecutor.h"

@implementation NSObject (CYLRunAtDealloc)

- (void)cyl_runAtDealloc:(voidBlock)block
{
    if (block) {
        CYLBlockExecutor *executor = [[CYLBlockExecutor alloc] initWithBlock:block];

        objc_setAssociatedObject(self,
                                 runAtDeallocBlockKey,
                                 executor,
                                 OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
    }
}

@end

使用方法： 导入

    #import "CYLNSObject+RunAtDealloc.h"

然后就可以使用了：

NSObject *foo = [[NSObject alloc] init];

[foo cyl_runAtDealloc:^{
    NSLog(@"正在释放foo!");
}];

如果对 cyl_runAtDealloc 的实现原理有兴趣，可以看下这篇博文 Fun With the Objective-C Runtime: Run Code at Deallocation of Any Object