一提到Runtime就是

[receiver message];-->objc_msgSend(receiver, selector);

當(dāng)然一切的功能都構(gòu)造相關(guān),所以我們說(shuō)說(shuō)receiver(對(duì)象,NSObject)構(gòu)造

1.isa and super_class

在OC中id可以指向任何一個(gè)對(duì)象實(shí)例

1.1 那么什么是id呢?

// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;

可以看到在typedef內(nèi)已經(jīng)有*,所以id任何一個(gè)對(duì)象實(shí)例都不需要加*

1.2 那么objc_object又是什么呢?

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa;
};

1.3 那么什么是Class呢?

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

1.4 那么什么是objc_class呢?

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
    #if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
    #endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

下載objc源代碼闽巩，在 objc-runtime-new.h 中，我們發(fā)現(xiàn) objc_class有如下定義:

struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass;   
    ...
    ...
}

可以看出無(wú)論是類的對(duì)象實(shí)例還是類都是objc_object
也就是說(shuō)類也是對(duì)象
所以在OC中萬(wàn)物皆對(duì)象

寫兩個(gè)類:Father+Son,Son繼承自Father
回到objc_class的定義

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
    #if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
    #endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

Son的super_class指向Father
Father的super_class指向NSObject
那么
Son的isa又指向什么呢?
Father的isa又指向什么呢?
這里要引入一個(gè)新的概念叫元類.

Class&MetaClass.001.jpg

最奇怪的是循環(huán)鏈的頂層,
NSObject的superclass指向nil
NSObject的isa指向NSObject的元類
NSObject的元類的superclass指向NSObject
NSObject的元類的isa指向NSObject的元類自己

2.objc_class內(nèi)部的各種list

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
    #if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
    #endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

在objc_class結(jié)構(gòu)體中：

• ivars

ivars是指向objc_ivar_list成員變量列表的指針缸榛。

• methodLists

methodLists是指向objc_method_list指針的指針,objc_method_list就是用來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前類的方法鏈表，objc_method存儲(chǔ)了類的某個(gè)方法的信息然眼。

• cache

cache是指向objc_cache結(jié)構(gòu)體的指針揪阿；objc_cache 用來(lái)緩存用過(guò)的方法伟骨，提高性能。

typedef struct objc_cache *Cache                             OBJC2_UNAVAILABLE;
實(shí)際指向objc_cache結(jié)構(gòu)體，如下:

struct objc_cache {
    unsigned int mask /* total = mask + 1 */                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    unsigned int occupied                                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    Method buckets[1]                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
};

mask: 指定分配cache buckets的總數(shù)坚嗜。在方法查找中夯膀，Runtime使用這個(gè)字段確定數(shù)組的索引位置
occupied: 實(shí)際占用cache buckets的總數(shù)
buckets: 指定Method數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針的數(shù)組。這個(gè)數(shù)組可能包含不超過(guò)mask+1個(gè)元素苍蔬。需要注意的是诱建，指針可能是NULL，表示這個(gè)緩存bucket沒(méi)有被占用碟绑，另外被占用的bucket可能是不連續(xù)的俺猿。這個(gè)數(shù)組可能會(huì)隨著時(shí)間而增長(zhǎng)。

cache和methodLists都存儲(chǔ)著一些Method,Method的結(jié)構(gòu)我們會(huì)在說(shuō)消息發(fā)送的時(shí)候具體說(shuō)

3. 屬性與成員變量

3.1 屬性說(shuō)白了還是成員變量

@interface Son : Father
{
    NSInteger _age;
}

@property(nonatomic,copy)NSString * name;

-(void)logMethods;
-(void)logIvars;
-(void)logPropertys;

@end

-(void)logMethods{
    unsigned int outCount = 0;
    Method * methodList = class_copyMethodList(self.class, &outCount);
    for(int i = 0; i < outCount; i++) {
        NSLog(@"Method-%@",NSStringFromSelector(method_getName(methodList[i])));
    }
}

-(void)logIvars
{
    unsigned int outCount = 0;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList(self.class, &outCount);
    for (int i = 0; i < outCount; i++) {
        Ivar ivar = ivars[i];
        const char *propertyName = ivar_getName(ivar);
        NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:propertyName];
        NSLog(@"Ivar-%@",key);
    }
}
-(void)logPropertys
{
    unsigned int outCount = 0;
    objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(self.class, &outCount);
    for (int i = 0; i < outCount; i++) {
        objc_property_t property = properties[i];
        const char *propertyName = property_getName(property);
        NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:propertyName];
        NSLog(@"Property-%@",key);
    }
}

Son * son = [Son new];
[son logPropertys];
[son logIvars];
[son logMethods];

打印:

2017-03-16 11:31:06.218 RuntimeTrain[91944:1371911] Property-name
2017-03-16 11:31:06.219 RuntimeTrain[91944:1371911] Ivar-_age
2017-03-16 11:31:06.219 RuntimeTrain[91944:1371911] Ivar-_name
2017-03-16 11:31:06.219 RuntimeTrain[91944:1371911] Method-logPropertys
2017-03-16 11:31:06.220 RuntimeTrain[91944:1371911] Method-logIvars
2017-03-16 11:31:06.220 RuntimeTrain[91944:1371911] Method-logMethods
2017-03-16 11:31:06.220 RuntimeTrain[91944:1371911] Method-.cxx_destruct
2017-03-16 11:31:06.220 RuntimeTrain[91944:1371911] Method-name
2017-03-16 11:31:06.220 RuntimeTrain[91944:1371911] Method-setName:
2017-03-16 11:31:06.221 RuntimeTrain[91944:1371911] Method-init

可以看出屬性也在包含在成員變量?jī)?nèi),只不過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)的加了一個(gè)set和一個(gè)get方法而已

3.2 Non Fragile ivars

那么什么是Ivar呢格仲？

typedef struct objc_ivar *Ivar;

struct objc_ivar {
    char *ivar_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *ivar_type                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    int ivar_offset                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}   

這里我們注意第三個(gè)成員 ivar_offset押袍。它表示基地址偏移字節(jié)。

在編譯我們的類時(shí)凯肋，編譯器生成了一個(gè) ivar布局谊惭，顯示了在類中從哪可以訪問(wèn)我們的 ivars ∥甓看下圖:

Non_Fragile_ivars_1.png

上圖中圈盔，左側(cè)的數(shù)據(jù)就是地址偏移字節(jié)，我們對(duì) ivar 的訪問(wèn)就可以通過(guò) 對(duì)象地址 ＋ ivar偏移字節(jié)的方法苗桂。但是這又引發(fā)一個(gè)問(wèn)題药磺，看下圖:

Non_Fragile_ivars_2.png

Non_Fragile_ivars_3.png

使用Non Fragile ivars時(shí)便锨，Runtime會(huì)進(jìn)行檢測(cè)來(lái)調(diào)整類中新增的ivar的偏移量。 這樣我們就可以通過(guò) 對(duì)象地址 ＋ 基類大小 + ivar偏移字節(jié)的方法來(lái)計(jì)算出ivar相應(yīng)的地址我碟，并訪問(wèn)到相應(yīng)的ivar放案。

@interface Student : NSObject
{
    @private
    int age;
}
@end

@implementation Student

- (NSString *)description
{
    NSLog(@"current pointer = %p", self);
    NSLog(@"age pointer = %p", &age);
    return [NSString stringWithFormat:@"age = %d", age];
}
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Student *student = [[Student alloc] init];
        Ivar age_ivar = class_getInstanceVariable(object_getClass(student), "age");
        int *age_pointer = (int *)((__bridge void *)(student) + ivar_getOffset(age_ivar));
        NSLog(@"age ivar offset = %td", ivar_getOffset(age_ivar));
        *age_pointer = 10;
        NSLog(@"%@", student);
    }
    return 0;
}

打印:

2014-11-08 18:24:38.892 Test[4143:466864] age ivar offset = 8
2014-11-08 18:24:38.893 Test[4143:466864] current pointer = 0x1001002d0
2014-11-08 18:24:38.893 Test[4143:466864] age pointer = 0x1001002d8
2014-11-08 18:24:38.894 Test[4143:466864] age = 10

4. 消息發(fā)送+轉(zhuǎn)發(fā)流程

4.1 消息發(fā)送

• SEL

selector是方法選擇器，可以理解為區(qū)分方法的 ID矫俺，而這個(gè) ID 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是SEL:

typedef struct objc_selector *SEL;

其實(shí)它就是個(gè)映射到方法的C字符串吱殉，你可以用 Objc 編譯器命令@selector()或者 Runtime 系統(tǒng)的sel_registerName函數(shù)來(lái)獲得一個(gè)SEL類型的方法選擇器
不同類中相同名字的方法所對(duì)應(yīng)的方法選擇器是相同的，即使方法名字相同而變量類型不同也會(huì)導(dǎo)致它們具有相同的方法選擇器

• IMP

typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);

它就是一個(gè)函數(shù)指針厘托，這是由編譯器生成的友雳。當(dāng)你發(fā)起一個(gè) ObjC 消息之后，最終它會(huì)執(zhí)行的那段代碼铅匹，就是由這個(gè)函數(shù)指針指定的押赊。而 IMP 這個(gè)函數(shù)指針就指向了這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)。既然得到了執(zhí)行某個(gè)實(shí)例某個(gè)方法的入口包斑，我們就可以繞開(kāi)消息傳遞階段流礁，直接執(zhí)行方法

• Mothed

typedef struct objc_method *Method;

struct objc_method {
    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
} 

objc_class內(nèi)的objc_method_list結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)著objc_method數(shù)組列表
objc_class內(nèi)的cache結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)著使用過(guò)objc_method的數(shù)組列表

以上兩個(gè)objc_method的數(shù)組列表就像字典:一個(gè)Method代表一個(gè)鍵值對(duì),鍵就是選擇器(SEL)涕俗，值是一個(gè)實(shí)現(xiàn)(IMP),消息在發(fā)送過(guò)程中的方法查找也就是用了這樣的鍵值對(duì)進(jìn)行查找的

1.檢查selector是否需要忽略。(ps: Mac開(kāi)發(fā)中開(kāi)啟GC就會(huì)忽略retain,release方法神帅。)
2.檢查target是否為nil再姑。如果為nil，直接cleanup找御，然后return元镀。(這就是我們可以向nil發(fā)送消息的原因。)
3.然后在target的Class中根據(jù)Selector去找IMP

尋找IMP的過(guò)程:

4.先從當(dāng)前class的cache方法列表（cache methodLists）里去找
5.找到了萎坷，跳到對(duì)應(yīng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)
6.沒(méi)找到凹联，就從class的方法列表（methodLists）里找
7.還找不到，就到super class的方法列表里找哆档，直到找到基類(NSObject)為止
8.最后再找不到蔽挠，就會(huì)進(jìn)入動(dòng)態(tài)方法解析和消息轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)制

4.2 消息轉(zhuǎn)發(fā)

當(dāng)你給一個(gè)對(duì)象發(fā)送了一條它無(wú)法識(shí)別的消息的時(shí)候,就有了消息轉(zhuǎn)發(fā)

// 第一步：實(shí)現(xiàn)此方法，在調(diào)用對(duì)象的某方法找不到時(shí)瓜浸，會(huì)先調(diào)用此方法澳淑，允許
// 我們動(dòng)態(tài)添加方法實(shí)現(xiàn)
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel//1
{
   // 我們這里沒(méi)有聲明有eat方法，因此插佛，我們可以動(dòng)態(tài)添加eat方法
    if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"dynamicMehod"]) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)dynamicMehod, "v@:");//dynamicMehod是C函數(shù)
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
// 第二步:返回一個(gè)其他的對(duì)象來(lái)處理這個(gè)SEL
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector//2
{
    return someObject or nil;
}
// 第三步:返回方法簽名杠巡。如果返回nil，則表示無(wú)法處理消息 調(diào)用-doesNotRecognizeSelector
-(NSMethodSignature*)methodSignatureForSelector:(SEL)selector//3
{
    if ([NSStringFromSelector(aSelector) isEqualToString:@"dynamicMehod"]) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
// 第四步雇寇，返回了方法簽名氢拥，都會(huì)進(jìn)入這一步，這一步用戶調(diào)用方法
// 改變調(diào)用對(duì)象等
// 當(dāng)我們實(shí)現(xiàn)了此方法后锨侯，-doesNotRecognizeSelector:不會(huì)再被調(diào)用
// 如果要測(cè)試找不到方法嫩海，可以注釋掉這一個(gè)方法
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation//4
{
 // 我們還可以改變方法選擇器
    [anInvocation setSelector:@selector(anyMethod)];//另一個(gè)OC方法
    // 改變方法選擇器后，還需要指定是哪個(gè)對(duì)象的方法
    [anInvocation invokeWithTarget:self];
}
-(void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector
{
}

消息轉(zhuǎn)發(fā)一旦奏效,表面是看是一個(gè)對(duì)象也能對(duì)一條它無(wú)法識(shí)別的消息做出反應(yīng),但萬(wàn)不能以為就是用respondsToSelector:去檢測(cè)receiver和message的關(guān)系也會(huì)返回YES,那就大錯(cuò)特錯(cuò)了.轉(zhuǎn)發(fā)是假象,respondsToSelector:是走最傳統(tǒng)的消息發(fā)送機(jī)制來(lái)檢測(cè)的.

5.category

一個(gè)類的設(shè)計(jì)不可能完美,也不會(huì)完全按照你的想象來(lái),我們想給一個(gè)類加屬性加方法,除了寫一個(gè)類繼承這個(gè)類,category也是很好的選擇
具體請(qǐng)看美團(tuán)的這篇文章
在part2:runtime的應(yīng)用中我們會(huì)大量的使用category

文章參考:

• 刨根問(wèn)底Objective－C Runtime
• 神經(jīng)病院Objective-C Runtime
• ios runtime淺析