類和對象

Objective-C語言是一門動態(tài)語言佣赖，它將很多靜態(tài)語言在編譯和鏈接時期做的事放到了運行時來處理。這種動態(tài)語言的優(yōu)勢在于：我們寫代碼時更具靈活性脖隶，如我們可以把消息轉(zhuǎn)發(fā)給我們想要的對象嗅定，或者隨意交換一個方法的實現(xiàn)等。

這種特性意味著Objective-C不僅需要一個編譯器番捂，還需要一個運行時系統(tǒng)來執(zhí)行編譯的代碼个唧。對于Objective-C來說，這個運行時系統(tǒng)就像一個操作系統(tǒng)一樣：它讓所有的工作可以正常的運行设预。這個運行時系統(tǒng)即Objc Runtime徙歼。Objc Runtime其實是一個Runtime庫，它基本上是用C和匯編寫的鳖枕，這個庫使得C語言有了面向?qū)ο蟮哪芰Α?/p>

Runtime庫主要做下面幾件事：

封裝：在這個庫中魄梯，對象可以用C語言中的結(jié)構(gòu)體表示，而方法可以用C函數(shù)來實現(xiàn)宾符，另外再加上了一些額外的特性酿秸。這些結(jié)構(gòu)體和函數(shù)被runtime函數(shù)封裝后，我們就可以在程序運行時創(chuàng)建魏烫，檢查辣苏，修改類肝箱、對象和它們的方法了。
找出方法的最終執(zhí)行代碼：當(dāng)程序執(zhí)行[object doSomething]時考润，會向消息接收者(object)發(fā)送一條消息(doSomething)狭园，runtime會根據(jù)消息接收者是否能響應(yīng)該消息而做出不同的反應(yīng)。這將在后面詳細(xì)介紹糊治。
Objective-C runtime目前有兩個版本：Modern runtime和Legacy runtime唱矛。Modern Runtime 覆蓋了64位的Mac OS X Apps，還有 iOS Apps井辜，Legacy Runtime 是早期用來給32位 Mac OS X Apps 用的绎谦，也就是可以不用管就是了。

在這一系列文章中粥脚，我們將介紹runtime的基本工作原理窃肠，以及如何利用它讓我們的程序變得更加靈活。在本文中刷允，我們先來介紹一下類與對象冤留，這是面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)，我們看看在Runtime中树灶，類是如何實現(xiàn)的纤怒。

類與對象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Class

Objective-C類是由Class類型來表示的，它實際上是一個指向objc_class結(jié)構(gòu)體的指針天通。它的定義如下：

typedef struct objc_class *Class;

查看objc/runtime.h中objc_class結(jié)構(gòu)體的定義如下：

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
    
#if !__OBJC2__
    Class super_class                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 父類
    const char *name                        OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類名
    long version                            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類的版本信息泊窘，默認(rèn)為0
    long info                               OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類信息，供運行期使用的一些位標(biāo)識
    long instance_size                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 該類的實例變量大小
    struct objc_ivar_list *ivars            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 該類的成員變量鏈表
    struct objc_method_list **methodLists   OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法定義的鏈表
    struct objc_cache *cache                OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法緩存
    struct objc_protocol_list *protocols    OBJC2_UNAVAILABLE;  // 協(xié)議鏈表
#endif
    
} OBJC2_UNAVAILABLE;

在這個定義中像寒，下面幾個字段是我們感興趣的

• isa：需要注意的是在Objective-C中烘豹，所有的類自身也是一個對象，這個對象的Class里面也有一個isa指針诺祸，它指向metaClass(元類)携悯，我們會在后面介紹它。
• super_class：指向該類的父類筷笨，如果該類已經(jīng)是最頂層的根類(如NSObject或NSProxy)蚌卤，則super_class為NULL。
• cache：用于緩存最近使用的方法奥秆。一個接收者對象接收到一個消息時，它會根據(jù)isa指針去查找能夠響應(yīng)這個消息的對象咸灿。在實際使用中构订，這個對象只有一部分方法是常用的，很多方法其實很少用或者根本用不上避矢。這種情況下悼瘾，如果每次消息來時囊榜，我們都是methodLists中遍歷一遍，性能勢必很差亥宿。這時卸勺，cache就派上用場了。在我們每次調(diào)用過一個方法后烫扼，這個方法就會被緩存到cache列表中曙求，下次調(diào)用的時候runtime就會優(yōu)先去cache中查找，如果cache沒有映企，才去methodLists中查找方法悟狱。這樣，對于那些經(jīng)常用到的方法的調(diào)用堰氓，但提高了調(diào)用的效率挤渐。
• version：我們可以使用這個字段來提供類的版本信息。這對于對象的序列化非常有用双絮，它可是讓我們識別出不同類定義版本中實例變量布局的改變浴麻。

針對cache，我們用下面例子來說明其執(zhí)行過程：

NSArray *array = [[NSArray alloc] init];

其流程是：

• [NSArray alloc]先被執(zhí)行囤攀。因為NSArray沒有+alloc方法软免，于是去父類NSObject去查找。
• 檢測NSObject是否響應(yīng)+alloc方法抚岗，發(fā)現(xiàn)響應(yīng)或杠，于是檢測NSArray類，并根據(jù)其所需的內(nèi)存空間大小開始分配內(nèi)存空間宣蔚，然后把isa指針指向NSArray類向抢。同時，+alloc也被加進(jìn)cache列表里面胚委。
• 接著挟鸠，執(zhí)行-init方法，如果NSArray響應(yīng)該方法亩冬，則直接將其加入cache艘希；如果不響應(yīng)，則去父類查找硅急。
• 在后期的操作中覆享，如果再以[[NSArray alloc] init]這種方式來創(chuàng)建數(shù)組，則會直接從cache中取出相應(yīng)的方法营袜，直接調(diào)用撒顿。

objc_object與id

objc_object是表示一個類的實例的結(jié)構(gòu)體，它的定義如下(objc/objc.h)：

struct objc_object { 
    Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
typedef struct objc_object *id;

可以看到荚板，這個結(jié)構(gòu)體只有一個字體凤壁，即指向其類的isa指針吩屹。這樣，當(dāng)我們向一個Objective-C對象發(fā)送消息時拧抖，運行時庫會根據(jù)實例對象的isa指針找到這個實例對象所屬的類煤搜。Runtime庫會在類的方法列表及父類的方法列表中去尋找與消息對應(yīng)的selector指向的方法。找到后即運行這個方法唧席。

當(dāng)創(chuàng)建一個特定類的實例對象時擦盾，分配的內(nèi)存包含一個objc_object數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后是類的實例變量的數(shù)據(jù)袱吆。NSObject類的alloc和allocWithZone:方法使用函數(shù)class_createInstance來創(chuàng)建objc_object數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)厌衙。

另外還有我們常見的id，它是一個objc_object結(jié)構(gòu)類型的指針绞绒。它的存在可以讓我們實現(xiàn)類似于C++中泛型的一些操作婶希。該類型的對象可以轉(zhuǎn)換為任何一種對象，有點類似于C語言中void *指針類型的作用蓬衡。

objc_cache

上面提到了objc_class結(jié)構(gòu)體中的cache字段喻杈，它用于緩存調(diào)用過的方法。這個字段是一個指向objc_cache結(jié)構(gòu)體的指針狰晚，其定義如下：

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

該結(jié)構(gòu)體的字段描述如下：

• mask：一個整數(shù)筒饰，指定分配的緩存bucket的總數(shù)。在方法查找過程中壁晒，Objective-C runtime使用這個字段來確定開始線性查找數(shù)組的索引位置瓷们。指向方法selector的指針與該字段做一個AND位操作(index = (mask & selector))。這可以作為一個簡單的hash散列算法秒咐。
• occupied：一個整數(shù)谬晕，指定實際占用的緩存bucket的總數(shù)。
• buckets：指向Method數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針的數(shù)組携取。這個數(shù)組可能包含不超過mask+1個元素攒钳。需要注意的是，指針可能是NULL雷滋，表示這個緩存bucket沒有被占用不撑，另外被占用的bucket可能是不連續(xù)的。這個數(shù)組可能會隨著時間而增長晤斩。

元類(Meta Class)

在上面我們提到焕檬，所有的類自身也是一個對象，我們可以向這個對象發(fā)送消息(即調(diào)用類方法)澳泵。如：

NSArray *array = [NSArray array];

這個例子中实愚，+array消息發(fā)送給了NSArray類，而這個NSArray也是一個對象。既然是對象爆侣，那么它也是一個objc_object指針，它包含一個指向其類的一個isa指針幢妄。那么這些就有一個問題了兔仰，這個isa指針指向什么呢？為了調(diào)用+array方法蕉鸳，這個類的isa指針必須指向一個包含這些類方法的一個objc_class結(jié)構(gòu)體乎赴。這就引出了meta-class的概念

meta-class是一個類對象的類。

當(dāng)我們向一個對象發(fā)送消息時潮尝，runtime會在這個對象所屬的這個類的方法列表中查找方法榕吼；而向一個類發(fā)送消息時，會在這個類的meta-class的方法列表中查找勉失。
meta-class之所以重要羹蚣，是因為它存儲著一個類的所有類方法。每個類都會有一個單獨的meta-class乱凿，因為每個類的類方法基本不可能完全相同顽素。
再深入一下，meta-class也是一個類徒蟆，也可以向它發(fā)送一個消息胁出，那么它的isa又是指向什么呢？為了不讓這種結(jié)構(gòu)無限延伸下去段审，Objective-C的設(shè)計者讓所有的meta-class的isa指向基類的meta-class全蝶，以此作為它們的所屬類。即寺枉，任何NSObject繼承體系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作為自己的所屬類抑淫，而基類的meta-class的isa指針是指向它自己。這樣就形成了一個完美的閉環(huán)型凳。

對于NSObject繼承體系來說丈冬，其實例方法對體系中的所有實例、類和meta-class都是有效的甘畅；而類方法對于體系內(nèi)的所有類和meta-class都是有效的埂蕊。
講了這么多，我們還是來寫個例子吧：

void TestMetaClass(id self, SEL _cmd) {
    
    NSLog(@"This objcet is %p", self);
    NSLog(@"Class is %@, super class is %@", [self class], [self superclass]);
    
    Class currentClass = [self class];
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        NSLog(@"Following the isa pointer %d times gives %p", i, currentClass);
        currentClass = objc_getClass((__bridge void *)currentClass);
    }
    
    NSLog(@"NSObject's class is %p", [NSObject class]);
    NSLog(@"NSObject's meta class is %p", objc_getClass((__bridge void *)[NSObject class]));
}

#pragma mark -

@implementation Test

- (void)ex_registerClassPair {
    
    Class newClass = objc_allocateClassPair([NSError class], "TestClass", 0);
    class_addMethod(newClass, @selector(testMetaClass), (IMP)TestMetaClass, "v@:");
    objc_registerClassPair(newClass);
    
    id instance = [[newClass alloc] initWithDomain:@"some domain" code:0 userInfo:nil];
    [instance performSelector:@selector(testMetaClass)];
}

@end

這個例子是在運行時創(chuàng)建了一個NSError的子類TestClass疏唾，然后為這個子類添加一個方法testMetaClass蓄氧，這個方法的實現(xiàn)是TestMetaClass函數(shù)。

運行后槐脏，打印結(jié)果是

2014-10-20 22:57:07.352 mountain[1303:41490] This objcet is 0x7a6e22b0
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] Class is TestStringClass, super class is NSError
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] Following the isa pointer 0 times gives 0x7a6e21b0
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] Following the isa pointer 1 times gives 0x0
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] Following the isa pointer 2 times gives 0x0
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] Following the isa pointer 3 times gives 0x0
2014-10-20 22:57:07.353 mountain[1303:41490] NSObject's class is 0xe10000
2014-10-20 22:57:07.354 mountain[1303:41490] NSObject's meta class is 0x0

我們在for循環(huán)中喉童，我們通過objc_getClass來獲取對象的isa，并將其打印出來顿天，依此一直回溯到NSObject的meta-class堂氯。分析打印結(jié)果蔑担，可以看到最后指針指向的地址是0x0，即NSObject的meta-class的類地址咽白。

這里需要注意的是：我們在一個類對象調(diào)用class方法是無法獲取meta-class啤握，它只是返回類而已。

類與對象操作函數(shù)

runtime提供了大量的函數(shù)來操作類與對象晶框。類的操作方法大部分是以class為前綴的排抬，而對象的操作方法大部分是以objc或object_為前綴。下面我們將根據(jù)這些方法的用途來分類討論這些方法的使用授段。

類相關(guān)操作函數(shù)

我們可以回過頭去看看objc_class的定義蹲蒲，runtime提供的操作類的方法主要就是針對這個結(jié)構(gòu)體中的各個字段的。下面我們分別介紹這一些的函數(shù)侵贵。并在最后以實例來演示這些函數(shù)的具體用法届搁。

類名(name)

類名操作的函數(shù)主要有：

// 獲取類的類名
const char * class_getName ( Class cls );

• 對于class_getName函數(shù)，如果傳入的cls為Nil模燥，則返回一個字字符串咖祭。

父類(super_class)和元類(meta-class)

父類和元類操作的函數(shù)主要有：

// 獲取類的父類
Class class_getSuperclass ( Class cls );
// 判斷給定的Class是否是一個元類
BOOL class_isMetaClass ( Class cls );

• class_getSuperclass函數(shù)，當(dāng)cls為Nil或者cls為根類時蔫骂，返回Nil么翰。不過通常我們可以使用NSObject類的superclass方法來達(dá)到同樣的目的。

• class_isMetaClass函數(shù)辽旋，如果是cls是元類浩嫌，則返回YES；如果否或者傳入的cls為Nil补胚，則返回NO码耐。

實例變量大小(instance_size)

實例變量大小操作的函數(shù)有：

// 獲取實例大小
size_t class_getInstanceSize ( Class cls );

成員變量(ivars)及屬性

在objc_class中，所有的成員變量溶其、屬性的信息是放在鏈表ivars中的骚腥。ivars是一個數(shù)組，數(shù)組中每個元素是指向Ivar(變量信息)的指針瓶逃。runtime提供了豐富的函數(shù)來操作這一字段束铭。大體上可以分為以下幾類：

1. 成員變量操作函數(shù)，主要包含以下函數(shù)：

// 獲取類中指定名稱實例成員變量的信息
Ivar class_getInstanceVariable ( Class cls, const char *name );

// 獲取類成員變量的信息
Ivar class_getClassVariable ( Class cls, const char *name );

// 添加成員變量
BOOL class_addIvar ( Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types );

// 獲取整個成員變量列表
Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount );

• class_getInstanceVariable函數(shù)厢绝，它返回一個指向包含name指定的成員變量信息的objc_ivar結(jié)構(gòu)體的指針(Ivar)契沫。
• class_getClassVariable函數(shù)，目前沒有找到關(guān)于Objective-C中類變量的信息昔汉，一般認(rèn)為Objective-C不支持類變量懈万。注意，返回的列表不包含父類的成員變量和屬性陨帆。
• Objective-C不支持往已存在的類中添加實例變量对雪，因此不管是系統(tǒng)庫提供的提供的類疾忍，還是我們自定義的類图云，都無法動態(tài)添加成員變量。但如果我們通過運行時來創(chuàng)建一個類的話懂衩，又應(yīng)該如何給它添加成員變量呢腕铸？這時我們就可以使用class_addIvar函數(shù)了办悟。不過需要注意的是驾凶，這個方法只能在objc_allocateClassPair函數(shù)與objc_registerClassPair之間調(diào)用。另外掷酗，這個類也不能是元類调违。成員變量的按字節(jié)最小對齊量是1<<alignment。這取決于ivar的類型和機器的架構(gòu)泻轰。如果變量的類型是指針類型技肩，則傳遞log2(sizeof(pointer_type))。
• class_copyIvarList函數(shù)浮声，它返回一個指向成員變量信息的數(shù)組虚婿，數(shù)組中每個元素是指向該成員變量信息的objc_ivar結(jié)構(gòu)體的指針。這個數(shù)組不包含在父類中聲明的變量泳挥。outCount指針返回數(shù)組的大小然痊。需要注意的是，我們必須使用free()來釋放這個數(shù)組屉符。

2.屬性操作函數(shù)剧浸，主要包含以下函數(shù)：

// 獲取指定的屬性
objc_property_t class_getProperty ( Class cls, const char *name );

// 獲取屬性列表
objc_property_t * class_copyPropertyList ( Class cls, unsigned int *outCount );

// 為類添加屬性
BOOL class_addProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );

// 替換類的屬性
void class_replaceProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );

這一種方法也是針對ivars來操作，不過只操作那些是屬性的值矗钟。我們在后面介紹屬性時會再遇到這些函數(shù)唆香。

3.在MAC OS X系統(tǒng)中，我們可以使用垃圾回收器吨艇。runtime提供了幾個函數(shù)來確定一個對象的內(nèi)存區(qū)域是否可以被垃圾回收器掃描躬它，以處理strong/weak引用。這幾個函數(shù)定義如下：

const uint8_t * class_getIvarLayout ( Class cls );
void class_setIvarLayout ( Class cls, const uint8_t *layout );
const uint8_t * class_getWeakIvarLayout ( Class cls );
void class_setWeakIvarLayout ( Class cls, const uint8_t *layout );

但通常情況下东涡，我們不需要去主動調(diào)用這些方法冯吓；在調(diào)用objc_registerClassPair時，會生成合理的布局软啼。在此不詳細(xì)介紹這些函數(shù)桑谍。

方法(methodLists)

方法操作主要有以下函數(shù)：

// 添加方法
BOOL class_addMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );

// 獲取實例方法
Method class_getInstanceMethod ( Class cls, SEL name );

// 獲取類方法
Method class_getClassMethod ( Class cls, SEL name );

// 獲取所有方法的數(shù)組
Method * class_copyMethodList ( Class cls, unsigned int *outCount );

// 替代方法的實現(xiàn)
IMP class_replaceMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );

// 返回方法的具體實現(xiàn)
IMP class_getMethodImplementation ( Class cls, SEL name );
IMP class_getMethodImplementation_stret ( Class cls, SEL name );

// 類實例是否響應(yīng)指定的selector
BOOL class_respondsToSelector ( Class cls, SEL sel );

• class_addMethod的實現(xiàn)會覆蓋父類的方法實現(xiàn)，但不會取代本類中已存在的實現(xiàn)祸挪，如果本類中包含一個同名的實現(xiàn)锣披，則函數(shù)會返回NO。如果要修改已存在實現(xiàn)，可以使用method_setImplementation雹仿。一個Objective-C方法是一個簡單的C函數(shù)增热，它至少包含兩個參數(shù)—self和_cmd。所以胧辽，我們的實現(xiàn)函數(shù)(IMP參數(shù)指向的函數(shù))至少需要兩個參數(shù)峻仇，如下所示：

void myMethodIMP(id self, SEL _cmd)
{ 
    // implementation ....
}

與成員變量不同的是，我們可以為類動態(tài)添加方法邑商，不管這個類是否已存在摄咆。

另外，參數(shù)types是一個描述傳遞給方法的參數(shù)類型的字符數(shù)組人断，這就涉及到類型編碼吭从，我們將在后面介紹。

• class_getInstanceMethod恶迈、class_getClassMethod函數(shù)涩金，與class_copyMethodList不同的是，這兩個函數(shù)都會去搜索父類的實現(xiàn)暇仲。

• class_copyMethodList函數(shù)步做，返回包含所有實例方法的數(shù)組，如果需要獲取類方法奈附，則可以使用class_copyMethodList(object_getClass(cls), &count)(一個類的實例方法是定義在元類里面)全度。該列表不包含父類實現(xiàn)的方法。outCount參數(shù)返回方法的個數(shù)斥滤。在獲取到列表后讼载，我們需要使用free()方法來釋放它。

• class_replaceMethod函數(shù)中跌，該函數(shù)的行為可以分為兩種：如果類中不存在name指定的方法咨堤，則類似于class_addMethod函數(shù)一樣會添加方法；如果類中已存在name指定的方法漩符，則類似于method_setImplementation一樣替代原方法的實現(xiàn)一喘。

• class_getMethodImplementation函數(shù)，該函數(shù)在向類實例發(fā)送消息時會被調(diào)用嗜暴，并返回一個指向方法實現(xiàn)函數(shù)的指針凸克。這個函數(shù)會比method_getImplementation(class_getInstanceMethod(cls, name))更快。返回的函數(shù)指針可能是一個指向runtime內(nèi)部的函數(shù)闷沥，而不一定是方法的實際實現(xiàn)萎战。例如，如果類實例無法響應(yīng)selector舆逃，則返回的函數(shù)指針將是運行時消息轉(zhuǎn)發(fā)機制的一部分蚂维。

• class_respondsToSelector函數(shù)戳粒，我們通常使用NSObject類的respondsToSelector:或instancesRespondToSelector:方法來達(dá)到相同目的。

協(xié)議(objc_protocol_list)

協(xié)議相關(guān)的操作包含以下函數(shù)：

// 添加協(xié)議
BOOL class_addProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );

// 返回類是否實現(xiàn)指定的協(xié)議
BOOL class_conformsToProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );

// 返回類實現(xiàn)的協(xié)議列表
Protocol * class_copyProtocolList ( Class cls, unsigned int *outCount );

• class_conformsToProtocol函數(shù)可以使用NSObject類的conformsToProtocol:方法來替代虫啥。

• class_copyProtocolList函數(shù)返回的是一個數(shù)組蔚约，在使用后我們需要使用free()手動釋放。

版本(version)

版本相關(guān)的操作包含以下函數(shù)：

// 獲取版本號
int class_getVersion ( Class cls );
// 設(shè)置版本號
void class_setVersion ( Class cls, int version );

其它

runtime還提供了兩個函數(shù)來供CoreFoundation的tool-free bridging使用涂籽，即：

Class objc_getFutureClass ( const char *name );
void objc_setFutureClass ( Class cls, const char *name );

通常我們不直接使用這兩個函數(shù)苹祟。

實例(Example)

上面列舉了大量類操作的函數(shù)，下面我們寫個實例评雌，來看看這些函數(shù)的實例效果：

//-----------------------------------------------------------
// MyClass.h

@interface MyClass : NSObject <NSCopying, NSCoding>

@property (nonatomic, strong) NSArray *array;

@property (nonatomic, copy) NSString *string;

- (void)method1;

- (void)method2;

+ (void)classMethod1;

@end

//-----------------------------------------------------------
// MyClass.m

#import "MyClass.h"

@interface MyClass () {
    NSInteger       _instance1;
    
    NSString    *   _instance2;
}

@property (nonatomic, assign) NSUInteger integer;

- (void)method3WithArg1:(NSInteger)arg1 arg2:(NSString *)arg2;

@end

@implementation MyClass

+ (void)classMethod1 {
    
}

- (void)method1 {
    NSLog(@"call method method1");
}

- (void)method2 {
    
}

- (void)method3WithArg1:(NSInteger)arg1 arg2:(NSString *)arg2 {
    
    NSLog(@"arg1 : %ld, arg2 : %@", arg1, arg2);
}

@end

//-----------------------------------------------------------
// main.h

#import "MyClass.h"
#import "MySubClass.h"
#import <objc/runtime.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init];
        unsigned int outCount = 0;
        
        Class cls = myClass.class;
        
        // 類名
        NSLog(@"class name: %s", class_getName(cls));
        
        NSLog(@"==========================================================");
        
        // 父類
        NSLog(@"super class name: %s", class_getName(class_getSuperclass(cls)));
        NSLog(@"==========================================================");
        
        // 是否是元類
        NSLog(@"MyClass is %@ a meta-class", (class_isMetaClass(cls) ? @"" : @"not"));
        NSLog(@"==========================================================");
        
        Class meta_class = objc_getMetaClass(class_getName(cls));
        NSLog(@"%s's meta-class is %s", class_getName(cls), class_getName(meta_class));
        NSLog(@"==========================================================");
        
        // 變量實例大小
        NSLog(@"instance size: %zu", class_getInstanceSize(cls));
        NSLog(@"==========================================================");
        
        // 成員變量
        Ivar *ivars = class_copyIvarList(cls, &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i++) {
            Ivar ivar = ivars[i];
            NSLog(@"instance variable's name: %s at index: %d", ivar_getName(ivar), i);
        }
        
        free(ivars);
        
        Ivar string = class_getInstanceVariable(cls, "_string");
        if (string != NULL) {
            NSLog(@"instace variable %s", ivar_getName(string));
        }
        
        NSLog(@"==========================================================");
        
        // 屬性操作
        objc_property_t * properties = class_copyPropertyList(cls, &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i++) {
            objc_property_t property = properties[i];
            NSLog(@"property's name: %s", property_getName(property));
        }
        
        free(properties);
        
        objc_property_t array = class_getProperty(cls, "array");
        if (array != NULL) {
            NSLog(@"property %s", property_getName(array));
        }
        
        NSLog(@"==========================================================");
        
        // 方法操作
        Method *methods = class_copyMethodList(cls, &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i++) {
            Method method = methods[i];
            NSLog(@"method's signature: %s", method_getName(method));
        }
        
        free(methods);
        
        Method method1 = class_getInstanceMethod(cls, @selector(method1));
        if (method1 != NULL) {
            NSLog(@"method %s", method_getName(method1));
        }
        
        Method classMethod = class_getClassMethod(cls, @selector(classMethod1));
        if (classMethod != NULL) {
            NSLog(@"class method : %s", method_getName(classMethod));
        }
        
        NSLog(@"MyClass is%@ responsd to selector: method3WithArg1:arg2:", class_respondsToSelector(cls, @selector(method3WithArg1:arg2:)) ? @"" : @" not");
        
        IMP imp = class_getMethodImplementation(cls, @selector(method1));
        imp();
        
        NSLog(@"==========================================================");
        
        // 協(xié)議
        Protocol * __unsafe_unretained * protocols = class_copyProtocolList(cls, &outCount);
        Protocol * protocol;
        for (int i = 0; i < outCount; i++) {
            protocol = protocols[i];
            NSLog(@"protocol name: %s", protocol_getName(protocol));
        }
        
        NSLog(@"MyClass is%@ responsed to protocol %s", class_conformsToProtocol(cls, protocol) ? @"" : @" not", protocol_getName(protocol));
        
        NSLog(@"==========================================================");
    }
    return 0;
}

這段程序的輸出如下：

2014-10-22 19:41:37.452 RuntimeTest[3189:156810] class name: MyClass
2014-10-22 19:41:37.453 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.454 RuntimeTest[3189:156810] super class name: NSObject
2014-10-22 19:41:37.454 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.454 RuntimeTest[3189:156810] MyClass is not a meta-class
2014-10-22 19:41:37.454 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.454 RuntimeTest[3189:156810] MyClass's meta-class is MyClass
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] instance size: 48
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] instance variable's name: _instance1 at index: 0
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] instance variable's name: _instance2 at index: 1
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] instance variable's name: _array at index: 2
2014-10-22 19:41:37.455 RuntimeTest[3189:156810] instance variable's name: _string at index: 3
2014-10-22 19:41:37.463 RuntimeTest[3189:156810] instance variable's name: _integer at index: 4
2014-10-22 19:41:37.463 RuntimeTest[3189:156810] instace variable _string
2014-10-22 19:41:37.463 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.463 RuntimeTest[3189:156810] property's name: array
2014-10-22 19:41:37.463 RuntimeTest[3189:156810] property's name: string
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] property's name: integer
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] property array
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: method1
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: method2
2014-10-22 19:41:37.464 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: method3WithArg1:arg2:
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: integer
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: setInteger:
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: array
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: string
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: setString:
2014-10-22 19:41:37.465 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: setArray:
2014-10-22 19:41:37.466 RuntimeTest[3189:156810] method's signature: .cxx_destruct
2014-10-22 19:41:37.466 RuntimeTest[3189:156810] method method1
2014-10-22 19:41:37.466 RuntimeTest[3189:156810] class method : classMethod1
2014-10-22 19:41:37.466 RuntimeTest[3189:156810] MyClass is responsd to selector: method3WithArg1:arg2:
2014-10-22 19:41:37.467 RuntimeTest[3189:156810] call method method1
2014-10-22 19:41:37.467 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================
2014-10-22 19:41:37.467 RuntimeTest[3189:156810] protocol name: NSCopying
2014-10-22 19:41:37.467 RuntimeTest[3189:156810] protocol name: NSCoding
2014-10-22 19:41:37.467 RuntimeTest[3189:156810] MyClass is responsed to protocol NSCoding
2014-10-22 19:41:37.468 RuntimeTest[3189:156810] ==========================================================

動態(tài)創(chuàng)建類和對象

runtime的強大之處在于它能在運行時創(chuàng)建類和對象树枫。

動態(tài)創(chuàng)建類

動態(tài)創(chuàng)建類涉及到以下幾個函數(shù)：

// 創(chuàng)建一個新類和元類
Class objc_allocateClassPair ( Class superclass, const char *name, size_t extraBytes );

// 銷毀一個類及其相關(guān)聯(lián)的類
void objc_disposeClassPair ( Class cls );

// 在應(yīng)用中注冊由objc_allocateClassPair創(chuàng)建的類
void objc_registerClassPair ( Class cls );

• objc_allocateClassPair函數(shù)：如果我們要創(chuàng)建一個根類，則superclass指定為Nil景东。extraBytes通常指定為0团赏，該參數(shù)是分配給類和元類對象尾部的索引ivars的字節(jié)數(shù)。

為了創(chuàng)建一個新類耐薯，我們需要調(diào)用objc_allocateClassPair。然后使用諸如class_addMethod丝里，class_addIvar等函數(shù)來為新創(chuàng)建的類添加方法曲初、實例變量和屬性等。完成這些后杯聚，我們需要調(diào)用objc_registerClassPair函數(shù)來注冊類臼婆，之后這個新類就可以在程序中使用了。

實例方法和實例變量應(yīng)該添加到類自身上幌绍，而類方法應(yīng)該添加到類的元類上颁褂。

• objc_disposeClassPair函數(shù)用于銷毀一個類，不過需要注意的是傀广，如果程序運行中還存在類或其子類的實例颁独，則不能調(diào)用針對類調(diào)用該方法。
  在前面介紹元類時伪冰，我們已經(jīng)有接觸到這幾個函數(shù)了誓酒，在此我們再舉個實例來看看這幾個函數(shù)的使用。

Class cls = objc_allocateClassPair(MyClass.class, "MySubClass", 0);
class_addMethod(cls, @selector(submethod1), (IMP)imp_submethod1, "v@:");
class_replaceMethod(cls, @selector(method1), (IMP)imp_submethod1, "v@:");
class_addIvar(cls, "_ivar1", sizeof(NSString *), log(sizeof(NSString *)), "i");

objc_property_attribute_t type = {"T", "@\"NSString\""};
objc_property_attribute_t ownership = { "C", "" };
objc_property_attribute_t backingivar = { "V", "_ivar1"};
objc_property_attribute_t attrs[] = {type, ownership, backingivar};

class_addProperty(cls, "property2", attrs, 3);
objc_registerClassPair(cls);

id instance = [[cls alloc] init];
[instance performSelector:@selector(submethod1)];
[instance performSelector:@selector(method1)];

程序的輸出如下：

2014-10-23 11:35:31.006 RuntimeTest[3800:66152] run sub method 1
2014-10-23 11:35:31.006 RuntimeTest[3800:66152] run sub method 1

動態(tài)創(chuàng)建對象

動態(tài)創(chuàng)建對象的函數(shù)如下：

// 創(chuàng)建類實例
id class_createInstance ( Class cls, size_t extraBytes );
// 在指定位置創(chuàng)建類實例
id objc_constructInstance ( Class cls, void *bytes );
// 銷毀類實例
void * objc_destructInstance ( id obj );

• class_createInstance函數(shù)：創(chuàng)建實例時贮聂，會在默認(rèn)的內(nèi)存區(qū)域為類分配內(nèi)存靠柑。extraBytes參數(shù)表示分配的額外字節(jié)數(shù)。這些額外的字節(jié)可用于存儲在類定義中所定義的實例變量之外的實例變量吓懈。該函數(shù)在ARC環(huán)境下無法使用歼冰。

調(diào)用class_createInstance的效果與+alloc方法類似。不過在使用class_createInstance時耻警，我們需要確切的知道我們要用它來做什么隔嫡。在下面的例子中甸怕，我們用NSString來測試一下該函數(shù)的實際效果：

id theObject = class_createInstance(NSString.class, sizeof(unsigned));
id str1 = [theObject init];

NSLog(@"%@", [str1 class]);

id str2 = [[NSString alloc] initWithString:@"test"];
NSLog(@"%@", [str2 class]);

輸出結(jié)果是：

2014-10-23 12:46:50.781 RuntimeTest[4039:89088] NSString
2014-10-23 12:46:50.781 RuntimeTest[4039:89088] __NSCFConstantString

可以看到，使用class_createInstance函數(shù)獲取的是NSString實例畔勤，而不是類簇中的默認(rèn)占位符類__NSCFConstantString蕾各。

• objc_constructInstance函數(shù)：在指定的位置(bytes)創(chuàng)建類實例。

• objc_destructInstance函數(shù)：銷毀一個類的實例庆揪，但不會釋放并移除任何與其相關(guān)的引用式曲。

實例操作函數(shù)

實例操作函數(shù)主要是針對我們創(chuàng)建的實例對象的一系列操作函數(shù)，我們可以使用這組函數(shù)來從實例對象中獲取我們想要的一些信息缸榛，如實例對象中變量的值吝羞。這組函數(shù)可以分為三小類：

1.針對整個對象進(jìn)行操作的函數(shù)，這類函數(shù)包含