Objective-C語言是一門動態(tài)語言佩捞，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绞幌。這種動態(tài)語言的優(yōu)勢在于：我們寫代碼時更具靈活性，如我們可以把消息轉(zhuǎn)發(fā)給我們想要的對象一忱，或者隨意交換一個方法的實現(xiàn)等莲蜘。

這種特性意味著Objective-C不僅需要一個編譯器，還需要一個運行時系統(tǒng)來執(zhí)行編譯的代碼帘营。對于Objective-C來說菇夸，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。這個運行時系統(tǒng)即Objc Runtime仪吧。Objc Runtime其實是一個Runtime庫，它基本上是用C和匯編寫的鞠眉，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：在這個庫中薯鼠，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)械蹋，另外再加上了一些額外的特性出皇。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)建哗戈，檢查郊艘，修改類、對象和它們的方法了唯咬。
• 找出方法的最終執(zhí)行代碼：當程序執(zhí)行[object doSomething]時纱注，會向消息接收者(object)發(fā)送一條消息(doSomething)，runtime會根據(jù)消息接收者是否能響應該消息而做出不同的反應胆胰。這將在后面詳細介紹狞贱。

類與對象基礎數(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)體的指針蜀涨。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;  // 類的版本信息瞎嬉，默認為0
    long info                               OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類信息蝎毡，供運行期使用的一些位標識
    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，下面幾個字段是我們感興趣的

• isa：需要注意的是在Objective-C中氧枣，所有的類自身也是一個對象沐兵，這個對象的Class里面也有一個isa指針，它指向metaClass(元類)便监，我們會在后面介紹它扎谎。
• super_class：指向該類的父類，如果該類已經(jīng)是最頂層的根類(如NSObject或NSProxy)茬贵，則super_class為NULL簿透。
• cache：用于緩存最近使用的方法。一個接收者對象接收到一個消息時解藻，它會根據(jù)isa指針去查找能夠響應這個消息的對象老充。在實際使用中，這個對象只有一部分方法是常用的螟左，很多方法其實很少用或者根本用不上啡浊。這種情況下，如果每次消息來時胶背，我們都是methodLists中遍歷一遍巷嚣，性能勢必很差。這時钳吟，cache就派上用場了廷粒。在我們每次調(diào)用過一個方法后，這個方法就會被緩存到cache列表中红且，下次調(diào)用的時候runtime就會優(yōu)先去cache中查找坝茎，如果cache沒有，才去methodLists中查找方法暇番。這樣嗤放，對于那些經(jīng)常用到的方法的調(diào)用，但提高了調(diào)用的效率壁酬。
• version：我們可以使用這個字段來提供類的版本信息次酌。這對于對象的序列化非常有用，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舆乔。

objc_cache

上面提到了objc_class結(jié)構(gòu)體中的cache字段岳服，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)體的指針希俩，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)派阱，指定分配的緩存bucket的總數(shù)。在方法查找過程中斜纪，Objective-C runtime使用這個字段來確定開始線性查找數(shù)組的索引位置贫母。指向方法selector的指針與該字段做一個AND位操作(index = (mask & selector))文兑。這可以作為一個簡單的hash散列算法。
• occupied：一個整數(shù)腺劣，指定實際占用的緩存bucket的總數(shù)绿贞。
• buckets：指向Method數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針的數(shù)組。這個數(shù)組可能包含不超過mask+1個元素橘原。需要注意的是籍铁，指針可能是NULL，表示這個緩存bucket沒有被占用趾断，另外被占用的bucket可能是不連續(xù)的拒名。這個數(shù)組可能會隨著時間而增長。

針對cache芋酌，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：

1. [NSArray alloc]先被執(zhí)行增显。因為NSArray沒有+alloc方法，于是去父類NSObject去查找脐帝。
2. 檢測NSObject是否響應+alloc方法同云，發(fā)現(xiàn)響應，于是檢測NSArray類堵腹，并根據(jù)其所需的內(nèi)存空間大小開始分配內(nèi)存空間炸站，然后把isa指針指向NSArray類。同時疚顷，+alloc也被加進cache列表里面旱易。
3. 接著，執(zhí)行-init方法腿堤，如果NSArray響應該方法咒唆，則直接將其加入cache；如果不響應释液，則去父類查找。
4. 在后期的操作中装处，如果再以[[NSArray alloc] init]這種方式來創(chuàng)建數(shù)組误债，則會直接從cache中取出相應的方法，直接調(diào)用妄迁。

對象 objc_object與id

objc_object是表示一個類的實例的結(jié)構(gòu)體寝蹈，也就是對象，它的定義如下(objc/objc.h)：

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

可以看到登淘，這個結(jié)構(gòu)體只有一個字體箫老，即指向其類的isa指針。這樣黔州，當我們向一個Objective-C對象發(fā)送消息時耍鬓，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阔籽。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的selector指向的方法。找到后即運行這個方法牲蜀。

當創(chuàng)建一個特定類的實例對象時笆制，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)涣达。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)在辆。

另外還有我們常見的id，它是一個objc_object結(jié)構(gòu)類型的指針度苔。它的存在可以讓我們實現(xiàn)類似于C++中泛型的一些操作匆篓。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 *指針類型的作用寇窑。

元類(Meta Class)

在上面我們提到鸦概，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)疗认。如：

NSArray *array = [NSArray array];

這個例子中完残，+array消息發(fā)送給了NSArray類，而這個NSArray也是一個對象横漏。既然是對象谨设，那么它也是一個objc_object指針，它包含一個指向其類的一個isa指針缎浇。那么這些就有一個問題了扎拣，這個isa指針指向什么呢？為了調(diào)用+array方法素跺，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)體二蓝。這就引出了meta-class的概念

meta-class是一個類對象的類刊愚。

當我們向一個對象發(fā)送消息時踩验，runtime會在這個對象所屬的這個類的方法列表中查找方法鸥诽；而向一個類發(fā)送消息時牡借，會在這個類的meta-class的方法列表中查找。

meta-class之所以重要袭异，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碴里，因為每個類的類方法基本不可能完全相同并闲。

再深入一下，meta-class也是一個類溜徙，也可以向它發(fā)送一個消息，那么它的isa又是指向什么呢图贸？為了不讓這種結(jié)構(gòu)無限延伸下去疏日，Objective-C的設計者讓所有的meta-class的isa指向基類的meta-class沟优，以此作為它們的所屬類挠阁。即侵俗，任何NSObject繼承體系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作為自己的所屬類隘谣，而基類的meta-class的isa指針是指向它自己寻歧。這樣就形成了一個完美的閉環(huán)。

通過上面的描述，再加上對objc_class結(jié)構(gòu)體中super_class指針的分析逾苫，我們就可以描繪出類及相應meta-class類的一個繼承體系了铅搓，如下圖所示：

201922890851909-1.jpg

對于NSObject繼承體系來說星掰，其實例方法對體系中的所有實例氢烘、類和meta-class都是有效的椎工；而類方法對于體系內(nèi)的所有類和meta-class都是有效的维蒙。

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圖中類實例的isa指向類本身，類本身的isa指向元類八千，元類的isa指向根元類Root class恋捆，根元類的isa指向自身沸停；其他的super_class指向父類的類本身及元類愤钾，最終父類指向nil能颁；

2145446-ebf20508402b1e2a.png

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运翼，然后為這個子類添加一個方法testMetaClass血淌，這個方法的實現(xiàn)是TestMetaClass函數(shù)悠夯。

運行后疗疟，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，我們通過objc_getClass來獲取對象的isa店诗，并將其打印出來庞瘸，依此一直回溯到NSObject的meta-class。分析打印結(jié)果瞬场，可以看到最后指針指向的地址是0x0贯被，即NSObject的meta-class的類地址彤灶。

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，它只是返回類而已搏熄。

類與對象操作函數(shù)

runtime提供了大量的函數(shù)來操作類與對象搬卒。類的操作方法大部分是以class_為前綴的契邀，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古戴。

類相關操作函數(shù)

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

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 );

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)典蝌，當cls為Nil或者cls為根類時，返回Nil砖织。不過通常我們可以使用NSObject類的superclass方法來達到同樣的目的侧纯。

class_isMetaClass函數(shù)妹笆，如果是cls是元類拳缠，則返回YES窟坐；如果否或者傳入的cls為Nil，則返回NO徙菠。

對象大小(instance_size)

對象大小操作的函數(shù)有：

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

ivars(成員變量數(shù)組)

在objc_class中婿奔，所有的成員變量、屬性的信息是放在鏈表ivars中的记餐。ivars是一個數(shù)組片酝，數(shù)組中每個元素是指向Ivar(變量信息)的指針。runtime提供了豐富的函數(shù)來操作這一字段审轮。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)榴捡，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)达椰。

• class_getClassVariable函數(shù)啰劲，目前沒有找到關于Objective-C中類變量的信息，一般認為Objective-C不支持類變量。注意砚殿，返回的列表不包含父類的成員變量和屬性。

• Objective-C不支持往已存在的類中添加實例變量羡藐，因此不管是系統(tǒng)庫提供的提供的類，還是我們自定義的類瘩扼，都無法動態(tài)添加成員變量集绰。但如果我們通過運行時來創(chuàng)建一個類的話，又應該如何給它添加成員變量呢碍岔？這時我們就可以使用class_addIvar函數(shù)了。不過需要注意的是询吴，這個方法只能在objc_allocateClassPair函數(shù)與objc_registerClassPair之間調(diào)用猛计。另外勾拉，這個類也不能是元類。成員變量的按字節(jié)最小對齊量是1<<alignment斧蜕。這取決于ivar的類型和機器的架構(gòu)。如果變量的類型是指針類型均芽，則傳遞log2(sizeof(pointer_type))。

• class_copyIvarList函數(shù)布朦，它返回一個指向成員變量信息的數(shù)組是趴，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肛搬。outCount指針返回數(shù)組的大小。需要注意的是啤贩，我們必須使用free()來釋放這個數(shù)組痹屹。

2.屬性操作函數(shù)，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 );

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)春叫，如果本類中包含一個同名的實現(xiàn)蔬将，則函數(shù)會返回NO惫东。如果要修改已存在實現(xiàn)廉沮，可以使用method_setImplementation滞时。一個Objective-C方法是一個簡單的C函數(shù)，它至少包含兩個參數(shù)–self和_cmd滤灯。所以坪稽，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)，如下所示：
  void myMethodIMP(id self, SEL _cmd)
  {
  // implementation ....
  }
  與成員變量不同的是鳞骤，我們可以為類動態(tài)添加方法窒百，不管這個類是否已存在豫尽。

另外篙梢，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，這就涉及到類型編碼美旧，我們將在后面介紹渤滞。

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

• class_copyMethodList函數(shù)，返回包含所有實例方法的數(shù)組溉仑，如果需要獲取類方法吧兔，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)。該列表不包含父類實現(xiàn)的方法优炬。outCount參數(shù)返回方法的個數(shù)颁井。在獲取到列表后，我們需要使用free()方法來釋放它蠢护。

• class_replaceMethod函數(shù)雅宾，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，則類似于class_addMethod函數(shù)一樣會添加方法葵硕；如果類中已存在name指定的方法眉抬，則類似于method_setImplementation一樣替代原方法的實現(xiàn)。

• class_getMethodImplementation函數(shù)懈凹，該函數(shù)在向類實例發(fā)送消息時會被調(diào)用蜀变，并返回一個指向方法實現(xiàn)函數(shù)的指針。這個函數(shù)會比method_getImplementation(class_getInstanceMethod(cls, name))更快介评。返回的函數(shù)指針可能是一個指向runtime內(nèi)部的函數(shù)库北，而不一定是方法的實際實現(xiàn)。例如们陆，如果類實例無法響應selector寒瓦，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。

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

協(xié)議(objc_protocol_list)

協(xié)議相關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。

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

版本(version)

版本相關的操作包含以下函數(shù)：

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

成員變量與屬性

成員變量與屬性的關系

///老機制
https://www.cnblogs.com/huangzs/p/7508583.html
@interface ViewController ()
{
   // 1.聲明成員變量
    NSString *myString;  
 }
 //2.在用@property聲明屬性
@property(nonatomic, copy) NSString *myString;  
@end

@implementation ViewController
//3.最后在@implementation中用synthesize生成set方法，事實上綁定了屬性和成員變量
@synthesize myString;   
@end

其實雾袱，發(fā)生這種狀況根本原因是蘋果將默認編譯器從GCC轉(zhuǎn)換為LLVM(low level virtual machine)恤筛，才不再需要為屬性聲明實例變量了。在沒有更改之前芹橡，屬性的正常寫法需要成員變量+ @property + @synthesize 成員變量三個步驟毒坛。 但更換為LLVM之后，編譯器在編譯過程中發(fā)現(xiàn)沒有新的成員變量后，就會生成一個下劃線開頭的成員變量煎殷。因此現(xiàn)在我們不必在聲明一個成員變量屯伞。（注意：==是不必要，不是不可以==） 當然我們也熟知豪直，@property聲明的屬性不僅僅默認給我們生成一個_類型的成員變量劣摇，同時也會生成setter/getter方法。

@interface MyViewController :UIViewController
{
    NSString *name;
}
@end

在這段代碼里面只是聲明了一個成員變量弓乙，并沒有setter/getter方法末融。所以訪問成員變量時，可以直接訪問name暇韧，也可以像C++一樣用self->name來訪問勾习，但絕對不能用self.name來訪問。

擴展:很多人覺得OC中的點語法比較奇怪懈玻，實際是OC設計人員有意為之巧婶。

• 點表達式(.)看起來與C語言中的結(jié)構(gòu)體訪問以及java語言匯總的對象訪問有點類似，如果點表達式出現(xiàn)在等號 ＝ 左邊涂乌，調(diào)用該屬性名稱的setter方法艺栈。如果點表達式出現(xiàn)在＝右邊，調(diào)用該屬性名稱的getter方法湾盒。
• OC中點表達式(.)其實就是調(diào)用對象的setter和getter方法的一種快捷方式湿右，self.myString = @"張三";實際就是[self setmyString:@"張三"];
• 首先我們要明白，@synthesize 生成了setter/getter方法历涝。
  雖然現(xiàn)在直接使用@property時诅需，編譯器會自動為你生成以下劃線開頭的實例變量_myString漾唉，不需要自己手動再去寫實例變量荧库。而且也不在.m文件中通過@synthesize myString；生成setter/getter方法赵刑。但在看老代碼的時候分衫，我們依舊可以看到有人使用成員變量+ @synthesize 成員變量的形式。

基礎數(shù)據(jù)類型

Ivar

Ivar是表示實例變量的類型般此，其實際是一個指向objc_ivar結(jié)構(gòu)體的指針蚪战，其定義如下：

typedef struct objc_ivar *Ivar;
struct objc_ivar {
    char *ivar_name                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 變量名
    char *ivar_type                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 變量類型
    int ivar_offset                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 基地址偏移字節(jié)
#ifdef __LP64__
    int space                       OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}

objc_property_t

objc_property_t是表示Objective-C聲明的屬性的類型，其實際是指向objc_property結(jié)構(gòu)體的指針铐懊，其定義如下：

typedef struct objc_property *objc_property_t;

objc_property_attribute_t

objc_property_attribute_t定義了屬性的特性(attribute)邀桑，它是一個結(jié)構(gòu)體，定義如下：

typedef struct {

    const char *name;           // 特性名

    const char *value;          // 特性值

} objc_property_attribute_t;

關聯(lián)對象(Associated Object)

關聯(lián)對象是Runtime中一個非常實用的特性科乎，不過可能很容易被忽視壁畸。

關聯(lián)對象類似于成員變量，不過是在運行時添加的。我們通常會把成員變量(Ivar)放在類聲明的頭文件中捏萍，或者放在類實現(xiàn)的@implementation后面太抓。但這有一個缺點，我們不能在分類中添加成員變量令杈。如果我們嘗試在分類中添加新的成員變量走敌，編譯器會報錯。

我們可能希望通過使用(甚至是濫用)全局變量來解決這個問題逗噩。但這些都不是Ivar掉丽，因為他們不會連接到一個單獨的實例。因此给赞，這種方法很少使用机打。

Objective-C針對這一問題，提供了一個解決方案：即關聯(lián)對象(Associated Object)片迅。

我們可以把關聯(lián)對象想象成一個Objective-C對象(如字典)残邀，這個對象通過給定的key連接到類的一個實例上。不過由于使用的是C接口柑蛇，所以key是一個void指針(const void *)芥挣。我們還需要指定一個內(nèi)存管理策略，以告訴Runtime如何管理這個對象的內(nèi)存耻台。這個內(nèi)存管理的策略可以由以下值指定：

OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN
OBJC_ASSOCIATION_COPY

當宿主對象被釋放時空免，會根據(jù)指定的內(nèi)存管理策略來處理關聯(lián)對象。如果指定的策略是assign盆耽，則宿主釋放時蹋砚，關聯(lián)對象不會被釋放；而如果指定的是retain或者是copy摄杂，則宿主釋放時坝咐，關聯(lián)對象會被釋放。我們甚至可以選擇是否是自動retain/copy析恢。當我們需要在多個線程中處理訪問關聯(lián)對象的多線程代碼時墨坚，這就非常有用了。

我們將一個對象連接到其它對象所需要做的就是下面兩行代碼：

static char myKey;
objc_setAssociatedObject(self, &myKey, anObject, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);

在這種情況下映挂，self對象將獲取一個新的關聯(lián)的對象anObject泽篮，且內(nèi)存管理策略是自動retain關聯(lián)對象，當self對象釋放時柑船，會自動release關聯(lián)對象帽撑。另外，如果我們使用同一個key來關聯(lián)另外一個對象時鞍时，也會自動釋放之前關聯(lián)的對象亏拉，這種情況下，先前的關聯(lián)對象會被妥善地處理掉，并且新的對象會使用它的內(nèi)存专筷。

id anObject = objc_getAssociatedObject(self, &myKey);

我們可以使用objc_removeAssociatedObjects函數(shù)來移除一個關聯(lián)對象弱贼，或者使用objc_setAssociatedObject函數(shù)將key指定的關聯(lián)對象設置為nil。

我們下面來用實例演示一下關聯(lián)對象的使用方法磷蛹。

假定我們想要動態(tài)地將一個Tap手勢操作連接到任何UIView中吮旅，并且根據(jù)需要指定點擊后的實際操作。這時候我們就可以將一個手勢對象及操作的block對象關聯(lián)到我們的UIView對象中味咳。這項任務分兩部分庇勃。首先，如果需要槽驶，我們要創(chuàng)建一個手勢識別對象并將它及block做為關聯(lián)對象责嚷。如下代碼所示：

- (void)setTapActionWithBlock:(void (^)(void))block
{
    UITapGestureRecognizer *gesture = objc_getAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapGestureKey);
 
    if (!gesture)
    {
        gesture = [[UITapGestureRecognizer alloc] initWithTarget:self action:@selector(__handleActionForTapGesture:)];
        [self addGestureRecognizer:gesture];
        objc_setAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapGestureKey, gesture, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
    }
    objc_setAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapBlockKey, block, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}

這段代碼檢測了手勢識別的關聯(lián)對象。如果沒有掂铐，則創(chuàng)建并建立關聯(lián)關系罕拂。同時，將傳入的塊對象連接到指定的key上全陨。注意block對象的關聯(lián)內(nèi)存管理策略爆班。
手勢識別對象需要一個target和action，所以接下來我們定義處理方法：

- (void)__handleActionForTapGesture:(UITapGestureRecognizer *)gesture
{
    if (gesture.state == UIGestureRecognizerStateRecognized)
    {
        void(^action)(void) = objc_getAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapBlockKey);
        if (action)
        {
            action();
        }
    }
}

我們需要檢測手勢識別對象的狀態(tài)辱姨，因為我們只需要在點擊手勢被識別出來時才執(zhí)行操作柿菩。

從上面的例子我們可以看到，關聯(lián)對象使用起來并不復雜雨涛。它讓我們可以動態(tài)地增強類現(xiàn)有的功能枢舶。我們可以在實際編碼中靈活地運用這一特性。

成員變量替久、屬性的操作方法

成員變量

成員變量操作包含以下函數(shù)：

// 獲取成員變量名
const char * ivar_getName ( Ivar v );
// 獲取成員變量類型編碼
const char * ivar_getTypeEncoding ( Ivar v );
// 獲取成員變量的偏移量
ptrdiff_t ivar_getOffset ( Ivar v );

• ivar_getOffset函數(shù)凉泄，對于類型id或其它對象類型的實例變量，可以調(diào)用object_getIvar和object_setIvar來直接訪問成員變量侣肄，而不使用偏移量旧困。

關聯(lián)對象

關聯(lián)對象操作函數(shù)包括以下：

// 設置關聯(lián)對象
void objc_setAssociatedObject ( id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy );
// 獲取關聯(lián)對象
id objc_getAssociatedObject ( id object, const void *key );
// 移除關聯(lián)對象
void objc_removeAssociatedObjects ( id object );

屬性

屬性操作相關函數(shù)包括以下：

// 獲取屬性名
const char * property_getName ( objc_property_t property );
// 獲取屬性特性描述字符串
const char * property_getAttributes ( objc_property_t property );
// 獲取屬性中指定的特性
char * property_copyAttributeValue ( objc_property_t property, const char *attributeName );
// 獲取屬性的特性列表
objc_property_attribute_t * property_copyAttributeList ( objc_property_t property, unsigned int *outCount );

• property_copyAttributeValue函數(shù)醇份，返回的char *在使用完后需要調(diào)用free()釋放稼锅。
• property_copyAttributeList函數(shù)，返回值在使用完后需要調(diào)用free()釋放僚纷。

實例

假定這樣一個場景矩距，我們從服務端兩個不同的接口獲取相同的字典數(shù)據(jù)，但這兩個接口是由兩個人寫的怖竭，相同的信息使用了不同的字段表示锥债。我們在接收到數(shù)據(jù)時，可將這些數(shù)據(jù)保存在相同的對象中。對象類如下定義：

@interface MyObject: NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString    *   name;                  

@property (nonatomic, copy) NSString    *   status;                 

@end

接口A哮肚、B返回的字典數(shù)據(jù)如下所示：

@{@"name1": "張三", @"status1": @"start"}

@{@"name2": "張三", @"status2": @"end"}

通常的方法是寫兩個方法分別做轉(zhuǎn)換登夫，不過如果能靈活地運用Runtime的話，可以只實現(xiàn)一個轉(zhuǎn)換方法允趟，為此恼策，我們需要先定義一個映射字典(全局變量)

static NSMutableDictionary *map = nil;

@implementation MyObject 

+ (void)load

{

    map = [NSMutableDictionary dictionary];

    map[@"name1"]                = @"name";

    map[@"status1"]              = @"status";

    map[@"name2"]                = @"name";

    map[@"status2"]              = @"status";

}

@end

上面的代碼將兩個字典中不同的字段映射到MyObject中相同的屬性上，這樣潮剪，轉(zhuǎn)換方法可如下處理：

- (void)setDataWithDic:(NSDictionary *)dic

{

    [dic enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(NSString *key, id obj, BOOL *stop) {

        NSString *propertyKey = [self propertyForKey:key];

        if (propertyKey)

        {

            objc_property_t property = class_getProperty([self class], [propertyKey UTF8String]);

            // TODO: 針對特殊數(shù)據(jù)類型做處理

            NSString *attributeString = [NSString stringWithCString:property_getAttributes(property) encoding:NSUTF8StringEncoding];

            ...

            [self setValue:obj forKey:propertyKey];

        }

    }];

}

當然涣楷，一個屬性能否通過上面這種方式來處理的前提是其支持KVC。

方法與消息

前面我們討論了Runtime中對類和對象的處理抗碰，及對成員變量與屬性的處理狮斗。下面是Runtime中最有意思的一部分：消息處理機制。我們將詳細討論消息的發(fā)送及消息的轉(zhuǎn)發(fā)弧蝇。先來了解一下與方法相關的一些內(nèi)容碳褒。

基礎數(shù)據(jù)類型

SEL

SEL又叫選擇器，是表示一個方法的selector的指針看疗，其定義如下：

objc_selector結(jié)構(gòu)體的詳細定義沒有在<objc/runtime.h>頭文件中找到骤视。方法的selector用于表示運行時方法的名字。Objective-C在編譯時鹃觉，會依據(jù)每一個方法的名字专酗、參數(shù)序列，生成一個唯一的整型標識(Int類型的地址)盗扇，這個標識就是SEL祷肯。如下代碼所示：

///baseViewController.h文件
@interface baseViewController : UIViewController
-(void)nameLog;
@end
///baseViewController.m文件
@implementation baseViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];    
    SEL sel1 = @selector(nameLog);
    NSLog(@"sel : %s", sel1);
    NSLog(@"sel : %@", NSStringFromSelector(sel1));
    NSLog(@"sel : %p", sel1);
}
-(void)nameLog{
    NSLog(@"我的名字1--%@--%@",NSStringFromClass([self class]),self.waihaoString);
}
///runtimeViewController.h文件
@interface runtimeViewController : baseViewController
-(void)nameLog;
@end
///runtimeViewController.m文件
@implementation runtimeViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    SEL sel1 = @selector(nameLog);
    NSLog(@"sel : %s", sel1);
    NSLog(@"sel : %@", NSStringFromSelector(sel1));
    NSLog(@"sel : %p", sel1);
}
-(void)nameLog{
    NSLog(@"我的名字2--%@---%@",NSStringFromClass([self class]),self.waihaoString);
}

上面的輸出為：

2021-05-19 10:30:34.142221+0800 ocProjectDemo[77633:2655870] sel : name
2021-05-19 10:30:34.142478+0800 ocProjectDemo[77633:2655870] sel : name
2021-05-19 10:30:34.142636+0800 ocProjectDemo[77633:2655870] sel : 0x7fff6143ad2f
2021-05-19 10:30:34.142785+0800 ocProjectDemo[77633:2655870] sel : name
2021-05-19 10:30:34.142934+0800 ocProjectDemo[77633:2655870] sel : name
2021-05-19 10:30:34.143056+0800 ocProjectDemo[77633:2655870] sel : 0x7fff6143ad2f

兩個類之間，不管它們是父類與子類的關系疗隶，還是之間沒有這種關系佑笋，只要方法名相同，那么方法的SEL就是一樣的斑鼻。每一個方法都對應著一個SEL蒋纬。所以在Objective-C同一個類(及類的繼承體系)中，不能存在2個同名的方法坚弱，即使參數(shù)類型不同也不行蜀备。相同的方法只能對應一個SEL。這也就導致Objective-C在處理相同方法名且參數(shù)個數(shù)相同但類型不同的方法方面的能力很差荒叶。如在某個類中定義以下兩個方法：

- (void)setWidth:(int)width;

- (void)setWidth:(double)width;

這樣的定義被認為是一種編譯錯誤碾阁，所以我們不能像C++, C#那樣。而是需要像下面這樣來聲明：

-(void)setWidthIntValue:(int)width;

-(void)setWidthDoubleValue:(double)width;

當然些楣，不同的類可以擁有相同的selector脂凶，這個沒有問題宪睹。不同類的實例對象執(zhí)行相同的selector時，會在各自的方法列表中去根據(jù)selector去尋找自己對應的IMP蚕钦。

工程中的所有的SEL組成一個Set集合亭病，Set的特點就是唯一，因此SEL是唯一的嘶居。因此命贴，如果我們想到這個方法集合中查找某個方法時，只需要去找到這個方法對應的SEL就行了食听，SEL實際上就是根據(jù)方法名hash化了的一個字符串胸蛛，而對于字符串的比較僅僅需要比較他們的地址就可以了，可以說速度上無語倫比Ｓ１ā葬项！但是，有一個問題迹蛤，就是數(shù)量增多會增大hash沖突而導致的性能下降（或是沒有沖突民珍，因為也可能用的是perfect hash）。但是不管使用什么樣的方法加速盗飒，如果能夠?qū)⒖偭繙p少（多個方法可能對應同一個SEL）嚷量，那將是最犀利的方法。那么逆趣，我們就不難理解蝶溶，為什么SEL僅僅是函數(shù)名了。

本質(zhì)上宣渗，SEL只是一個指向方法的指針（準確的說抖所，只是一個根據(jù)方法名hash化了的KEY值，能唯一代表一個方法）痕囱，它的存在只是為了加快方法的查詢速度田轧。這個查找過程我們將在下面討論。

我們可以在運行時添加新的selector鞍恢，也可以在運行時獲取已存在的selector傻粘，我們可以通過下面三種方法來獲取SEL:

1. sel_registerName函數(shù)
2. Objective-C編譯器提供的@selector()
3. NSSelectorFromString()方法

IMP

IMP實際上是一個函數(shù)指針，指向方法實現(xiàn)的首地址帮掉。其定義如下：

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

這個函數(shù)使用當前CPU架構(gòu)實現(xiàn)的標準的C調(diào)用約定弦悉。第一個參數(shù)是指向self的指針(如果是實例方法，則是類實例的內(nèi)存地址旭寿；如果是類方法警绩，則是指向元類的指針)崇败，第二個參數(shù)是方法選擇器(selector)盅称，接下來是方法的實際參數(shù)列表肩祥。

前面介紹過的SEL就是為了查找方法的最終實現(xiàn)IMP的。由于每個方法對應唯一的SEL缩膝，因此我們可以通過SEL方便快速準確地獲得它所對應的IMP混狠，查找過程將在下面討論。取得IMP后疾层，我們就獲得了執(zhí)行這個方法代碼的入口點将饺，此時，我們就可以像調(diào)用普通的C語言函數(shù)一樣來使用這個函數(shù)指針了痛黎。

通過取得IMP予弧，我們可以跳過Runtime的消息傳遞機制，直接執(zhí)行IMP指向的函數(shù)實現(xiàn)湖饱，這樣省去了Runtime消息傳遞過程中所做的一系列查找操作掖蛤，會比直接向?qū)ο蟀l(fā)送消息高效一些。

Method

介紹完SEL和IMP井厌，我們就可以來講講Method了蚓庭。Method用于表示類定義中的方法，則定義如下：

typedef struct objc_method *Method;

struct objc_method {

    SEL method_name                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法名

    char *method_types                  OBJC2_UNAVAILABLE;

    IMP method_imp                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法實現(xiàn)

}

我們可以看到該結(jié)構(gòu)體中包含一個SEL和IMP仅仆，實際上相當于在SEL和IMP之間作了一個映射器赞。有了SEL，我們便可以找到對應的IMP墓拜，從而調(diào)用方法的實現(xiàn)代碼港柜。具體操作流程我們將在下面討論。

objc-method-description

"objc_method_description")objc_method_description

objc_method_description定義了一個Objective-C方法咳榜，其定義如下：

struct objc_method_description { SEL name; char *types; };

方法相關操作函數(shù)

Runtime提供了一系列的方法來處理與方法相關的操作潘懊。包括方法本身及SEL。本節(jié)我們介紹一下這些函數(shù)贿衍。

方法

方法操作相關函數(shù)包括下以：

// 調(diào)用指定方法的實現(xiàn)

id method_invoke ( id receiver, Method m, ... );

// 調(diào)用返回一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法的實現(xiàn)

void method_invoke_stret ( id receiver, Method m, ... );

// 獲取方法名

SEL method_getName ( Method m );

// 返回方法的實現(xiàn)

IMP method_getImplementation ( Method m );

// 獲取描述方法參數(shù)和返回值類型的字符串

const char * method_getTypeEncoding ( Method m );

// 獲取方法的返回值類型的字符串

char * method_copyReturnType ( Method m );

// 獲取方法的指定位置參數(shù)的類型字符串

char * method_copyArgumentType ( Method m, unsigned int index );

// 通過引用返回方法的返回值類型字符串

void method_getReturnType ( Method m, char *dst, size_t dst_len );

// 返回方法的參數(shù)的個數(shù)

unsigned int method_getNumberOfArguments ( Method m );

// 通過引用返回方法指定位置參數(shù)的類型字符串

void method_getArgumentType ( Method m, unsigned int index, char *dst, size_t dst_len );

// 返回指定方法的方法描述結(jié)構(gòu)體

struct objc_method_description * method_getDescription ( Method m );

// 設置方法的實現(xiàn)

IMP method_setImplementation ( Method m, IMP imp );

// 交換兩個方法的實現(xiàn)

void method_exchangeImplementations ( Method m1, Method m2 );

• method_invoke函數(shù)授舟，返回的是實際實現(xiàn)的返回值。參數(shù)receiver不能為空贸辈。這個方法的效率會比method_getImplementation和method_getName更快释树。
• method_getName函數(shù)，返回的是一個SEL擎淤。如果想獲取方法名的C字符串奢啥，可以使用sel_getName(method_getName(method))。
• method_getReturnType函數(shù)嘴拢，類型字符串會被拷貝到dst中桩盲。
• method_setImplementation函數(shù)，注意該函數(shù)返回值是方法之前的實現(xiàn)席吴。

方法選擇器

選擇器相關的操作函數(shù)包括：

// 返回給定選擇器指定的方法的名稱

const char * sel_getName ( SEL sel );

// 在Objective-C Runtime系統(tǒng)中注冊一個方法赌结，將方法名映射到一個選擇器捞蛋，并返回這個選擇器

SEL sel_registerName ( const char *str );

// 在Objective-C Runtime系統(tǒng)中注冊一個方法

SEL sel_getUid ( const char *str );

// 比較兩個選擇器

BOOL sel_isEqual ( SEL lhs, SEL rhs );

• sel_registerName函數(shù)：在我們將一個方法添加到類定義時，我們必須在Objective-C Runtime系統(tǒng)中注冊一個方法名以獲取方法的選擇器柬姚。

參考：
http://southpeak.github.io/2014/10/25/objective-c-runtime-1/