原文出處：南峰子的技術(shù)博客

Objective-C語言是一門動(dòng)態(tài)語言，它將很多靜態(tài)語言在編譯和鏈接時(shí)期做的事放到了運(yùn)行時(shí)來處理顾彰。這種動(dòng)態(tài)語言的優(yōu)勢在于：我們寫代碼時(shí)更具靈活性犀概，如我們可以把消息轉(zhuǎn)發(fā)給我們想要的對象琉历，或者隨意交換一個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)等桃移。

這種特性意味著Objective-C不僅需要一個(gè)編譯器，還需要一個(gè)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)來執(zhí)行編譯的代碼院刁。對于Objective-C來說，這個(gè)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)就像一個(gè)操作系統(tǒng)一樣：它讓所有的工作可以正常的運(yùn)行粪狼。這個(gè)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)即Objc Runtime退腥。Objc Runtime其實(shí)是一個(gè)Runtime庫，它基本上是用C和匯編寫的再榄，這個(gè)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：

1）封裝：在這個(gè)庫中狡刘，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(shí)現(xiàn)困鸥，另外再加上了一些額外的特性嗅蔬。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(yùn)行時(shí)創(chuàng)建疾就，檢查澜术，修改類、對象和它們的方法了猬腰。

2）找出方法的最終執(zhí)行代碼：當(dāng)程序執(zhí)行[object doSomething]時(shí)鸟废，會(huì)向消息接收者(object)發(fā)送一條消息(doSomething)，runtime會(huì)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)姑荷。這將在后面詳細(xì)介紹侮攀。

Objective-C runtime目前有兩個(gè)版本：Modern runtime和Legacy runtime。Modern Runtime 覆蓋了64位的Mac OS X Apps厢拭，還有 iOS Apps兰英。Legacy Runtime 是早期用來給32位 Mac OS X Apps 用的，也就是可以不用管就是了供鸠。

在這一系列文章中畦贸，我們將介紹runtime的基本工作原理，以及如何利用它讓我們的程序變得更加靈活楞捂。在本文中薄坏，我們先來介紹一下類與對象，這是面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)寨闹，我們看看在Runtime中胶坠，類是如何實(shí)現(xiàn)的。

類與對象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Class

Objective-C類是由Class類型來表示的繁堡，它實(shí)際上是一個(gè)指向objc_class結(jié)構(gòu)體的指針沈善。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 ? ? ? ? OB JC2_UNAVAILABLE;? // 類名

long version ? ? ? ? ? ? ? ? ?OBJC2_UNAVAILABLE;? // 類的版本信息乡数，默認(rèn)為0

long info ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?OBJC2_UNAVAILABLE;? // 類信息，供運(yùn)行期使用的一些位標(biāo)識

long instance_size ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?OBJC2_UNAVAILABLE;? // 該類的實(shí)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(gè)定義中闻牡，下面幾個(gè)字段是我們感興趣的

1）isa：需要注意的是在Objective-C中净赴，所有的類自身也是一個(gè)對象，這個(gè)對象的Class里面也有一個(gè)isa指針罩润，它指向metaClass(元類)玖翅，我們會(huì)在后面介紹它。

2）super_class：指向該類的父類割以，如果該類已經(jīng)是最頂層的根類(如NSObject或NSProxy)金度，則super_class為NULL。

3）cache：用于緩存最近使用的方法严沥。一個(gè)接收者對象接收到一個(gè)消息時(shí)猜极，它會(huì)根據(jù)isa指針去查找能夠響應(yīng)這個(gè)消息的對象。在實(shí)際使用中祝峻，這個(gè)對象只有一部分方法是常用的魔吐，很多方法其實(shí)很少用或者根本用不上。這種情況下莱找，如果每次消息來時(shí)酬姆，我們都是methodLists中遍歷一遍，性能勢必很差奥溺。這時(shí)辞色，cache就派上用場了。在我們每次調(diào)用過一個(gè)方法后，這個(gè)方法就會(huì)被緩存到cache列表中，下次調(diào)用的時(shí)候runtime就會(huì)優(yōu)先去cache中查找欺殿，如果cache沒有，才去methodLists中查找方法立美。這樣，對于那些經(jīng)常用到的方法的調(diào)用方灾，但提高了調(diào)用的效率建蹄。

4）version：我們可以使用這個(gè)字段來提供類的版本信息。這對于對象的序列化非常有用裕偿，它可以讓我們識別出不同類定義版本中實(shí)例變量布局的改變洞慎。

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：

1）[NSArray alloc]先被執(zhí)行嘿棘。因?yàn)镹SArray沒有+alloc方法劲腿，于是去父類NSObject去查找。

2）檢測NSObject是否響應(yīng)+alloc方法鸟妙，發(fā)現(xiàn)響應(yīng)焦人，于是檢測NSArray類挥吵，并根據(jù)其所需的內(nèi)存空間大小開始分配內(nèi)存空間，然后把isa指針指向NSArray類垃瞧。同時(shí)蔫劣，+alloc也被加進(jìn)cache列表里面坪郭。

3）接著个从，執(zhí)行-init方法，如果NSArray響應(yīng)該方法歪沃，則直接將其加入cache嗦锐；如果不響應(yīng)，則去父類查找沪曙。

4）在后期的操作中奕污，如果再以[[NSArray alloc] init]這種方式來創(chuàng)建數(shù)組，則會(huì)直接從cache中取出相應(yīng)的方法液走，直接調(diào)用碳默。

objc_object與id

objc_object是表示一個(gè)類的實(shí)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;

可以看到缘眶，這個(gè)結(jié)構(gòu)體只有一個(gè)成員嘱根，即指向其類的isa指針。這樣巷懈，當(dāng)我們向一個(gè)Objective-C對象發(fā)送消息時(shí)该抒，運(yùn)行時(shí)庫會(huì)根據(jù)實(shí)例對象的isa指針找到這個(gè)實(shí)例對象所屬的類。Runtime庫會(huì)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指向的方法顶燕。找到后即運(yùn)行這個(gè)方法凑保。

當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)特定類的實(shí)例對象時(shí)，分配的內(nèi)存包含一個(gè)objc_object數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)涌攻，然后是類的實(shí)例變量的數(shù)據(jù)欧引。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)。

另外還有我們常見的id恳谎，它是一個(gè)objc_object結(jié)構(gòu)類型的指針芝此。它的存在可以讓我們實(shí)現(xiàn)類似于C++中泛型的一些操作。該類型的對象可以轉(zhuǎn)換為任何一種對象惠爽，有點(diǎn)類似于C語言中void *指針類型的作用癌蓖。

objc_cache

上面提到了objc_class結(jié)構(gòu)體中的cache字段，它用于緩存調(diào)用過的方法婚肆。這個(gè)字段是一個(gè)指向objc_cache結(jié)構(gòu)體的指針租副，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：

1）mask：一個(gè)整數(shù)，指定分配的緩存bucket的總數(shù)较性。在方法查找過程中用僧，Objective-C runtime使用這個(gè)字段來確定開始線性查找數(shù)組的索引位置结胀。指向方法selector的指針與該字段做一個(gè)AND位操作(index = (mask & selector))。這可以作為一個(gè)簡單的hash散列算法责循。

2）occupied：一個(gè)整數(shù)糟港，指定實(shí)際占用的緩存bucket的總數(shù)。

3）buckets：指向Method數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針的數(shù)組院仿。這個(gè)數(shù)組可能包含不超過mask+1個(gè)元素秸抚。需要注意的是，指針可能是NULL歹垫，表示這個(gè)緩存bucket沒有被占用剥汤，另外被占用的bucket可能是不連續(xù)的。這個(gè)數(shù)組可能會(huì)隨著時(shí)間而增長排惨。

元類(Meta Class)

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

NSArray *array = [NSArray array];

這個(gè)例子中鹿驼，+array消息發(fā)送給了NSArray類，而這個(gè)NSArray也是一個(gè)對象辕宏。既然是對象畜晰，那么它也是一個(gè)objc_object指針，它包含一個(gè)指向其類的一個(gè)isa指針匾效。那么這些就有一個(gè)問題了舷蟀，這個(gè)isa指針指向什么呢？為了調(diào)用+array方法面哼，這個(gè)類的isa指針必須指向一個(gè)包含這些類方法的一個(gè)objc_class結(jié)構(gòu)體野宜。這就引出了meta-class

meta-class是一個(gè)類對象的類。

當(dāng)我們向一個(gè)對象發(fā)送消息時(shí)魔策，runtime會(huì)在這個(gè)對象所屬的這個(gè)類的方法列表中查找方法匈子；而向一個(gè)類發(fā)送消息時(shí)，會(huì)在這個(gè)類的meta-class的方法列表中查找闯袒。

meta-class之所以重要虎敦，是因?yàn)樗鎯?chǔ)著一個(gè)類的所有類方法。每個(gè)類都會(huì)有一個(gè)單獨(dú)的meta-class政敢，因?yàn)槊總€(gè)類的類方法基本不可能完全相同其徙。

再深入一下，meta-class也是一個(gè)類喷户，也可以向它發(fā)送一個(gè)消息唾那，那么它的isa又是指向什么呢？為了不讓這種結(jié)構(gòu)無限延伸下去褪尝，Objective-C的設(shè)計(jì)者讓所有的meta-class的isa指向基類的meta-class闹获，以此作為它們的所屬類期犬。即，任何NSObject繼承體系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作為自己的所屬類避诽，而基類的meta-class的isa指針是指向它自己龟虎。這樣就形成了一個(gè)完美的閉環(huán)。

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

對于NSObject繼承體系來說轨功，其實(shí)例方法對體系中的所有實(shí)例旭斥、類和meta-class都是有效的容达；而類方法對于體系內(nèi)的所有類和meta-class都是有效的古涧。

講了這么多，我們還是來寫個(gè)栗子吧：

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(gè)例子是在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建了一個(gè)NSError的子類TestClass花盐，然后為這個(gè)子類添加一個(gè)方法testMetaClass羡滑，這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)是TestMetaClass函數(shù)。

運(yùn)行后算芯，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)中柒昏，我們通過objc_getClass來獲取對象的isa，并將其打印出來熙揍，依此一直回溯到NSObject的meta-class职祷。分析打印結(jié)果，可以看到最后指針指向的地址是0x0届囚，即NSObject的meta-class的類地址有梆。

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

類與對象操作函數(shù)

runtime提供了大量的函數(shù)來操作類與對象泥耀。類的操作方法大部分是以class為前綴的，而對象的操作方法大部分是以objc或object_為前綴蛔添。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痰催。

類相關(guān)操作函數(shù)

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

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)凶硅，如果傳入的cls為Nil缝裁，則返回一個(gè)字字符串。

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

Classclass_getSuperclass(Classcls);

// 判斷給定的Class是否是一個(gè)元類

BOOLclass_isMetaClass(Classcls);

1）class_getSuperclass函數(shù)咏尝，當(dāng)cls為Nil或者cls為根類時(shí)压语，返回Nil啸罢。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。

2）class_isMetaClass函數(shù)胎食，如果是cls是元類扰才，則返回YES；如果否或者傳入的cls為Nil厕怜，則返回NO衩匣。

實(shí)例變量大小(instance_size)

實(shí)例變量大小操作的函數(shù)有：

// 獲取實(shí)例大小

size_tclass_getInstanceSize(Classcls);

成員變量(ivars)及屬性

在objc_class中，所有的成員變量粥航、屬性的信息是放在鏈表ivars中的琅捏。ivars是一個(gè)數(shù)組，數(shù)組中每個(gè)元素是指向Ivar(變量信息)的指針递雀。runtime提供了豐富的函數(shù)來操作這一字段柄延。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(shí)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(gè)成員變量列表

Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount );

1）class_getInstanceVariable函數(shù)缀程，它返回一個(gè)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)搜吧。

2）class_getClassVariable函數(shù)，目前沒有找到關(guān)于Objective-C中類變量的信息杨凑，一般認(rèn)為Objective-C不支持類變量滤奈。注意，返回的列表不包含父類的成員變量和屬性撩满。

3）Objective-C不支持往已存在的類中添加實(shí)例變量蜒程，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伺帘，都無法動(dòng)態(tài)添加成員變量昭躺。但如果我們通過運(yùn)行時(shí)來創(chuàng)建一個(gè)類的話，又應(yīng)該如何給它添加成員變量呢曼追？這時(shí)我們就可以使用class_addIvar函數(shù)了窍仰。不過需要注意的是，這個(gè)方法只能在objc_allocateClassPair函數(shù)與objc_registerClassPair之間調(diào)用礼殊。另外驹吮，這個(gè)類也不能是元類。成員變量的按字節(jié)最小對齊量是1<<alignment晶伦。這取決于ivar的類型和機(jī)器的架構(gòu)碟狞。如果變量的類型是指針類型，則傳遞log2(sizeof(pointer_type))婚陪。

4）class_copyIvarList函數(shù)族沃，它返回一個(gè)指向成員變量信息的數(shù)組，數(shù)組中每個(gè)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(gè)數(shù)組不包含在父類中聲明的變量脆淹。outCount指針返回?cái)?shù)組的大小常空。需要注意的是，我們必須使用free()來釋放這個(gè)數(shù)組盖溺。

2.屬性操作函數(shù)漓糙，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烘嘱。我們在后面介紹屬性時(shí)會(huì)再遇到這些函數(shù)。

3.在MAC OS X系統(tǒng)中蝇庭，我們可以使用垃圾回收器醉鳖。runtime提供了幾個(gè)函數(shù)來確定一個(gè)對象的內(nèi)存區(qū)域是否可以被垃圾回收器掃描，以處理strong/weak引用哮内。這幾個(gè)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 );

但通常情況下盗棵，我們不需要去主動(dòng)調(diào)用這些方法；在調(diào)用objc_registerClassPair時(shí)牍蜂，會(huì)生成合理的布局漾根。在此不詳細(xì)介紹這些函數(shù)。

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(shí)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(shí)現(xiàn)

IMP class_replaceMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );

// 返回方法的具體實(shí)現(xiàn)

IMP class_getMethodImplementation ( Class cls, SEL name );

IMP class_getMethodImplementation_stret ( Class cls, SEL name );

// 類實(shí)例是否響應(yīng)指定的selector

BOOL class_respondsToSelector ( Class cls, SEL sel );

class_addMethod的實(shí)現(xiàn)會(huì)覆蓋父類的方法實(shí)現(xiàn)鲫竞，但不會(huì)取代本類中已存在的實(shí)現(xiàn)，如果本類中包含一個(gè)同名的實(shí)現(xiàn)逼蒙，則函數(shù)會(huì)返回NO从绘。如果要修改已存在實(shí)現(xiàn)，可以使用method_setImplementation是牢。一個(gè)Objective-C方法是一個(gè)簡單的C函數(shù)僵井，它至少包含兩個(gè)參數(shù)—self和_cmd。所以驳棱，我們的實(shí)現(xiàn)函數(shù)(IMP參數(shù)指向的函數(shù))至少需要兩個(gè)參數(shù)批什，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(dòng)態(tài)添加方法社搅，不管這個(gè)類是否已存在驻债。

另外，參數(shù)types是一個(gè)描述傳遞給方法的參數(shù)類型的字符數(shù)組形葬，這就涉及到類型編碼合呐，我們將在后面介紹。

1）class_getInstanceMethod笙以、class_getClassMethod函數(shù)淌实，與class_copyMethodList不同的是，這兩個(gè)函數(shù)都會(huì)去搜索父類的實(shí)現(xiàn)。

2）class_copyMethodList函數(shù)拆祈，返回包含所有實(shí)例方法的數(shù)組恨闪，如果需要獲取類方法，則可以使用class_copyMethodList(object_getClass(cls), &count)(一個(gè)類的實(shí)例方法是定義在元類里面)放坏。該列表不包含父類實(shí)現(xiàn)的方法凛剥。outCount參數(shù)返回方法的個(gè)數(shù)。在獲取到列表后轻姿，我們需要使用free()方法來釋放它犁珠。

3）class_replaceMethod函數(shù)，該函數(shù)的行為可以分為兩種：如果類中不存在name指定的方法互亮，則類似于class_addMethod函數(shù)一樣會(huì)添加方法犁享；如果類中已存在name指定的方法，則類似于method_setImplementation一樣替代原方法的實(shí)現(xiàn)豹休。

4）class_getMethodImplementation函數(shù)炊昆，該函數(shù)在向類實(shí)例發(fā)送消息時(shí)會(huì)被調(diào)用，并返回一個(gè)指向方法實(shí)現(xiàn)函數(shù)的指針威根。這個(gè)函數(shù)會(huì)比method_getImplementation(class_getInstanceMethod(cls, name))更快凤巨。返回的函數(shù)指針可能是一個(gè)指向runtime內(nèi)部的函數(shù)，而不一定是方法的實(shí)際實(shí)現(xiàn)洛搀。例如敢茁，如果類實(shí)例無法響應(yīng)selector，則返回的函數(shù)指針將是運(yùn)行時(shí)消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的一部分留美。

5）class_respondsToSelector函數(shù)彰檬，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(shí)現(xiàn)指定的協(xié)議

BOOL class_conformsToProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );

// 返回類實(shí)現(xiàn)的協(xié)議列表

Protocol * class_copyProtocolList ( Class cls, unsigned int *outCount );

1）class_conformsToProtocol函數(shù)可以使用NSObject類的conformsToProtocol:方法來替代谎砾。

2）class_copyProtocolList函數(shù)返回的是一個(gè)數(shù)組逢倍，在使用后我們需要使用free()手動(dòng)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(gè)函數(shù)來供CoreFoundation的tool-free bridging使用景图，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(gè)函數(shù)较雕。

實(shí)例(Example)

上面列舉了大量類操作的函數(shù)，下面我們寫個(gè)實(shí)例挚币，來看看這些函數(shù)的實(shí)例效果：

.h文件

@interface MyClass : NSObject

@property (nonatomic, strong) NSArray *array;

@property (nonatomic, copy) NSString *string;

- (void)method1;

- (void)method2;

+ (void)classMethod1;

@end

.m文件

#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函數(shù)

#import "MyClass.h"

#import "MySubClass.h"

#import <objc/runtime.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {

@autoreleasepool {

//類操作函數(shù)

MyClass*myClass = [[MyClassalloc]init];

unsignedintoutCount =0;

Class cls = myClass.class;

NSLog(@"=================獲取類名=================");

NSLog(@"class name : %s",class_getName(cls));

NSLog(@"=================獲取父類=================");

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(@"=================獲取元類=================");

Class meta_class =objc_getMetaClass(class_getName(cls));

NSLog(@"%s's meta-class is %s",class_getName(cls),class_getName(meta_class));

NSLog(@"=================實(shí)例變量大小=================");

NSLog(@"instance size: %zu",class_getInstanceSize(cls));

NSLog(@"================= MyClass的成員變量=================");

Ivar*ivars =class_copyIvarList(cls, &outCount);

for(inti =0; i < outCount; i++) {

Ivarivar = ivars[i];

NSLog(@"instance variables's name: %s at index:%d",ivar_getName(ivar), i);

NSLog(@"ivar typeEncoding: %s",ivar_getTypeEncoding(ivar));

}

free(ivars);

Ivarstring =class_getInstanceVariable(cls,"_string");

if(string !=NULL) {

NSLog(@"instance variable : %s",ivar_getName(string));

}

NSLog(@"=================屬性操作=================");

objc_property_t*properties =class_copyPropertyList(cls, &outCount);

for(inti =0; i < outCount; i++) {

objc_property_tproperty = properties[i];

NSLog(@"property's name: %s",property_getName(property));

}

free(properties);

objc_property_tarray =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(inti =0; i < outCount; i++) {

Methodmethod = methods[i];

NSLog(@"method's signature : %s",sel_getName(method_getName(method)));

}

free(methods);

Methodmethod1 =class_getInstanceMethod(cls,@selector(method1));

if(method1 !=NULL) {

NSLog(@"method : %s",sel_getName(method_getName(method1)));

}

MethodclassMethod =class_getClassMethod(cls,@selector(classMethod1));

if(classMethod !=NULL) {

NSLog(@"class method : %s",sel_getName(method_getName(classMethod)));

}

NSLog(@"MyClass is %@ respond to selector: method3WithArg1:arg2:", (class_respondsToSelector(cls,@selector(method3WithArg1:arg2:)))?@"":@"not");

IMPimp =class_getMethodImplementation(cls,@selector(method1));

imp();

NSLog(@"=================協(xié)議=================");

Protocol *__unsafe_unretained*protocols =class_copyProtocolList(cls, &outCount);

Protocol *protocol;

for(inti =0; i < outCount; i++) {

protocol = protocols[i];

NSLog(@"protocol name: %s",protocol_getName(protocol));

}

NSLog(@"MyClass is %@ resonsed to protocol %s",class_conformsToProtocol(cls, protocol)?@"":@"not",protocol_getName(protocol));

}

return 0;

}

運(yùn)行結(jié)果這里就不展示了亮蒋，自己去下載我寫的demo運(yùn)行吧。

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建類和對象

runtime的強(qiáng)大之處在于它能在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建類和對象忘晤。

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建類

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建類涉及到以下幾個(gè)函數(shù)：

// 創(chuàng)建一個(gè)新類和元類

Class objc_allocateClassPair ( Class superclass, const char *name, size_t extraBytes );

// 銷毀一個(gè)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 );

說明：objc_allocateClassPair函數(shù)：如果我們要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)根類宛蚓，則superclass指定為Nil。extraBytes通常指定為0设塔，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)凄吏。

為了創(chuàng)建一個(gè)新類远舅，我們需要調(diào)用objc_allocateClassPair。然后使用諸如class_addMethod痕钢，class_addIvar等函數(shù)來為新創(chuàng)建的類添加方法图柏、實(shí)例變量和屬性等。完成這些后任连，我們需要調(diào)用objc_registerClassPair函數(shù)來注冊類蚤吹，之后這個(gè)新類就可以在程序中使用了。

實(shí)例方法和實(shí)例變量應(yīng)該添加到類自身上随抠，而類方法應(yīng)該添加到類的元類上裁着。

說明：objc_disposeClassPair函數(shù)用于銷毀一個(gè)類，不過需要注意的是拱她，如果程序運(yùn)行中還存在類或其子類的實(shí)例二驰，則不能調(diào)用針對類調(diào)用該方法。

在前面介紹元類時(shí)秉沼，我們已經(jīng)有接觸到這幾個(gè)函數(shù)了桶雀，在此我們再舉個(gè)實(shí)例來看看這幾個(gè)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：

2014-10-2311:35:31.006RuntimeTest[3800:66152]runsubmethod1

2014-10-2311:35:31.006RuntimeTest[3800:66152]runsubmethod1

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建對象

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建對象的函數(shù)如下：

// 創(chuàng)建類實(shí)例

id class_createInstance ( Class cls, size_t extraBytes );

// 在指定位置創(chuàng)建類實(shí)例

id objc_constructInstance ( Class cls, void *bytes );

// 銷毀類實(shí)例

void * objc_destructInstance ( id obj );

class_createInstance函數(shù)：創(chuàng)建實(shí)例時(shí)唬复，會(huì)在默認(rèn)的內(nèi)存區(qū)域?yàn)轭惙峙鋬?nèi)存矗积。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(chǔ)在類定義中所定義的實(shí)例變量之外的實(shí)例變量敞咧。該函數(shù)在ARC環(huán)境下無法使用棘捣。

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

2014-10-2312:46:50.781RuntimeTest[4039:89088]NSString

2014-10-2312:46:50.781RuntimeTest[4039:89088]__NSCFConstantString

可以看到丰包，使用class_createInstance函數(shù)獲取的是NSString實(shí)例，而不是類簇中的默認(rèn)占位符類__NSCFConstantString壤巷。

1）objc_constructInstance函數(shù)：在指定的位置(bytes)創(chuàng)建類實(shí)例邑彪。

2）objc_destructInstance函數(shù)：銷毀一個(gè)類的實(shí)例，但不會(huì)釋放并移除任何與其相關(guān)的引用胧华。

實(shí)例操作函數(shù)

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

1.針對整個(gè)對象進(jìn)行操作的函數(shù)有巧，這類函數(shù)包含

// 返回指定對象的一份拷貝

idobject_copy(idobj,size_tsize);

// 釋放指定對象占用的內(nèi)存

idobject_dispose(idobj);

有這樣一種場景，假設(shè)我們有類A和類B悲没，且類B是類A的子類篮迎。類B通過添加一些額外的屬性來擴(kuò)展類A。現(xiàn)在我們創(chuàng)建了一個(gè)A類的實(shí)例對象，并希望在運(yùn)行時(shí)將這個(gè)對象轉(zhuǎn)換為B類的實(shí)例對象甜橱，這樣可以添加數(shù)據(jù)到B類的屬性中逊笆。這種情況下，我們沒有辦法直接轉(zhuǎn)換岂傲，因?yàn)锽類的實(shí)例會(huì)比A類的實(shí)例更大难裆，沒有足夠的空間來放置對象。此時(shí)镊掖，我們就要以使用以上幾個(gè)函數(shù)來處理這種情況乃戈，如下代碼所示：

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

id newB = object_copy(a, class_getInstanceSize(MyClass.class));

object_setClass(newB, MyClass.class);

object_dispose(a);

2.針對對象實(shí)例變量進(jìn)行操作的函數(shù)，這類函數(shù)包含：

// 修改類實(shí)例的實(shí)例變量的值

Ivar object_setInstanceVariable ( id obj, const char *name, void *value );

// 獲取對象實(shí)例變量的值

Ivar object_getInstanceVariable ( id obj, const char *name, void **outValue );

// 返回指向給定對象分配的任何額外字節(jié)的指針

void * object_getIndexedIvars ( id obj );

// 返回對象中實(shí)例變量的值

id object_getIvar ( id obj, Ivar ivar );

// 設(shè)置對象中實(shí)例變量的值

void object_setIvar ( id obj, Ivar ivar, id value );

如果實(shí)例變量的Ivar已經(jīng)知道亩进，那么調(diào)用object_getIvar會(huì)比object_getInstanceVariable函數(shù)快症虑，相同情況下，object_setIvar也比object_setInstanceVariable快镐侯。

3.針對對象的類進(jìn)行操作的函數(shù)侦讨，這類函數(shù)包含：

// 返回給定對象的類名

const char * object_getClassName ( id obj );

// 返回對象的類

Class object_getClass ( id obj );

// 設(shè)置對象的類

Class object_setClass ( id obj, Class cls );

獲取類定義

Objective-C動(dòng)態(tài)運(yùn)行庫會(huì)自動(dòng)注冊我們代碼中定義的所有的類。我們也可以在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建類定義并使用objc_addClass函數(shù)來注冊它們苟翻。runtime提供了一系列函數(shù)來獲取類定義相關(guān)的信息韵卤，這些函數(shù)主要包括：

// 獲取已注冊的類定義的列表

int objc_getClassList ( Class *buffer, int bufferCount );

// 創(chuàng)建并返回一個(gè)指向所有已注冊類的指針列表

Class * objc_copyClassList ( unsigned int *outCount );

// 返回指定類的類定義

Class objc_lookUpClass ( const char *name );

Class objc_getClass ( const char *name );

Class objc_getRequiredClass ( const char *name );

// 返回指定類的元類

Class objc_getMetaClass ( const char *name );

objc_getClassList函數(shù)：獲取已注冊的類定義的列表。我們不能假設(shè)從該函數(shù)中獲取的類對象是繼承自NSObject體系的崇猫，所以在這些類上調(diào)用方法是沈条，都應(yīng)該先檢測一下這個(gè)方法是否在這個(gè)類中實(shí)現(xiàn)。

下面代碼演示了該函數(shù)的用法：

int numClasses;

Class * classes = NULL;

numClasses = objc_getClassList(NULL, 0);

if (numClasses > 0) {

classes = malloc(sizeof(Class) * numClasses);

numClasses = objc_getClassList(classes, numClasses);

NSLog(@"number of classes: %d", numClasses);

for (int i = 0; i < numClasses; i++) {

Class cls = classes[i];

NSLog(@"class name: %s", class_getName(cls));

}

free(classes);

}

運(yùn)行結(jié)果自己跑demo（提示：這個(gè)輸出很長）

獲取類定義的方法有三個(gè)：objc_lookUpClass, objc_getClass和objc_getRequiredClass诅炉。如果類在運(yùn)行時(shí)未注冊蜡歹，則objc_lookUpClass會(huì)返回nil，而objc_getClass會(huì)調(diào)用類處理回調(diào)涕烧，并再次確認(rèn)類是否注冊月而，如果確認(rèn)未注冊，再返回nil议纯。而objc_getRequiredClass函數(shù)的操作與objc_getClass相同父款，只不過如果沒有找到類，則會(huì)殺死進(jìn)程瞻凤。

objc_getMetaClass函數(shù)：如果指定的類沒有注冊憨攒，則該函數(shù)會(huì)調(diào)用類處理回調(diào)，并再次確認(rèn)類是否注冊阀参，如果確認(rèn)未注冊肝集，再返回nil。不過蛛壳，每個(gè)類定義都必須有一個(gè)有效的元類定義杏瞻，所以這個(gè)函數(shù)總是會(huì)返回一個(gè)元類定義所刀，不管它是否有效。

小結(jié)

在這一章中我們介紹了Runtime運(yùn)行時(shí)中與類和對象相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)伐憾，通過這些數(shù)據(jù)函數(shù)勉痴，我們可以管窺Objective-C底層面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)的一些信息。另外树肃，通過豐富的操作函數(shù)蒸矛，可以靈活地對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

下面有個(gè)demo地址胸嘴，自己玩去吧雏掠！

https://github.com/loveNoodles/runtime

累死我了！Ａ酉瘛乡话！