Objective-C Runtime<1>

简介

Objective-C是一门动态语言，它把一些决策性的判断从编译连接时段推迟到运行时段。OC是动态处理这些事情的。这就是说OC需要的不仅仅是一个编译器，而且需要一个运行时系统来运行它编译的代码。运行时系统对OC来说是一个操作系统，是OC框架的基石！

虽然再平时的编码过程中我们用到的不太多，但了解runtime对我们是有很大的帮助的，尤其是扩展一些方法属性等等。

和runtime交互

Objective-C从三种不同的层次上与runtime系统进行交互，分别是通过Objective-C源码，通过NSObject中定义的方法和直接调用runtime的函数。

Objective-C源码

大部分情况下你就只管写你的Objc代码就行，runtime 系统自动在幕后辛勤劳作着。

消息的执行会使用到一些编译器为实现动态语言特性而创建的数据结构和函数，Objc中的类、方法和协议等在 runtime 中都由一些数据结构来定义。

NSObject中定义的方法

Cocoa 中大多数类都继承于NSObject类，也就自然继承了它的方法。最特殊的例外是NSProxy，它是个抽象超类，它实现了一些消息转发有关的方法，可以通过继承它来实现一个其他类的替身类或是虚拟出一个不存在的类，说白了就是领导把自己展现给大家风光无限，但是把活儿都交给幕后小弟去干。

有的NSObject中的方法起到了抽象接口的作用，比如description方法需要你重载它并为你定义的类提供描述内容。NSObject还有些方法能在运行时获得类的信息，并检查一些特性，比如class返回对象的类；isKindOfClass:和isMemberOfClass:则检查对象是否在指定的类继承体系中；respondsToSelector:检查对象能否响应指定的消息；conformsToProtocol:检查对象是否实现了指定协议类的方法；methodForSelector:则返回指定方法实现的地址。

runtime函数

Runtime 系统是一个由一系列函数和数据结构组成，具有公共接口的动态共享库。头文件存放于/usr/include/objc目录下。许多函数允许你用纯C代码来重复实现 Objc 中同样的功能。虽然有一些方法构成了NSObject类的基础，但是你在写 Objc 代码时一般不会直接用到这些函数的，除非是写一些 Objc 与其他语言的桥接或是底层的debug工作。在Objective-C Runtime Reference中有对 Runtime 函数的详细文档。

对象模型Class

OC是面向对象的，每一个对象都是类的实例，再Objective-C内部，每一个对象都有一个ISA的指针，指向该对象的类。每个类中描述了实例的特点，包括成员变量的列表，函数列表，函数缓存列表等等。每一个对象都可以接受消息，而对象能够接受的消息列表是保存再它所对应的类中的。

nil是一个特别的指针，指向一个空对象，所以可以给nil发送任何消息。

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oc中，每一个对象都是类，类也是对象，所以类也应该是另一个类的实例，这个类就是元类(metaclass)，元类里面保存着类的方法列表，当一个类方法被调用时，元类首先会查找它的方法列表是否有该方法，如果没有的话则会向父类查找对应的方法。

元类(metaclass)也是一个对象，同样它也有ISA指针，那么指向哪里呢？为了设计上的完整，所有的元类的ISA指针都指向一个根元类(root metaclass)。而root metaclass的ISA指针又指向它自己，形成一个闭环。在实际编程中，我们几乎不会想元类发消息的情况，ISA指针也很少用到。

具体类，元类及相关的继承关系我们可以通过如下表看出：



上图的实线是super_class的指针，虚线是isa指针，可以很清晰的看到:

1：实例的ISA指针指向类对象，类对象的ISA指针指向meta class，meta class的ISA指针指向root meta class；

2：root meta class的ISA指针指向自己；

3：root meta class的super_class指向root class，而NSObject的super class为nil。

Ivar

它代表类中实例变量的类型：

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
}

一些主要的使用方法:

#import <objc/message.h>

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) NSArray *classs;
@property (nonatomic, strong) NSDictionary *friends;
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) NSNumber* age;
@property (nonatomic, assign) int number;
@end
- (void)ivar {
unsigned int count = 0;
Ivar *ivars = class_copyIvarList([ViewController class], &count);
for (int i = 0; i < count; i++) {
Ivar var = ivars[i];
const char *propertyName = ivar_getName(var);
const char *propertyType = ivar_getTypeEncoding(var);
NSLog(@"name:%s--type:%s", propertyName, propertyType);
}
}

打印的结果：

2015-12-29 16:49:56.316 runtimeTEST[25971:1913921] name:_number--type:i
2015-12-29 16:49:56.317 runtimeTEST[25971:1913921] name:_classs--type:@"NSArray"
2015-12-29 16:49:56.317 runtimeTEST[25971:1913921] name:_friends--type:@"NSDictionary"
2015-12-29 16:49:56.317 runtimeTEST[25971:1913921] name:_name--type:@"NSString"
2015-12-29 16:49:56.317 runtimeTEST[25971:1913921] name:_age--type:@"NSNumber"

SEL

SEL是selector再Objc中的表示类型，selector是方法选择器，可以理解为区分方法的ID：

/// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;

它其实就是映射到方法的C字符串，再实际中可以使用@selector()或者Runtime系统中的sel_registerName函数来获取一个SEL类型的方法选择器~

IMP

IMP的定义如下：

/// A pointer to the function of a method implementation.
#if !OBJC_OLD_DISPATCH_PROTOTYPES
typedef void (*IMP)(void /* id, SEL, ... */ );
#else
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);
#endif

它使一个函数的指针，这是由编译器生成的，当向Objc发送消息时，如果找到对应的方法，它就会调用制定的代码，IMP就是指向函数实线的指针。

IMP指向方法和objc_msgSend函数类型相同，都包含id和SEL类型，每个方法名都对应一个SEL选择器，每个对象中的SEL对应的方法肯定是唯一的，通过id和SEL参数就能确定方法的地址。

参考链接：

https://developer.apple.com/library/mac/documentation/Cocoa/Conceptual/ObjCRuntimeGuide/Introduction/Introduction.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008048-CH1-SW1

http://blog.devtang.com/blog/2013/10/15/objective-c-object-model/