runtime的那点事儿（一）消息机制

第一部分：
 Objective-C中的Runtime是经常被问到的一个问题，几乎是面试大公司必问的一个问题。当然还有一些其他问题也几乎必问，例如：RunLoop，Block，内存管理等。其他的问题如果有机会我会在其他文章中介绍。本篇文章主要介绍RunTime。

 

 
 RunTime简称运行时。就是系统在运行的时候的一些机制，其中最主要的是消息机制。对于C语言，函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数（
C语言的函数调用请看这里 ）。编译完成之后直接顺序执行，无任何二义性。OC的函数调用成为消息发送。属于动态调用过程。在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数（事实证明，在编 译阶段，OC可以调用任何函数，即使这个函数并未实现，只要申明过就不会报错。而C语言在编译阶段就会报错）。只有在真正运行的时候才会根据函数的名称找 到对应的函数来调用

 
 那OC是怎么实现动态调用的呢？下面我们来看看OC通过发送消息来达到动态调用的秘密。假如在OC中写了这样的一个代码：

 

 
 [obj makeText];

 其中obj是一个对象，makeText是一个函数名称。对于这样一个简单的调用。在编译时RunTime会将上述代码转化成

 
 objc_msgSend(obj,@selector(makeText));

 <PS 如果有参数则为:    objc_msgSend(obj,@selector(makeText:));   >

 首先我们来看看obj这个对象，iOS中的obj都继承于NSObject。

 
 //对比如下：
 @interface Father : NSObject
 {
 NSString *_name;
 
 }
 
 @interface NSObject <nsobject> {
 
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
 
 }</nsobject>

 

 

第二部分：

在讲第二部分之前插入一点小知识（PS：可以增加对下面内容的理解，一定要看懂哦）

1》动态能力相关的isa指针

每个Objective-C对象都有一个隐藏的数据结构，这个数据结构是Objective-C对象的第一个成员变量，它就是isa指针。这个指针指向哪呢？它指向一个类对象(class
object  记住它是个对象，是占用内存空间的一个变量，这个对象在编译的时候编译器就生成了，专门来描述某个类的定义)，这个类对象包含了Objective-C对象的一些信息（为了区分两个对象，我把前面提到的对象叫Objective-C对象），包括Objective-C对象的方法调度表，实现了什么协议等等。这个包含信息就是Objective-C动态能力的根源了。

那我们看看isa指针类型的数据结构是什么样的？如果抛开NSObject对象的其他的成员数据和变量，NSObject可以看成这样：
@interface NSObject <NSObject> {

    
    Class    isa;

    
}
不考虑@interface关键字在编译时的作用，可以把NSObject更接近C语言结构表示为：
struct NSObject{
   　　Class isa;
}
Class是用typedef定义的

typedefstruct objc_class *Class;    (objc_class * 等价于 
Class)
那NSObject可以这么写了

struct NSObject{
   　　objc_class *isa
}

那objc_class的结构是什么样的呢？大概是这样的：

struct objc_class {
    Class isa; //指向metaclass

    
    Class super_class; //指向其父类

    
   constchar *name;   //类名

    

    long version;  // 类的版本信息，初始化默认为0，可以通过runtime函数class_setVersion和class_getVersion进行修改、读取

    

     long info; // 一些标识信息,如CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class ，其中包含对象方法和成员变量;CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass，其中包含类方法;

    

    

    long instance_size;//该类的实例变量大小(包括从父类继承下来的实例变量);
   struct objc_ivar_list *ivars;  //用于存储每个成员变量的地址

    struct objc_method_list **methodLists;    // 与 info 的一些标志位有关,如CLS_CLASS (0x1L),则存储对象方法，如CLS_META (0x2L)，则存储类方法;

    

    
   struct objc_cache *cache;   //指向最近使用的方法的指针，用于提升效率；
   struct objc_protocol_list *protocols;  //存储该类遵守的协议

    

    
}

我们可以看到，对于一个Class类中，存在很多东西，下面我来一一解释一下：

Class isa：指向metaclass，也就是静态的Class。一般一个Obj对象中的isa会指向普通的Class，这个Class中存储普通成员变量和对 象方法（“-”开头的方法），普通Class中的isa指针指向静态Class，静态Class中存储static类型成员变量和类方法（“+”开头的方 法）。

Class super_class:指向父类，如果这个类是根类，则为NULL。

PS:
这里会看到，在这个结构体里还有一个isa指针，又是一重指向，是不是有种到了盗梦空间的感觉。不用紧张，take easy，不会有那么多层次的，这里的isa指针指向的是元类对象(metaclass
object)，带有元字，证明快到头了。那元对象有啥用呢？它用来存储的关于类的版本，名字，类方法等信息。所有的元类对象(metaclass object)都指向 NSObject的元类对象，到头还是NSObject。一共三次：类对象->元类对象->NSObject元类对象。

   为了得到整个类组织架构的信息，objc_class结构里定义了第二个成员变量Class super_class，它指向父类的类对象。说了这么多，可能关系缕不清楚，有道是一张图胜过千言万语

  


图中可以看出，D3继承D2,D2继承D1,D1最终继承NSObject。下图从D3的一个对象开始，排列出D3 D2 D1 NSObject 类对象，元类对象等关系。

在NSObjcet中存在一个Class的isa指针。然后我们看看Class：

 


图中的箭头都是指针的指向。

上述是 isa指针 的相关话题，下面我们回归正题

@selector (makeText)：这是一个SEL方法选择器。SEL其主要作用是快速的通过方法名字（makeText）查找到对应方法的函数指针，然后调用其函 数。SEL其本身是一个Int类型的一个地址，地址中存放着方法的名字。对于一个类中。每一个方法对应着一个SEL。所以iOS类中不能存在2个名称相同
的方法，即使参数类型不同，因为SEL是根据方法名字生成的，相同的方法名称只能对应一个SEL。

下面我们就来看看具体消息发送之后是怎么来动态查找对应的方法的。

首先，编译器将代码[obj makeText];转化为objc_msgSend(obj, @selector (makeText));，在objc_msgSend函数中。首先通过obj的isa指针找到obj对应的class。在Class中先去cache中 通过SEL查找对应函数method（猜测cache中method列表是以SEL为key通过hash表来存储的，这样能提高函数查找速度），若 cache中未找到。再去methodList中查找，若methodlist中未找到，则取superClass中查找。若能找到，则将method加
入到cache中，以方便下次查找，并通过method中的函数指针跳转到对应的函数中去执行。

上述博客是参照：http://www.cocoachina.com/ios/20141018/9960.html

感谢这位同志的分享，此致、敬礼

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