知识总结Objective-C Runtime 运行时（1）

c语言不是动态语言，函数的调用在编译时候已经确定，编译完成后按照顺序执行即可。OC作为动态语言主要是因为Runtime库的支持，由于Runtime库的作用使得c语言具有了动态语言的特性，runtime保持在程序运行时创建，修改类，对象和方法，OC的函数调用通过runtime进行消息的转发。

Object-C类

typedef struct objc_class *Class;

struct objc_class {
Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;//父类
const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;//类名
long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;//类的版本信息
long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;//类信息运行时的使用的标识位
long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;//实例变量大小
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;//成员变量列表
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;//方法列表
struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;//方法缓存
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;//协议列表
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

下面定义两个类，并以此举例说明runtime

@interface Father : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString *property_1_s;
@property (nonatomic, weak) NSArray *property_2_w;
@property (nonatomic, unsafe_unretained) id property_3_un;
@property (nonatomic, weak) id property_4_w;
@property (nonatomic, strong) id property_5_s;
@property (nonatomic, strong) id property_6_s;
@property (nonatomic, unsafe_unretained) id property_7_un;
@property (nonatomic, strong) id property_8_s;
@property (nonatomic, strong) id property_9_s;
@property (nonatomic, weak) id property_10_w;
@property (nonatomic, weak) id property_11_w;
@property (nonatomic, strong) id property_12_s;
@property (nonatomic, weak) id property_13_s;
@end

@interface Son : Father

@end
Father *father = [[Father alloc] init];
Son *son = [[Son alloc]init];

（1）isa:指向metaClass(元类)，元类顾名思义也是一个类，存储对象的类方法。

NSLog(@"This object is %p.", son);
Class currentClass = [son class];
for (int i = 1; i < 5; i++)
{
NSLog(@"Following the isa pointer %d  times gives %p", i, currentClass);
currentClass = object_getClass(currentClass);
}
NSLog(@"NSObject's class is %p", [NSObject class]);
NSLog(@"NSObject's meta class is %p", object_getClass([NSObject class]));

可以看出对象son的地址开辟在堆中，其类地址为0x109e80568，其isa指针指向的meta-class地址为0x109e80540，meta-class所属类的地址为0x10ae38e58，通过打印NSObject的地址可以看出meta-class继承了NSObject。

（2）super_class 指向父类，如果该类是最顶层根类如NSObject则其super_class为NULL。

（3）name 类名Father， Son

（4）version 该字段提供类的版本信息，可以识别出不同定义版本中的实例变量布局的改变

（5）instance_size 实例变量大小

NSInteger instance_size = class_getInstanceSize([father class]);
NSLog(@"instance_size = %d",instance_size);

father含有13个属性都是指针类型和1个isa指针，一共112字节。

（6）ivars 它指向objc_ivar_list结构体，objc_ivar_list其实就是一个链表，存储多个objc_ivar，而objc_ivar结构体存储类的单个成员变量信息。

struct objc_ivar_list {
int ivar_count                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_ivar ivar_list[1]                            OBJC2_UNAVAILABLE;
}

unsigned int outCount =0;
Ivar*ivars =class_copyIvarList(father.class, &outCount);
for(unsigned int i =0; i < outCount; ++i) {
Ivar ivar = ivars[i];
const char*ivarName =ivar_getName(ivar);
const char*ivarEncoder =ivar_getTypeEncoding(ivar);
NSLog(@"Ivar name:%s Ivar TypeEncoder:%s",ivarName,ivarEncoder);
}
free(ivars);

（7）methodLists表示方法列表，它指向objc_method_list结构体的二级指针，可以动态修改*methodLists的值来添加成员方法，也是category的实现原理。

struct objc_method_list {
struct objc_method_list * _Nullable obsolete             OBJC2_UNAVAILABLE;

int method_count                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1]                        OBJC2_UNAVAILABLE;
}

objc_method_list也是一个链表，存储多个objc_method，而objc_method结构体存储类的某个方法的信息。

typedef struct objc_method *Method;
struct objc_method {
SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
}

Method是一个指向objc_method结构体指针，它存储了方法名(method_name)、方法类型(method_types)和方法实现(method_imp)等信息。而method_imp的数据类型是IMP，它是一个函数指针

（8）cache用于缓存最近使用的方法。一个对象接收到一个消息时，对象会根据isa指针去查找能够响应这个消息的对象。每次调用过一个方法后，这个方法就会被缓存到cache列表中，下次调用的时候runtime就会优先去cache中查找，如果cache没有，才去methodLists中查找方法。这样，对于那些经常用到的方法的调用，但提高了调用的效率。objc_cache结构体的指针，其定义如下：

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

（9）protocols类遵循的协议，协议列表objc_protocol_list定义如下：

typedef struct objc_object Protocol;//isa指针
struct objc_protocol_list {
struct objc_protocol_list * _Nullable next;
long count;
__unsafe_unretained Protocol * _Nullable list[1];
};