創(chuàng)建時間: 2016-12-12
狀態(tài)：發(fā)布

簡介

Runtime又叫運行時，是一套底層C語言的API，是iOS核心，平時編寫的OC代碼，底層都是基于它實現(xiàn)的。

[receiver message];
// 底層會被編譯器轉(zhuǎn)換為這樣再運行
objc_mesgSend(receiver, selector)
// 如果帶有參數(shù)
[receiver message:(id)arg...];
// 底層會被編譯器轉(zhuǎn)換為這樣再運行
objc_mesgSend(receiver, selector, arg1, arg2,...)

可能光看代碼看不出來他的價值，但是需Objective-C是一門動態(tài)語言，會將一些工作放在代碼運行時才處理，而不是在編譯的時候。即：很多類的成員變量在編譯的時候系統(tǒng)是不知道的，只有在運行時，加入內(nèi)存中才能知道。在運行時，我們所編寫的代碼會轉(zhuǎn)換成完整的能夠執(zhí)行的底層代碼再運行
因此，單單擁有編譯器是遠遠不夠的，還需要一個運行時系統(tǒng)Runtime system來處理編譯后的代碼。
Runtime基本是用C和匯編寫的，蘋果和GNU各自維護一個開源的Runtime版本，這兩個版本也在努力保持一致。

Runtime的作用

Objc在三種層面上與Runtime系統(tǒng)進行交互：

1. 通過Objective-C源碼
2. 通過Foundation框架的NSObject類定義的方法
3. 通過對Runtime庫函數(shù)的直接調(diào)用

Objective-C源代碼

多數(shù)情況下，Runtime系統(tǒng)會自動在幕后幫助我們做完從OC語言到C執(zhí)行語言的轉(zhuǎn)換工作，在運行時確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)

通過Foundation框架的NSObject類定義的方法和Runtime交互

Cocoa程序中大部分的類都是NSObject類的子類，繼承了它的行為。（NSProxy類例外，它是個抽象超類）
一些情況下，NSObject類僅僅定義了完成某件事情的模板，并沒有提供所需要的代碼。如- description方法，該方法返回類內(nèi)容的字符串標識，一般在模型中重寫這個方法，輸出模型內(nèi)容并調(diào)試程序。NSObject類并不知道子類的內(nèi)容，如模型類，所以它只是返回類的名字和對象的地址，NSObject的子類可以重新實現(xiàn)。
還有一些NSObject的方法可以從Runtime系統(tǒng)中獲取信息，運行對象進行自我檢查。
如:

• - class返回對象的類
• - isKindOfClass:和- isMemberOfClass:方法檢查對象是否存在于指定的類的繼承體系中（子類或父類 / 當前類的成員變量）
• - respondsToSelector:檢查對象能否響應指定的消息（一般是在代理模式中判斷代理是否實現(xiàn)類代理方法）
• - conformsToProtocol:檢查對象是否實現(xiàn)了指定協(xié)議類的方法
• - methodForSelector:返回指定方法實現(xiàn)的地址

通過對Runtime庫函數(shù)直接調(diào)用

Runtime系統(tǒng)是具有公用接口的動態(tài)共享庫。頭文件存放在/usr/include/objc目錄下，這以為這我們使用時只需要引入objc/Runtime.h頭文件即可
許多函數(shù)可以讓你使用純C代碼來實現(xiàn)Objc中同樣的功能。除非是寫一些Objc與其他語言的橋接或是底層的debug工作，在寫Objc代碼時一般不會用到這些C語言函數(shù)。

一些Runtime術(shù)語的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

常見的Runtime術(shù)語

• SEL
• id
• Class
• Method
• Ivar
• IMP
• Cache
• Property

SEL

是selector在Objec中表示（Swift中是Selector類）selector是方法的選擇器，作用和名字一樣，日常生活中，我們通過人名來辨別不同的人，注意Objc在相同的類中不會有兩個命名相同的方法，也就是說，會通過方法名來辨別不同的方法。selector對方法名進行包裝，以便找到對應的方法實現(xiàn)。其結(jié)構(gòu)是：

typedef struct objc_selector *SEL; // 結(jié)構(gòu)體

可以看出他是個映射到方法的C字符串，可以通過Objc編譯器命令@selector()或Runtime系統(tǒng)的sel_registerName函數(shù)來獲取一個SEL類型的方法選擇器

注意
不同的類中相同名字的方法所對應的selector是相同的，由于變量的類型不同，所以不會導致他們調(diào)用方法實現(xiàn)混亂

id

id 是一個參數(shù)類型，他是指向某個類的示例的指針，定義如下

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

以上定義，看到objc_object結(jié)構(gòu)體包含一個isa指針，根據(jù)isa指針就可以找到對象所屬的類

注意：
isa指針在代碼運行時并不總指向示例對象所屬的類型，所以不能依靠它來確定類型，要想確定類型還是需要用對象的-class方法

PS: KVO的時間機制就是將被觀察對象的isa指針指向一個中間類而不是真實類型:KVO

Class

typedef struct objc_class *Class;

Class其實是指向objc_class結(jié)構(gòu)體的指針，objc_class的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下

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;

從objc_class可以看到，一個運行時類中關聯(lián)了它的父類指針、類名、成員變量、方法、緩存及附屬的協(xié)議
其中objc_ivar_list和objc_method_list分別是成員變量列別和方法列表

// 成員變量列表
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;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;

// 方法列表
struct objc_method_list {
    struct objc_method_list *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;
}

由此可見，我們可以動態(tài)修改*methodList的值來添加成員方法，這也是Category實現(xiàn)的原理，同樣解釋了Category不能添加屬性的原因。美團技術(shù)團隊的文章：深入理解Objective-C
objc_ivar_list 結(jié)構(gòu)體用來存儲成員變量的列表，而 objc_ivar 則是存儲了單個成員變量的信息；同理，objc_method_list 結(jié)構(gòu)體存儲著方法數(shù)組的列表，而單個方法的信息則由 objc_method 結(jié)構(gòu)體存儲。
值得注意的時，objc_class 中也有一個 isa 指針，這說明 Objc 類本身也是一個對象。為了處理類和對象的關系，Runtime 庫創(chuàng)建了一種叫做 Meta Class(元類) 的東西，類對象所屬的類就叫做元類。Meta Class 表述了類對象本身所具備的元數(shù)據(jù)。
我們所熟悉的類方法，就源自于 Meta Class。我們可以理解為類方法就是類對象的實例方法。每個類僅有一個類對象，而每個類對象僅有一個與之相關的元類。
當你發(fā)出一個類似 NSObject alloc 的消息時，實際上，這個消息被發(fā)送給了一個類對象(Class Object)，這個類對象必須是一個元類的實例，而這個元類同時也是一個根元類(Root Meta Class)的實例。所有元類的 isa 指針最終都指向根元類。
所以當 [NSObject alloc] 這條消息發(fā)送給類對象的時候，運行時代碼 objc_msgSend() 會去它元類中查找能夠響應消息的方法實現(xiàn)，如果找到了，就會對這個類對象執(zhí)行方法調(diào)用。

alloc

Category擴展

Objective-C的這個語言特性對于純動態(tài)語言來說可能不算什么，比如javascript，你可以隨時為一個“類”或者對象添加任意方法和實例變量。但是對于不是那么“動態(tài)”的語言而言，這確實是一個了不起的特性。
objc_ivar_list 結(jié)構(gòu)體用來存儲成員變量的列表，而 objc_ivar 則是存儲了單個成員變量的信息；同理，objc_method_list 結(jié)構(gòu)體存儲著方法數(shù)組的列表，而單個方法的信息則由 objc_method 結(jié)構(gòu)體存儲。
值得注意的時，objc_class 中也有一個 isa 指針，這說明 Objc 類本身也是一個對象。為了處理類和對象的關系，Runtime 庫創(chuàng)建了一種叫做 Meta Class(元類) 的東西，類對象所屬的類就叫做元類。Meta Class 表述了類對象本身所具備的元數(shù)據(jù)。
我們所熟悉的類方法，就源自于 Meta Class。我們可以理解為類方法就是類對象的實例方法。每個類僅有一個類對象，而每個類對象僅有一個與之相關的元類。
當你發(fā)出一個類似 NSObject alloc 的消息時，實際上，這個消息被發(fā)送給了一個類對象(Class Object)，這個類對象必須是一個元類的實例，而這個元類同時也是一個根元類(Root Meta Class)的實例。所有元類的 isa 指針最終都指向根元類。
所以當 [NSObject alloc] 這條消息發(fā)送給類對象的時候，運行時代碼 objc_msgSend() 會去它元類中查找能夠響應消息的方法實現(xiàn)，如果找到了，就會對這個類對象執(zhí)行方法調(diào)用。

Category和Extension

extension看起來很像一個匿名的category，但是extension和有名字的category幾乎完全是兩個東西。 extension在編譯期決議，它就是類的一部分，在編譯期和頭文件里的@interface以及實現(xiàn)文件里的@implement一起形成一個完整的類，它伴隨類的產(chǎn)生而產(chǎn)生，亦隨之一起消亡。extension一般用來隱藏類的私有信息，你必須有一個類的源碼才能為一個類添加extension，所以你無法為系統(tǒng)的類比如NSString添加extension。
但是category則完全不一樣，它是在運行期決議的。
就category和extension的區(qū)別來看，我們可以推導出一個明顯的事實，extension可以添加實例變量，而category是無法添加實例變量的（因為在運行期，對象的內(nèi)存布局已經(jīng)確定，如果添加實例變量就會破壞類的內(nèi)部布局，這對編譯型語言來說是災難性的）。

參考：

• 詳解Runtime運行時機制
• 深入理解Objective-C