Runtime是什么

將一些在編譯、鏈接過程中的工作，放到運行階段，因此Objective-C為動態(tài)語言

Runtime是一個庫，這個庫使我們可以在程序運行時創(chuàng)建對象、檢查對象、修改類和對象的方法。

Runtime是怎么工作的

Class和Object

在objc.h中，Class被定義為指向objc_class的指針，定義如下：

typedef struct objc_class *Class;

而objc_class是一個結(jié)構(gòu)體，在runtime.h中的定義如下：

struct objc_class {
    // isa指針指向的類結(jié)構(gòu)稱為metaclass，其中存放著static類型的成員變量與static類型的方法（“+”開頭的方法）
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    // 指向該類的父類的指針，如果該類是根類（如NSObject或NSProxy），那么super_class就為nil。
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE; // 父類
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE; // 類名
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE; // 類的版本信息，可以通過runtime函數(shù)class_setVersion或者class_getVersion進行修改、讀取
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE; // 類信息，供運行時期使用的一些位標識、如CLS_CLASS(0x1L)表示該類為普通 class，其中包含實例方法和變量；CLS_META（0x2L)表示該類為metaclass，其中包含類方法；
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE; // 該類的實例變量大?。ò◤母割惱^承下來的實例變量）
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE; // 該類的成員變量地址列表
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法的地址列表，與info的一些標識位有關(guān)，如CLS_CLASS(0x1L)則存儲實例方法，如CLS_META(0x2L)，則存儲類方法；
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE; // 緩存最近使用的方法列表，用于提升效率
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE; // 存儲該類聲明遵守的協(xié)議
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

一個類包含了自身所有的成員變量（ivars）、所有的方法（methodLists）、實現(xiàn)的協(xié)議（protocols）

isa的定義如下:

struct objc_object {
    // 是一個指向objc_class結(jié)構(gòu)體的指針
    // objc_object（實例對象）中isa指針指向的類結(jié)構(gòu)稱為class（也就是該對象所屬的類）其中存放著普通成員變量與動態(tài)方法（“-”開頭的方法）
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

一個對象唯一保存的信息就是它的Class的地址

調(diào)用對象方法的實現(xiàn)過程

1. 通過isa去找到對應(yīng)的objc_class;
2. 在objc_class的methodLists中找到我們調(diào)用的方法，然后執(zhí)行。

Meta Class 元類

Objective-C中，類也被設(shè)計為一個對象。

調(diào)用對象類方法的實現(xiàn)過程（不考慮繼承）

1. 通過對象的isa指針找到對應(yīng)的類；
2. 通過類的isa指針找到對應(yīng)元類；
3. 在元類的methodList中，找到對應(yīng)的方法，然后執(zhí)行。

所有的metaclass中isa指針都是指向根metaclass，而根metaclass則指向自身。根metaclass是通過繼承根類產(chǎn)生的，與根class結(jié)構(gòu)體成員一致，不同的是根metaclass的isa指針指向自身。

Method

定義如下:

struct objc_method {
    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法名
    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法類型
    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法實現(xiàn)
}

SEL是一個指向objc_selector的指針，而非objc_selector在頭文件中找不到明確的定義。不過是一個保存方法名的字符串。

IMP函數(shù)指針：找到函數(shù)地址，然后執(zhí)行函數(shù)。

typedef id _Nullable (*IMP)(id _Nonnull, SEL _Nonnull, ...)

id對于實例方法來說，self保存了當前對象的地址；對于類方法來說，self保存了當前對應(yīng)類對象的地址；后面的省略號即是參數(shù)列表。

Method建立了SEL和IMP的關(guān)聯(lián)，當對一個對象發(fā)送消息時，會通過給出的SEL去找到IMP，然后執(zhí)行。

objc_msgSend(id _Nullable self, SEL _Nonnull op, ...)

當向一個對象發(fā)送消息時，會去這個類methodLists中查找對應(yīng)的SEL，如果查不到，則通過super_class指針找到父類，再去父類的methodLists中查找，層層遞進。最后仍然找不到，才走拋異常流程。

攔截調(diào)用和消息轉(zhuǎn)發(fā)流程
重寫

resolveClassMethod:
resolveInstanceMethod:

消息發(fā)送

基本的消息發(fā)送框架

objc_msgSend函數(shù)的調(diào)用過程：

• 第一步：檢測這個selector是不是要忽略的。
• 第二步：檢測這個target是不是nil對象。nil對象發(fā)送任何一個消息都會被忽略掉。
• 第三步：
  1.調(diào)用實例方法時，它會首先在自身isa指針指向的類（class）methodLists中查找該方法，如果找不到則會通過class的super_class指針找到父類的類對象結(jié)構(gòu)體，然后從methodLists中查找該方法，如果仍然找不到，則繼續(xù)通過super_class向上一級父類結(jié)構(gòu)體中查找，直至根class；
  2.當我們調(diào)用某個某個類方法時，它會首先通過自己的isa指針找到metaclass，并從其中methodLists中查找該類方法，如果找不到則會通過metaclass的super_class指針找到父類的metaclass對象結(jié)構(gòu)體，然后從methodLists中查找該方法，如果仍然找不到，則繼續(xù)通過super_class向上一級父類結(jié)構(gòu)體中查找，直至根metaclass；
• 第四部：前三部都找不到就會進入動態(tài)方法解析(看下文)。

動態(tài)方法解析

• 第一步：通過resolveInstanceMethod：方法決定是否動態(tài)添加方法。如果返回Yes則通過class_addMethod動態(tài)添加方法，消息得到處理，結(jié)束；如果返回NO，則進入下一步；

• 第二步：這步會進入forwardingTargetForSelector:方法，用于指定備選對象響應(yīng)這個selector，不能指定為self。如果返回某個對象則會調(diào)用對象的方法，結(jié)束。如果返回nil，則進入第三部；

• 第三部：這步我們要通過methodSignatureForSelector:方法簽名，如果返回nil，則消息無法處理。如果返回methodSignature`，則進入下一步；

• 第四部：這步調(diào)用forwardInvocation：方法，我們可以通過 anInvocation對象做很多處理，比如修改實現(xiàn)方法，修改響應(yīng)對象等，如果方法調(diào)用成功，則結(jié)束。如果失敗，則進入doesNotRecognizeSelector方法，若我們沒有實現(xiàn)這個方法，那么就會crash。

Category

struct objc_category {
    char *category_name                                      OBJC2_UNAVAILABLE; // 類別名稱
    char *class_name                                         OBJC2_UNAVAILABLE; // 類名
    struct objc_method_list *instance_methods                OBJC2_UNAVAILABLE; // 實例方法列表
    struct objc_method_list *class_methods                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 類方法列表
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE; // 協(xié)議列表
}       

objc_category中包含對象方法列表、類方法列表、協(xié)議列表。

可以通過關(guān)聯(lián)對象的方式給類別添加可用的屬性

Runtime的常規(guī)操作

1. Method Swizzling方法交換
2. 獲取所有屬性和方法

Runtime的應(yīng)用場景

1. AOP面向切面編程（對業(yè)務(wù)邏輯進行分離，降低耦合度）
2. 字典轉(zhuǎn)模型
3. 進行歸解檔
4. 逆向開發(fā)
5. 熱修復(fù)

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