Runtime是什么
Runtime 又叫運行時，是一套底層的 C 語言 API，其為 iOS 內(nèi)部的核心之一，我們平時編寫的 OC 代碼，底層都是基于它來實現(xiàn)的。比如：
[receiver message];
// 底層運行時會被編譯器轉(zhuǎn)化為：
objc_msgSend(receiver, selector)
// 如果其還有參數(shù)比如：
[receiver message:(id)arg...];
// 底層運行時會被編譯器轉(zhuǎn)化為：
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)
為什么需要Runtime
Objective-C 是一門動態(tài)語言，它會將一些工作放在代碼運行時才處理而并非編譯時。也就是說，有很多類和成員變量在我們編譯的時是不知道的，而在運行時，我們所編寫的代碼會轉(zhuǎn)換成完整的確定的代碼運行。
因此，編譯器是不夠的，我們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，由此可見蘋果為了動態(tài)系統(tǒng)的高效而做出的努力。蘋果和 GNU 各自維護一個開源的 Runtime 版本，這兩個版本之間都在努力保持一致。
Runtime 的作用
OC 在三種層面上與 Runtime 系統(tǒng)進行交互：
1.通過 Objective-C 源代碼
只需要編寫 OC 代碼，Runtime 系統(tǒng)自動在幕后搞定一切，調(diào)用方法，編譯器會將 OC 代碼轉(zhuǎn)換成運行時代碼，在運行時確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)。
2.通過 Foundation 框架的 NSObject 類定義的方法
Cocoa 程序中絕大部分類都是 NSObject 類的子類，所以都繼承了 NSObject 的行為。(NSProxy 類時個例外，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。例如 - description方法，該方法返回類內(nèi)容的字符串表示，該方法主要用來調(diào)試程序。NSObject類并不知道子類的內(nèi)容，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，允許對象進行自我檢查。例如：
- class方法返回對象的類；
- isKindOfClass: 和 -isMemberOfClass: 方法檢查對象是否存在于指定的類的繼承體系中(是否是其子類或者父類和是否是當(dāng)前類的成員變量)；
- respondsToSelector: 檢查對象能否響應(yīng)指定的消息；
- 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。
3.通過對 Runtime 庫函數(shù)的直接調(diào)用
Runtime 系統(tǒng)是具有公共接口的動態(tài)共享庫。頭文件存放于/usr/include/objc目錄下，這意味著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，你在寫 Objc 代碼時一般不會用到這些 C 語言函數(shù)。
Runtime的相關(guān)術(shù)語
1). SEL
它是selector在 Objc 中的表示(Swift 中是 Selector 類)。selector 是方法選擇器，其實作用就和名字一樣，日常生活中，我們通過人名辨別誰是誰，注意 Objc 在相同的類中不會有命名相同的兩個方法。selector 對方法名進行包裝，以便找到對應(yīng)的方法實現(xiàn)。它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是：
typedef struct objc_selector *SEL;
我們可以看出它是個映射到方法的 C 字符串，你可以通過 Objc 編譯器器命令@selector() 或者 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：不同類中相同名字的方法所對應(yīng)的 selector 是相同的，由于變量的類型不同，所以不會導(dǎo)致它們調(diào)用方法實現(xiàn)混亂。
2). id
id 是一個參數(shù)類型，它是指向某個類的實例的指針。定義如下：
typedef struct objc_object *id;
struct objc_object {
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?qū)嵗龑ο笏鶎俚念愋?，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 的實現(xiàn)機理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。
3). 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(guān)聯(lián)了它的父類指針、類名、成員變量、方法、緩存以及附屬的協(xié)議。
其中 objc_ivar_list 和 objc_method_list 分別是成員變量列表和方法列表：
// 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。
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(guān)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(guān)的元類。
當(dāng)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(dāng) [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(yīng)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。
最后 objc_class 中還有一個 objc_cache ，緩存，它的作用很重要，后面會提到。
4). Method
Method 代表類中某個方法的類型
typedef struct objc_method *Method;
struct objc_method {
SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;
}
objc_method 存儲了方法名，方法類型和方法實現(xiàn)：
方法名類型為 SEL
方法類型 method_types 是個 char 指針，存儲方法的參數(shù)類型和返回值類型
method_imp 指向了方法的實現(xiàn)，本質(zhì)是一個函數(shù)指針
Ivar
Ivar 是表示成員變量的類型。
typedef struct objc_ivar *Ivar;
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
}
其中 ivar_offset 是基地址偏移字節(jié)
5). IMP
IMP在objc.h中的定義是：
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);
它就是一個函數(shù)指針，這是由編譯器生成的。當(dāng)你發(fā)起一個 ObjC 消息之后，最終它會執(zhí)行的那段代碼，就是由這個函數(shù)指針指定的。而 IMP 這個函數(shù)指針就指向了這個方法的實現(xiàn)。
如果得到了執(zhí)行某個實例某個方法的入口，我們就可以繞開消息傳遞階段，直接執(zhí)行方法，這在后面 Cache 中會提到。
你會發(fā)現(xiàn) IMP 指向的方法與 objc_msgSend 函數(shù)類型相同，參數(shù)都包含 id 和 SEL 類型。每個方法名都對應(yīng)一個 SEL 類型的方法選擇器，而每個實例對象中的 SEL 對應(yīng)的方法實現(xiàn)肯定是唯一的，通過一組 id和 SEL 參數(shù)就能確定唯一的方法實現(xiàn)地址。
而一個確定的方法也只有唯一的一組 id 和 SEL 參數(shù)。
6). Cache
Cache 定義如下：
typedef struct objc_cache *Cache
struct objc_cache {
unsigned int mask /* total = mask + 1 */ OBJC2_UNAVAILABLE;
unsigned int occupied OBJC2_UNAVAILABLE;
Method buckets[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
};
Cache 為方法調(diào)用的性能進行優(yōu)化，每當(dāng)實例對象接收到一個消息時，它不會直接在 isa 指針指向的類的方法列表中遍歷查找能夠響應(yīng)的方法，因為每次都要查找效率太低了，而是優(yōu)先在 Cache 中查找。
Runtime 系統(tǒng)會把被調(diào)用的方法存到 Cache 中，如果一個方法被調(diào)用，那么它有可能今后還會被調(diào)用，下次查找的時候就會效率更高。就像計算機組成原理中 CPU 繞過主存先訪問 Cache 一樣。
7). Property
typedef struct objc_property *Property;
typedef struct objc_property *objc_property_t;//這個更常用
可以通過class_copyPropertyList 和 protocol_copyPropertyList 方法獲取類和協(xié)議中的屬性：
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
objc_property_t *protocol_copyPropertyList(Protocol *proto, unsigned int *outCount)
注意：
返回的是屬性列表，列表中每個元素都是一個 objc_property_t 指針
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Person : NSObject
/** 姓名 */
@property (strong, nonatomic) NSString *name;
/** age */
@property (assign, nonatomic) int age;
/** weight */
@property (assign, nonatomic) double weight;
@end
以上是一個 Person 類，有3個屬性。讓我們用上述方法獲取類的運行時屬性。
unsigned int outCount = 0;
objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([Person class], &outCount);
NSLog(@"%d", outCount);
for (NSInteger i = 0; i < outCount; i++) {
NSString *name = @(property_getName(properties[i]));
NSString *attributes = @(property_getAttributes(properties[i]));
NSLog(@"%@--------%@", name, attributes);
}
打印結(jié)果如下：
test[2321:451525] 3
test[2321:451525] name--------T@"NSString",&,N,V_name
test[2321:451525] age--------Ti,N,V_age
test[2321:451525] weight--------Td,N,V_weight
property_getName 用來查找屬性的名稱，返回 c 字符串。property_getAttributes 函數(shù)挖掘?qū)傩缘恼鎸嵜Q和 @encode 類型，返回 c 字符串。
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)
objc_property_t protocol_getProperty(Protocol *proto, const char *name, BOOL isRequiredProperty, BOOL isInstanceProperty)
class_getProperty 和 protocol_getProperty 通過給出屬性名在類和協(xié)議中獲得屬性的引用。
Runtime與消息
一些 Runtime 術(shù)語講完了，接下來就要說到消息了。體會蘋果官方文檔中的 messages aren’t bound to method implementations until Runtime。消息直到運行時才會與方法實現(xiàn)進行綁定。
這里要清楚一點，objc_msgSend 方法看清來好像返回了數(shù)據(jù)，其實objc_msgSend 從不返回數(shù)據(jù)，而是你的方法在運行時實現(xiàn)被調(diào)用后才會返回數(shù)據(jù)。下面詳細(xì)敘述消息發(fā)送的步驟：
首先檢測這個 selector 是不是要忽略。比如 Mac OS X 開發(fā)，有了垃圾回收就不理會 retain，release 這些函數(shù)。
檢測這個 selector 的 target 是不是 nil，Objc 允許我們對一個 nil 對象執(zhí)行任何方法不會 Crash，因為運行時會被忽略掉。
如果上面兩步都通過了，那么就開始查找這個類的實現(xiàn) IMP，先從 cache 里查找，如果找到了就運行對應(yīng)的函數(shù)去執(zhí)行相應(yīng)的代碼。
如果 cache 找不到就找類的方法列表中是否有對應(yīng)的方法。
如果類的方法列表中找不到就到父類的方法列表中查找，一直找到 NSObject 類為止。
如果還找不到，就要開始進入動態(tài)方法解析了，后面會提到。
在消息的傳遞中，編譯器會根據(jù)情況在
objc_msgSend ， objc_msgSend_stret ， objc_msgSendSuper ， objc_msgSendSuper_stret這四個方法中選擇一個調(diào)用。如果消息是傳遞給父類，那么會調(diào)用名字帶有 Super 的函數(shù)，如果消息返回值是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而不是簡單值時，會調(diào)用名字帶有 stret 的函數(shù)。
方法中的隱藏參數(shù)
疑問：
我們經(jīng)常用到關(guān)鍵字 self ，但是 self 是如何獲取當(dāng)前方法的對象呢？
其實，這也是 Runtime 系統(tǒng)的作用，self 實在方法運行時被動態(tài)傳入的。
當(dāng) objc_msgSend 找到方法對應(yīng)實現(xiàn)時，它將直接調(diào)用該方法實現(xiàn)，并將消息中所有參數(shù)都傳遞給方法實現(xiàn)，同時，它還將傳遞兩個隱藏參數(shù)：
接受消息的對象(self 所指向的內(nèi)容，當(dāng)前方法的對象指針)
方法選擇器(_cmd 指向的內(nèi)容，當(dāng)前方法的 SEL 指針)
因為在源代碼方法的定義中，我們并沒有發(fā)現(xiàn)這兩個參數(shù)的聲明。它們時在代碼被編譯時被插入方法實現(xiàn)中的。盡管這些參數(shù)沒有被明確聲明，在源代碼中我們?nèi)匀豢梢砸盟鼈儭?/p>
這兩個參數(shù)中， self更實用。它是在方法實現(xiàn)中訪問消息接收者對象的實例變量的途徑。
這時我們可能會想到另一個關(guān)鍵字 super ，實際上 super 關(guān)鍵字接收到消息時，編譯器會創(chuàng)建一個 objc_super 結(jié)構(gòu)體：
struct objc_super { id receiver; Class class; };]
這個結(jié)構(gòu)體指明了消息應(yīng)該被傳遞給特定的父類。 receiver 仍然是 self 本身，當(dāng)我們想通過 [super class] 獲取父類時，編譯器其實是將指向 self 的 id 指針和 class 的 SEL 傳遞給了 objc_msgSendSuper 函數(shù)。只有在 NSObject 類中才能找到 class 方法，然后 class 方法底層被轉(zhuǎn)換為 object_getClass()， 接著底層編譯器將代碼轉(zhuǎn)換為 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))，傳入的第一個參數(shù)是指向 self 的 id 指針，與調(diào)用 [self class] 相同，所以我們得到的永遠(yuǎn)都是 self 的類型。因此你會發(fā)現(xiàn)：
// 這句話并不能獲取父類的類型，只能獲取當(dāng)前類的類型名
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
獲取方法地址
NSObject 類中有一個實例方法：methodForSelector，你可以用它來獲取某個方法選擇器對應(yīng)的 IMP ，舉個例子：
void (*setter)(id, SEL, BOOL);
int i;
setter = (void (*)(id, SEL, BOOL))[target
methodForSelector:@selector(setFilled:)];
for ( i = 0 ; i < 1000 ; i++ )
setter(targetList[i], @selector(setFilled:), YES);
當(dāng)方法被當(dāng)做函數(shù)調(diào)用時，兩個隱藏參數(shù)也必須明確給出，上面的例子調(diào)用了1000次函數(shù)，你也可以嘗試給 target 發(fā)送1000次 setFilled: 消息會花多久。
雖然可以更高效的調(diào)用方法，但是這種做法很少用，除非時需要持續(xù)大量重復(fù)調(diào)用某個方法的情況，才會選擇使用以免消息發(fā)送泛濫。
注意：
methodForSelector:方法是由 Runtime 系統(tǒng)提供的，而不是 Objc 自身的特性
動態(tài)方法解析
你可以動態(tài)提供一個方法實現(xiàn)。如果我們使用關(guān)鍵字 @dynamic 在類的實現(xiàn)文件中修飾一個屬性，表明我們會為這個屬性動態(tài)提供存取方法，編譯器不會再默認(rèn)為我們生成這個屬性的 setter 和 getter 方法了，需要我們自己提供。
@dynamic propertyName;
這時，我們可以通過分別重載 resolveInstanceMethod: 和 resolveClassMethod: 方法添加實例方法實現(xiàn)和類方法實現(xiàn)。
當(dāng) Runtime 系統(tǒng)在 Cache 和類的方法列表(包括父類)中找不到要執(zhí)行的方法時，Runtime 會調(diào)用 resolveInstanceMethod: 或 resolveClassMethod: 來給我們一次動態(tài)添加方法實現(xiàn)的機會。我們需要用 class_addMethod 函數(shù)完成向特定類添加特定方法實現(xiàn)的操作：
void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
// implementation ....
}
@implementation MyClass
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL
{
if (aSEL == @selector(resolveThisMethodDynamically)) {
class_addMethod([self class], aSEL, (IMP) dynamicMethodIMP, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:aSEL];
}
@end
上面的例子為 resolveThisMethodDynamically 方法添加了實現(xiàn)內(nèi)容，就是 dynamicMethodIMP 方法中的代碼。其中 "v@:" 表示返回值和參數(shù)，這個符號表示的含義見：Type Encoding
注意：
動態(tài)方法解析會在消息轉(zhuǎn)發(fā)機制侵入前執(zhí)行，動態(tài)方法解析器將會首先給予提供該方法選擇器對應(yīng)的 IMP 的機會。如果你想讓該方法選擇器被傳送到轉(zhuǎn)發(fā)機制，就讓 resolveInstanceMethod: 方法返回 NO。
消息轉(zhuǎn)發(fā)
1.重定向
消息轉(zhuǎn)發(fā)機制執(zhí)行前，Runtime 系統(tǒng)允許我們替換消息的接收者為其他對象。通過 - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector 方法。
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
if(aSelector == @selector(mysteriousMethod:)){
return alternateObject;
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
如果此方法返回 nil 或者 self，則會計入消息轉(zhuǎn)發(fā)機制(forwardInvocation:)，否則將向返回的對象重新發(fā)送消息。
2.轉(zhuǎn)發(fā)
當(dāng)動態(tài)方法解析不做處理返回 NO 時，則會觸發(fā)消息轉(zhuǎn)發(fā)機制。這時 forwardInvocation: 方法會被執(zhí)行，我們可以重寫這個方法來自定義我們的轉(zhuǎn)發(fā)邏輯：
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
if ([someOtherObject respondsToSelector:
[anInvocation selector]])
[anInvocation invokeWithTarget:someOtherObject];
else
[super forwardInvocation:anInvocation];
}
唯一參數(shù)是個 NSInvocation 類型的對象，該對象封裝了原始的消息和消息的參數(shù)。我們可以實現(xiàn) forwardInvocation: 方法來對不能處理的消息做一些處理。也可以將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象處理，而不拋出錯誤。
注意：參數(shù) anInvocation 是從哪來的？
在 forwardInvocation: 消息發(fā)送前，Runtime 系統(tǒng)會向?qū)ο蟀l(fā)送methodSignatureForSelector: 消息，并取到返回的方法簽名用于生成 NSInvocation 對象。所以重寫 forwardInvocation: 的同時也要重寫 methodSignatureForSelector: 方法，否則會拋異常。
當(dāng)一個對象由于沒有相應(yīng)的方法實現(xiàn)而無法相應(yīng)某消息時，運行時系統(tǒng)將通過 forwardInvocation: 消息通知該對象。每個對象都繼承了 forwardInvocation: 方法。但是， NSObject 中的方法實現(xiàn)只是簡單的調(diào)用了 doesNotRecognizeSelector:。通過實現(xiàn)自己的 forwardInvocation: 方法，我們可以將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象。
forwardInvocation: 方法就是一個不能識別消息的分發(fā)中心，將這些不能識別的消息轉(zhuǎn)發(fā)給不同的接收對象，或者轉(zhuǎn)發(fā)給同一個對象，再或者將消息翻譯成另外的消息，亦或者簡單的“吃掉”某些消息，因此沒有響應(yīng)也不會報錯。這一切都取決于方法的具體實現(xiàn)。
注意：
forwardInvocation:方法只有在消息接收對象中無法正常響應(yīng)消息時才會被調(diào)用。所以，如果我們向往一個對象將一個消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象時，要確保這個對象不能有該消息的所對應(yīng)的方法。否則，forwardInvocation:將不可能被調(diào)用。
轉(zhuǎn)發(fā)和多繼承
轉(zhuǎn)發(fā)和繼承相似，可用于為 Objc 編程添加一些多繼承的效果。就像下圖那樣，一個對象把消息轉(zhuǎn)發(fā)出去，就好像它把另一個對象中的方法接過來或者“繼承”過來一樣。
這使得在不同繼承體系分支下的兩個類可以實現(xiàn)“繼承”對方的方法，在上圖中 Warrior 和 Diplomat 沒有繼承關(guān)系，但是 Warrior 將 negotiate 消息轉(zhuǎn)發(fā)給了 Diplomat 后，就好似 Diplomat 是 Warrior 的超類一樣。
消息轉(zhuǎn)發(fā)彌補了 Objc 不支持多繼承的性質(zhì)，也避免了因為多繼承導(dǎo)致單個類變得臃腫復(fù)雜。
轉(zhuǎn)發(fā)與繼承
雖然轉(zhuǎn)發(fā)可以實現(xiàn)繼承的功能，但是 NSObject 還是必須表面上很嚴(yán)謹(jǐn)，像 respondsToSelector: 和 isKindOfClass: 這類方法只會考慮繼承體系，不會考慮轉(zhuǎn)發(fā)鏈。
Warrior 對象被問到是否能響應(yīng) negotiate消息：
if ( [aWarrior respondsToSelector:@selector(negotiate)] )
...
回答當(dāng)然是 NO， 盡管它能接受 negotiate 消息而不報錯，因為它靠轉(zhuǎn)發(fā)消息給 Diplomat 類響應(yīng)消息。
如果你就是想要讓別人以為 Warrior 繼承到了 Diplomat 的 negotiate 方法，你得重新實現(xiàn) respondsToSelector: 和 isKindOfClass: 來加入你的轉(zhuǎn)發(fā)算法：
- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector
{
if ( [super respondsToSelector:aSelector] )
return YES;
else {
/* Here, test whether the aSelector message can *
* be forwarded to another object and whether that *
* object can respond to it. Return YES if it can. */
}
return NO;
}
除了 respondsToSelector: 和 isKindOfClass: 之外，instancesRespondToSelector: 中也應(yīng)該寫一份轉(zhuǎn)發(fā)算法。如果使用了協(xié)議，conformsToProtocol: 同樣也要加入到這一行列中。
如果一個對象想要轉(zhuǎn)發(fā)它接受的任何遠(yuǎn)程消息，它得給出一個方法標(biāo)簽來返回準(zhǔn)確的方法描述 methodSignatureForSelector:，這個方法會最終響應(yīng)被轉(zhuǎn)發(fā)的消息。從而生成一個確定的 NSInvocation 對象描述消息和消息參數(shù)。這個方法最終響應(yīng)被轉(zhuǎn)發(fā)的消息。它需要像下面這樣實現(xiàn)：
- (NSMethodSignature*)methodSignatureForSelector:(SEL)selector
{
NSMethodSignature* signature = [super methodSignatureForSelector:selector];
if (!signature) {
signature = [surrogate methodSignatureForSelector:selector];
}
return signature;
}
健壯的實例變量(Non Fragile ivars)
在 Runtime 的現(xiàn)行版本中，最大的特點就是健壯的實例變量了。當(dāng)一個類被編譯時，實例變量的內(nèi)存布局就形成了，它表明訪問類的實例變量的位置。實例變量一次根據(jù)自己所占空間而產(chǎn)生位移：
上圖左是 NSObject 類的實例變量布局。右邊是我們寫的類的布局。這樣子有一個很大的缺陷，就是缺乏拓展性。哪天蘋果更新了 NSObject 類的話，就會出現(xiàn)問題：
我們自定義的類的區(qū)域和父類的區(qū)域重疊了。只有蘋果將父類改為以前的布局才能拯救我們，但這樣導(dǎo)致它們不能再拓展它們的框架了，因為成員變量布局被固定住了。在脆弱的實例變量(Fragile ivar)環(huán)境下，需要我們重新編譯繼承自 Apple 的類來恢復(fù)兼容。如果是健壯的實例變量的話，如下圖：
在健壯的實例變量下，編譯器生成的實例變量布局跟以前一樣，但是當(dāng) Runtime 系統(tǒng)檢測到與父類有部分重疊時它會調(diào)整你新添加的實例變量的位移，那樣你再子類中新添加的成員變量就被保護起來了。
注意：
在健壯的實例變量下，不要使用 siof(SomeClass)，而是用 class_getInstanceSize([SomeClass class]) 代替；也不要使用 offsetof(SomeClass, SomeIvar)，而要使用 ivar_getOffset(class_getInstanceVariable([SomeClass class], "SomeIvar")) 來代替。
總結(jié)
我們讓自己的類繼承自 NSObject 不僅僅是因為基類有很多復(fù)雜的內(nèi)存分配問題，更是因為這使得我們可以享受到 Runtime 系統(tǒng)帶來的便利。
雖然平時我們很少會考慮一句簡單的調(diào)用方法，發(fā)送消息底層所做的復(fù)雜的操作，但深入理解 Runtime 系統(tǒng)的細(xì)節(jié)使得我們可以利用消息機制寫出功能更強大的代碼。
runtime實現(xiàn)的機制是什么,怎么用，一般用于干嘛. 你還能記得你所使用的相關(guān)的頭文件或者某些方法的名稱嗎？
需要導(dǎo)入<objc/message.h><objc/runtime.h>
runtime，運行時機制，它是一套C語言庫
實際上我們編寫的所有OC代碼，最終都是轉(zhuǎn)成了runtime庫的東西，比如類轉(zhuǎn)成了runtime庫里面的結(jié)構(gòu)體等數(shù)據(jù)類型，方法轉(zhuǎn)成了runtime庫里面的C語言函數(shù)，平時調(diào)方法都是轉(zhuǎn)成了objc_msgSend函數(shù)（所以說OC有個消息發(fā)送機制）
因此，可以說runtime是OC的底層實現(xiàn)，是OC的幕后執(zhí)行者
有了runtime庫，能做什么事情呢？runtime庫里面包含了跟類、成員變量、方法相關(guān)的API，比如獲取類里面的所有成員變量，為類動態(tài)添加成員變量，動態(tài)改變類的方法實現(xiàn)，為類動態(tài)添加新的方法等
因此，有了runtime，想怎么改就怎么改
Objective-C 如何對已有的方法，添加自己的功能代碼以實現(xiàn)類似記錄日志這樣的功能？
這題目主要考察的是runtime如何交換方法。先在分類中添加一個方法,注意不能重寫系統(tǒng)方法,會覆蓋
+(NSString *)myLog
{
// 這里寫打印行號,什么方法,哪個類調(diào)用等等
}
// 加載分類到內(nèi)存的時候調(diào)用
+(void)load
{
// 獲取imageWithName方法地址
Method description = class_getClassMethod(self, @selector(description));
// 獲取imageWithName方法地址
Method myLog = class_getClassMethod(self, @selector(myLog));
// 交換方法地址，相當(dāng)于交換實現(xiàn)方式
method_exchangeImplementations(description, myLog);
}
如何讓 Category 支持屬性？
使用runtime可以實現(xiàn)
頭文件
@interface NSObject (test)
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end
.m文件
@implementation NSObject (test)
// 定義關(guān)聯(lián)的key
static const char *key = "name";
-(NSString *)name
{
// 根據(jù)關(guān)聯(lián)的key，獲取關(guān)聯(lián)的值。
return objc_getAssociatedObject(self, key);
}
-(void)setName:(NSString *)name
{
// 第一個參數(shù)：給哪個對象添加關(guān)聯(lián)
// 第二個參數(shù)：關(guān)聯(lián)的key，通過這個key獲取
// 第三個參數(shù)：關(guān)聯(lián)的value
// 第四個參數(shù):關(guān)聯(lián)的策略
objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
Toll-Free Bridging 是什么？什么情況下會使用？
Toll-Free Bridging用于在Foundation對象與Core Foundation對象之間交換數(shù)據(jù),俗稱橋接
在ARC環(huán)境下,Foundation對象轉(zhuǎn)成 Core Foundation對象
- 使用__bridge橋接以后ARC會自動管理2個對象
- 使用__bridge_retained橋接需要手動釋放Core Foundation對象
- 在ARC環(huán)境下, Core Foundation對象轉(zhuǎn)成 Foundation對象
- 使用__bridge橋接,如果Core Foundation對象被釋放,Foundation對象也同時不能使用了,需要手動管理Core Foundation對象
- 使用__bridge_transfer橋接,系統(tǒng)會自動管理2個對象
performSelector:withObject:afterDelay: 內(nèi)部大概是怎么實現(xiàn)的，有什么注意事項么？
創(chuàng)建一個定時器,時間結(jié)束后系統(tǒng)會使用runtime通過方法名稱(Selector本質(zhì)就是方法名稱)去方法列表中找到對應(yīng)的方法實現(xiàn)并調(diào)用方法
注意事項
調(diào)用performSelector:withObject:afterDelay:方法時,先判斷希望調(diào)用的方法是否存在respondsToSelector:
這個方法是異步方法,必須在主線程調(diào)用,在子線程調(diào)用永遠(yuǎn)不會調(diào)用到想調(diào)用的方法
什么是 Method Swizzle（黑魔法），什么情況下會使用？
在沒有一個類的實現(xiàn)源碼的情況下，想改變其中一個方法的實現(xiàn)，除了繼承它重寫、和借助類別重名方法暴力搶先之外，還有更加靈活的方法Method Swizzle。
Method swizzling指的是改變一個已存在的選擇器對應(yīng)的實現(xiàn)的過程。OC中方法的調(diào)用能夠在運行時通過改變——通過改變類的調(diào)度表（dispatch table）中選擇器到最終函數(shù)間的映射關(guān)系。
在OC中調(diào)用一個方法，其實是向一個對象發(fā)送消息，查找消息的唯一依據(jù)是selector的名字。利用OC的動態(tài)特性，可以實現(xiàn)在運行時偷換selector對應(yīng)的方法實現(xiàn)。
每個類都有一個方法列表，存放著selector的名字和方法實現(xiàn)的映射關(guān)系。IMP有點類似函數(shù)指針，指向具體的Method實現(xiàn)。
我們可以利用 method_exchangeImplementations 來交換2個方法中的IMP，
我們可以利用 class_replaceMethod 來修改類，
我們可以利用 method_setImplementation 來直接設(shè)置某個方法的IMP，
歸根結(jié)底，都是偷換了selector的IMP
能否向編譯后得到的類中增加實例變量？能否向運行時創(chuàng)建的類中添加實例變量？為什么？
- 不能向編譯后得到的類中增加實例變量；
- 能向運行時創(chuàng)建的類中添加實例變量；
解釋如下：
因為編譯后的類已經(jīng)注冊在 runtime 中，類結(jié)構(gòu)體中的 objc_ivar_list 實例變量的鏈表 和 instance_size 實例變量的內(nèi)存大小已經(jīng)確定，同時runtime 會調(diào)用 class_setIvarLayout 或 class_setWeakIvarLayout 來處理 strong weak 引用。所以不能向存在的類中添加實例變量；
運行時創(chuàng)建的類是可以添加實例變量，調(diào)用 class_addIvar 函數(shù)。但是得在調(diào)用 objc_allocateClassPair 之后，objc_registerClassPair 之前，原因同上。
為什么其他語言里叫函數(shù)調(diào)用， objective c里則是給對象發(fā)消息（或者談下對runtime的理解）
先來看看怎么理解發(fā)送消息的含義：
[receiver message]會被編譯器轉(zhuǎn)化為：
objc_msgSend(receiver, selector)
如果消息含有參數(shù)，則為：
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)
如果消息的接收者能夠找到對應(yīng)的selector，那么就相當(dāng)于直接執(zhí)行了接收者這個對象的特定方法；否則，消息要么被轉(zhuǎn)發(fā)，或是臨時向接收者動態(tài)添加這個selector對應(yīng)的實現(xiàn)內(nèi)容，要么就干脆玩完崩潰掉。
現(xiàn)在可以看出[receiver message]真的不是一個簡簡單單的方法調(diào)用。因為這只是在編譯階段確定了要向接收者發(fā)送message這條消息，而receive將要如何響應(yīng)這條消息，那就要看運行時發(fā)生的情況來決定了。
OC 的 Runtime 鑄就了它動態(tài)語言的特性，Objc Runtime使得C具有了面向?qū)ο竽芰Γ诔绦蜻\行時創(chuàng)建，檢查，修改類、對象和它們的方法?？梢允褂胷untime的一系列方法實現(xiàn)。
順便附上OC中一個類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) /usr/include/objc/runtime.h
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; //isa指針指向Meta Class，因為Objc的類的本身也是一個Object，為了處理這個關(guān)系，runtime就創(chuàng)造了Meta Class，當(dāng)給類發(fā)送[NSObject alloc]這樣消息時，實際上是把這個消息發(fā)給了Class Object
#if !__OBJC2__
Class super_class
OBJC2_UNAVAILABLE; // 父類
const char *name
OBJC2_UNAVAILABLE; // 類名
long version
OBJC2_UNAVAILABLE; // 類的版本信息，默認(rèn)為0
long info
OBJC2_UNAVAILABLE; // 類信息，供運行期使用的一些位標(biāo)識
long instance_size
OBJC2_UNAVAILABLE; // 該類的實例變量大小
struct objc_ivar_list *ivars
OBJC2_UNAVAILABLE; // 該類的成員變量鏈表
struct objc_method_list **methodLists
OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法定義的鏈表
struct objc_cache *cache
OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法緩存，對象接到一個消息會根據(jù)isa指針查找消息對象，這時會在method Lists中遍歷，如果cache了，常用的方法調(diào)用時就能夠提高調(diào)用的效率。
struct objc_protocol_list *protocols
OBJC2_UNAVAILABLE; // 協(xié)議鏈表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
OC中一個類的對象實例的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（/usr/include/objc/objc.h）:
typedef struct objc_class *Class; /// Represents an instance of a class. struct objc_object {
Class isa
OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}; /// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
向object發(fā)送消息時，Runtime庫會根據(jù)object的isa指針找到這個實例object所屬于的類，然后在類的方法列表以及父類方法列表尋找對應(yīng)的方法運行。id是一個objc_object結(jié)構(gòu)類型的指針，這個類型的對象能夠轉(zhuǎn)換成任何一種對象。
然后再來看看消息發(fā)送的函數(shù)：objc_msgSend函數(shù)
在引言中已經(jīng)對objc_msgSend進行了一點介紹，看起來像是objc_msgSend返回了數(shù)據(jù)，其實objc_msgSend從不返回數(shù)據(jù)而是你的方法被調(diào)用后返回了數(shù)據(jù)。下面詳細(xì)敘述下消息發(fā)送步驟：
檢測這個 selector 是不是要忽略的。比如 Mac OS X 開發(fā)，有了垃圾回收就不理會 retain,release 這些函數(shù)了。
檢測這個 target 是不是 nil 對象。ObjC 的特性是允許對一個 nil 對象執(zhí)行任何一個方法不會 Crash，因為會被忽略掉。
如果上面兩個都過了，那就開始查找這個類的 IMP，先從 cache 里面找，完了找得到就跳到對應(yīng)的函數(shù)去執(zhí)行。
如果 cache 找不到就找一下方法分發(fā)表。
如果分發(fā)表找不到就到超類的分發(fā)表去找，一直找，直到找到NSObject類為止。
如果還找不到就要開始進入動態(tài)方法解析了，后面會提到。
后面還有：
動態(tài)方法解析resolveThisMethodDynamically
消息轉(zhuǎn)發(fā)forwardingTargetForSelector
runtime如何實現(xiàn)weak屬性？
? 通過關(guān)聯(lián)屬性來實現(xiàn)：
? // 聲明一個weak屬性，這里假設(shè)delegate，其實weak關(guān)鍵字可以不使用，
? // 因為我們重寫了getter/setter方法
? @property (nonatomic, weak) id delegate;
?
? - (id)delegate {
? return objc_getAssociatedObject(self, @"__delegate__key");
? }
?
? // 指定使用OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN，官方注釋是：
? // Specifies a weak reference to the associated object.
? // 也就是說對于對象類型，就是weak了
? - (void)setDelegate:(id)delegate {
? objc_setAssociatedObject(self, @"__delegate__key", delegate, OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
? }
? 通過objc_storeWeak函數(shù)來實現(xiàn)，不過這種方式幾乎沒有遇到有人這么使用過，因為這里不細(xì)說了。
runtime如何通過selector找到對應(yīng)的IMP地址？
每個selector都與對應(yīng)的IMP是一一對應(yīng)的關(guān)系，通過selector就可以直接找到對應(yīng)的IMP：
objc_msgForward函數(shù)是做什么的，直接調(diào)用它將會發(fā)生什么？
_objc_msgForward是IMP類型，用于消息轉(zhuǎn)發(fā)的：當(dāng)向一個對象發(fā)送一條消息，但它并沒有實現(xiàn)的時候，_objc_msgForward會嘗試做消息轉(zhuǎn)發(fā)。
IMP msgForward = _objc_msgForward;
如果手動調(diào)用objcmsgForward，將跳過查找IMP的過程，而是直接觸發(fā)“消息轉(zhuǎn)發(fā)”，進入如下流程：
? 第一步：+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel實現(xiàn)方法，指定是否動態(tài)添加方法。若返回NO，則進入下一步，若返回YES，則通過class_addMethod函數(shù)動態(tài)地添加方法，消息得到處理，此流程完畢。
? 第二步：在第一步返回的是NO時，就會進入- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法，這是運行時給我們的第二次機會，用于指定哪個對象響應(yīng)這個selector。不能指定為self。若返回nil，表示沒有響應(yīng)者，則會進入第三步。若返回某個對象，則會調(diào)用該對象的方法。
? 第三步：若第二步返回的是nil，則我們首先要通過- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector指定方法簽名，若返回nil，則表示不處理。若返回方法簽名，則會進入下一步。
? 第四步：當(dāng)?shù)谌椒祷胤椒ǚ椒ê灻?，就會調(diào)用- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation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
? 第五步：若沒有實現(xiàn)- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation方法，那么會進入- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector方法。若我們沒有實現(xiàn)這個方法，那么就會crash，然后提示打不到響應(yīng)的方法。到此，動態(tài)解析的流程就結(jié)束了。
runtime如何實現(xiàn)weak變量的自動置nil？
runtime對注冊的類會進行布局，對于weak對象會放入一個hash表中。 用weak指向的對象內(nèi)存地址作為key，當(dāng)此對象的引用計數(shù)為0的時候會dealloc。假如weak指向的對象內(nèi)存地址是a，那么就會以a為鍵，在這個 weak 表中搜索，找到所有以a為鍵的weak對象，從而設(shè)置為nil。
weak修飾的指針默認(rèn)值是nil（在Objective-C中向nil發(fā)送消息是安全的）
動態(tài)綁定
在運行時確定要調(diào)用的方法,動態(tài)綁定將調(diào)用方法的確定也推遲到運行時。在編譯時，方法的調(diào)用并不和代碼綁定在一起，只有在消實發(fā)送出來之后，才確定被調(diào)用的代碼。通過動態(tài)類型和動態(tài)綁定技術(shù)，代碼每次執(zhí)行都可以得到不同的結(jié)果。運行時因子負(fù)責(zé)確定消息的接收者和被調(diào)用的方法。運行時的消息分發(fā)機制為動態(tài)綁定提供支持。當(dāng)向一個動態(tài)類型確定了的對象發(fā)送消息時，運行環(huán)境系統(tǒng)會通過接收者的isa指針定位對象的類，并以此為起點確定被調(diào)用的方法，方法和消息是動態(tài)綁定的。而且，不必在Objective-C 代碼中做任何工作，就可以自動獲取動態(tài)綁定的好處。在每次發(fā)送消息時，特別是當(dāng)消息的接收者是動態(tài)類型已經(jīng)確定的對象時，動態(tài)綁定就會例行而透明地發(fā)生
