Objective-C是從C發(fā)展出來的語言，只是在語言層面上加了些關(guān)鍵字和語法。真正讓Objective-C強大的是它的Runtime運行時，讓OC在C語言的基礎上增加了面向?qū)ο蠛蛣討B(tài)特性。

Q1：OC與C語言有什么不同？
C是靜態(tài)語言、面向過程語言
OC是動態(tài)語言、面向?qū)ο笳Z言
因此，OC更加強大。

Q2：C是靜態(tài)語言，OC是從C語言發(fā)展出來的，OC如何實現(xiàn)動態(tài)的？
Runtime（運行時）

Q3：什么是Runtime？

1. Runtime是為了實現(xiàn) OC 面向?qū)ο蟆討B(tài)機制的一個庫。
2. 由 C 和匯編語言寫成。

Q4：Runtime干什么？
OC代碼并不是直接編譯為目標語言，OC代碼首先需要編譯器轉(zhuǎn)化為純C語言，然后編譯和匯編成目標代碼。
其中，從OC到C語言的轉(zhuǎn)化，就需要運行時庫Runtime。這個運行時庫（Runtime）用來動態(tài)得創(chuàng)建類和對象、進行消息傳遞和轉(zhuǎn)發(fā)。

1. 將 OC 面向?qū)ο蟮念愞D(zhuǎn)變?yōu)?C 語言面向過程的結(jié)構(gòu)體
2. 將 OC 函數(shù)調(diào)用轉(zhuǎn)化為消息傳遞和轉(zhuǎn)發(fā)
3. 消息傳遞和轉(zhuǎn)發(fā)的過程，最終找到合適的C函數(shù)執(zhí)行的過程。

Q5：如何實現(xiàn)Runtime？
Runtime核心是消息分發(fā)機制

Runtime一些核心結(jié)構(gòu)體定義

1. 對象定義：

struct objc_object {
    Class isa;
} *id;

每個OC對象的首個成員是一個指向Class的指針isa（如果子類中定義了其他對象，那么追加在后面）。

2. Class定義：

typedef struct objc_class *Class;

Class就是一個指針，指向一個objc_class結(jié)構(gòu)體。

3. objc_class結(jié)構(gòu)體的定義：

struct objc_class {
    Class isa;                 //指針：指向當前類的元類（類的類）
    Class super_class;         //指針：指向當前類的父類
    const char *name;
    long version;
    long info;
    long instance_size;
    struct objc_ivar_list *ivars;
    struct objc_method_list ** methodLists;     //方法列表
    struct objc_cache *cache;                 //cache的方法
    struct objc_protocol_list *protocols;
};

• objc_class定義了類的信息，存放了類的元數(shù)據(jù)metadata，其中包括類的元類、父類、Name、變量、方法列表、方法cache（用于加速方法查詢）。
• objc_class類中首個變量也是一個isa指針，說明Class也是一個對象（類也是一個對象）。
• objc_class的isa指針指向的當前類的類（元類metaclass），保存了當前類對象的元數(shù)據(jù)，類方法定義此處。
• 每個類僅有一個元類metaclass，每個元類僅有一個metaclass對象（就是這個類Class）

對象、類、元類之間的關(guān)系

1. 每個類對象中持有了一個isa指針，指向這個對象的類對象（類對象保存了該類的成員方法）；
2. 類對象中的super_class指針指向了這個類的父類，isa指向該類的元類（元類保存了該類的類方法）；
3. 元類中的super_class指針指向元類的父類。

4. 選擇器Selector

// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;

選擇器Selector用于標識一個方法。從上面代碼中我們可以看出，SEL是一個指向objc_selector結(jié)構(gòu)體的指針。

struct objc_selector {
    char *name;                       
    char *types;                     
};

objc_selector是一個結(jié)構(gòu)體，用于標識一個方法。用于在類的HashTable找到對應的函數(shù)。

5. IMP

typedef void (*IMP)(void /* id, SEL, ... */ ); 

IMP就是一個函數(shù)指針，參數(shù)為(id, SEL, ...) 指向函數(shù)所在內(nèi)存地址

6. 方法列表

struct objc_method {
    SEL _Nonnull method_name ;
    char * method_types;
    IMP _Nonnull method_imp ;
};

typedef struct objc_method *Method;

struct objc_method_list {
    struct objc_method_list *bsolete;
    int method_count;
    /* variable length structure */
    struct objc_method method_list[1];
};

objc_method結(jié)構(gòu)體保存方法的信息，其中包含SEL和IMP，SEL用來標識一個方法，IMP用來指向方法的內(nèi)存地址。

7. 方法緩存

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

當 objc_msgSend() 通過一個類來查找一個選擇器SEL時，它首先會搜索類緩存，用于快速查找Method，如果沒找到再遍歷objc_method_list。

8. 變量列表

struct objc_ivar {
    char * ivar_name;
    char * ivar_type;
    int ivar_offset ;
};

struct objc_ivar_list {
    int ivar_count;
    /* variable length structure */
    struct objc_ivar ivar_list[1];
};

9. 協(xié)議列表

struct objc_protocol_list {
    struct objc_protocol_list * next;
    long count;
    __unsafe_unretained Protocol * list[1];
};

@interface Protocol : NSObject
@end

Protocol也是一個對象。

從上面可以看出：

1. Class、SEL、Method都是指向特定結(jié)構(gòu)體的指針。
2. IMP是函數(shù)指針。

小結(jié)：本文簡單介紹了iOS Runtime的一些基本概念，并分析了runtime的源碼中這些概念的實現(xiàn)。
簡單來說OC在C語言的基礎上定義了一系列的概念（如Class、SEL、Method、IMP），引入了面向?qū)ο?、消息傳遞和轉(zhuǎn)發(fā)機制，從而實現(xiàn)了Runtime機制。

參考：
Runtime 源碼