?楔子
Runtime是什么？見名知意，其概念無非就是“因為 Objective-C 是一門動態(tài)語言，所以它需要一個運行時系統(tǒng)……這就是 Runtime 系統(tǒng)”云云。對博主這種菜鳥而言，Runtime 在實際開發(fā)中，其實就是一組C語言的函數(shù)。胡適說：“多研究些問題，少談些主義”，云山霧罩的概念聽多了總是容易頭暈，接下來我們直接從代碼入手學習 Runtime。
?
1、由objc_msgSend說開去：
Objective-C 中的方法調(diào)用，不是簡單的方法調(diào)用，而是發(fā)送消息，也就是說，其實 [receiver message] 會被編譯器轉(zhuǎn)化為: objc_msgSend(receiver, selector)，何以證明？新建一個類 MyClass，其.m文件如下：
#import "MyClass.h"
@implementation MyClass
-(instancetype)init{
if (self = [super init]) {
[self showUserName];
}
return self;
}
-(void)showUserName{
NSLog(@"Dave Ping");
}
使用 clang 重寫命令:
$ clang -rewrite-objc MyClass.m
然后在同一目錄下會多出一個 MyClass.cpp 文件，雙擊打開，可以看到 init 方法已經(jīng)被編譯器轉(zhuǎn)化為下面這樣：
static instancetype _I_MyClass_init(MyClass * self, SEL _cmd) {
if (self = ((MyClass *(*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("MyClass"))}, sel_registerName("init"))) {
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("showUserName"));
}
return self;
}
我們要找的就是它：
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("showUserName"))
objc_msgSend 函數(shù)被定義在 objc/message.h 目錄下，其函數(shù)原型是醬紫滴：
OBJC_EXPORT void objc_msgSend(void /* id self, SEL op, ... */ )
?該函數(shù)有兩個參數(shù)，一個 id 類型，一個 SEL 類型。
2、SEL
SEL 被定義在 ?objc/objc.h 目錄下：
typedef struct objc_selector *SEL;
其實它就是個映射到方法的C字符串，你可以用 Objective-C 編譯器命令 @selector() 或者 Runtime 系統(tǒng)的 sel_registerName 函數(shù)來獲得一個 SEL 類型的方法選擇器。
3、id
與 SEL 一樣，id 也被定義在 ?objc/objc.h 目錄下：
typedef struct objc_object *id;
id 是一個結構體指針類型，它可以指向 Objective-C 中的任何對象。objc_object 結構體定義如下：
struct objc_object { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;};
我們通常所說的對象，就長這個樣子，這個結構體只有一個成員變量? isa，?對象可以通過 ?isa 指針找到其所屬的類。isa 是一個 ?Class 類型的成員變量，那么 Class 又是什么呢？
4、Class
Class 也是一個結構體指針類型：
typedef struct objc_class *Class;
objc_class 結構體是醬紫滴：
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;
我們通常說的?類就長這樣子：
·Class 也有一個 isa 指針，指向其所屬的元類（meta）.
·super_class：指向其超類.
·name：是類名.
·version：是類的版本信息.
·info：是類的詳情.
·instance_size：是該類的實例對象的大小.
·ivars：指向該類的成員變量列表.
·methodLists：指向該類的實例方法列表，它將方法選擇器和方法實現(xiàn)地址聯(lián)系起來。methodLists 是指向 ·objc_method_list 指針的指針，也就是說可以動態(tài)修改 *methodLists 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.
·cache：Runtime 系統(tǒng)會把被調(diào)用的方法存到 ?cache 中（理論上講一個方法如果被調(diào)用?，那么它有可能今后還會被調(diào)用），下次查找的時候效率更高.
·protocols：指向該類的協(xié)議列表.
說到這里有點亂了，我們來捋一下，當我們調(diào)用一個方法時，其運行過程大致如下：
首先，Runtime 系統(tǒng)會把方法調(diào)用轉(zhuǎn)化為消息發(fā)送，即 objc_msgSend，并且把方法的調(diào)用者，和方法選擇器，當做參數(shù)傳遞過去.
此時，方法的調(diào)用者會通過 isa 指針來找到其所屬的類，然后在 cache 或者 methodLists 中查找該方法，找得到就跳到對應的方法去執(zhí)行.
如果在類中沒有找到該方法，則通過 super_class 往上一級超類查找（如果一直找到 NSObject 都沒有找到該方法的話，這種情況，我們放到后面消息轉(zhuǎn)發(fā)的時候再說）.
前面我們說 methodLists 指向該類的實例方法列表，實例方法即-方法，那么類方法（+方法）存儲在哪兒呢？類方法被存儲在元類中，Class 通過 isa 指針即可找到其所屬的元類.
上圖實線是 super_class 指針，虛線是 isa 指針。根元類的超類是NSObject，而 isa 指向了自己。NSObject 的超類為 nil，也就是它沒有超類。
5、使用objc_msgSend
前面我們使用 clang 重寫命令，看到 Runtime 是如何將方法調(diào)用轉(zhuǎn)化為消息發(fā)送的。我們也可以依樣畫葫蘆，來學習使用一下 objc_msgSend。新建一個類 TestClass，添加如下方法：
-(void)showAge{
NSLog(@"24");
}
-(void)showName:(NSString *)aName{
NSLog(@"name is %@",aName);
}
-(void)showSizeWithWidth:(float)aWidth andHeight:(float)aHeight{
NSLog(@"size is %.2f * %.2f",aWidth, aHeight);
}
-(float)getHeight{
return 187.5f;
}
-(NSString *)getInfo{
return @"Hi, my name is Dave Ping, I'm twenty-four years old in the year, I like apple, nice to meet you.";
}
我們可以像下面這樣，使用 objc_msgSend 依次調(diào)用這些方法：
TestClass *objct = [[TestClass alloc] init];
((void (*) (id, SEL)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("showAge"));
((void (*) (id, SEL, NSString *)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("showName:"), @"Dave Ping");
((void (*) (id, SEL, float, float)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("showSizeWithWidth:andHeight:"), 110.5f, 200.0f);
float f = ((float (*) (id, SEL)) objc_msgSend_fpret) (objct, sel_registerName("getHeight"));
NSLog(@"height is %.2f",f);
NSString *info = ((NSString* (*) (id, SEL)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("getInfo"));
NSLog(@"%@",info);
也許你已經(jīng)注意到，objc_msgSend 在使用時都被強制轉(zhuǎn)換了一下，這是因為 objc_msgSend 這個函數(shù)至少要有兩個參數(shù)，一個id消息接受者，一個SEL消息名稱。后面三個點代表參數(shù)，是變參。也就是說方法攜帶的參數(shù)，可以沒有，可以有多個。如果我們把調(diào)用 showAge 方法改成這樣：
objc_msgSend(objct, sel_registerName("showAge"));
Xcode 就會報錯：
Too many arguments to function call, expected 0, have 2.
完整的 objc_msgSend 使用代碼在?這里。
6、objc_msgSendSuper
編譯器會根據(jù)情況在 objc_msgSend，objc_msgSend_stret，objc_msgSendSuper，objc_msgSendSuper_stret 或 objc_msgSend_fpret 五個方法中選擇一個來調(diào)用。如果消息是傳遞給超類，那么會調(diào)用 objc_msgSendSuper 方法，如果消息返回值是數(shù)據(jù)結構，就會調(diào)用 objc_msgSendSuper_stret 方法，如果返回值是浮點數(shù)，則調(diào)用 objc_msgSend_fpret 方法。
這里我們重點說一下 objc_msgSendSuper，objc_msgSendSuper 函數(shù)原型如下：
OBJC_EXPORT void objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ )
?當我們調(diào)用 [super selector] 時，Runtime 會調(diào)用 objc_msgSendSuper 方法，objc_msgSendSuper 方法有兩個參數(shù)，super 和 op，Runtime 會把 selector 方法選擇器賦值給 op。而 super 是一個 objc_super 結構體指針，objc_super 結構體定義如下：
struct objc_super {
/// Specifies an instance of a class.
__unsafe_unretained id receiver;
/// Specifies the particular superclass of the instance to message.
#if !defined(__cplusplus) && !__OBJC2__
/* For compatibility with old objc-runtime.h header */
__unsafe_unretained Class class;
#else
__unsafe_unretained Class super_class;
#endif
/* super_class is the first class to search */
};
Runtime 會創(chuàng)建一個 objc_spuer 結構體變量，將其地址作為參數(shù)（super）傳遞給 objc_msgSendSuper，并且將 self 賦值給 receiver：super—>receiver=self.
舉個栗子，問下面的代碼輸出什么：
@implementation Son : Father
- (id)init
{
self = [super init];
if (self)
{
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
}
return self;
}
@end
答案是全部輸出 Son.
使用 clang 重寫命令，發(fā)現(xiàn)上述代碼被轉(zhuǎn)化為:
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_a5cecc_mi_0, NSStringFromClass(((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("class"))));
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_a5cecc_mi_1, NSStringFromClass(((Class (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){ (id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("Son")) }, sel_registerName("class"))));
當調(diào)用 [super class] 時，會轉(zhuǎn)換成 objc_msgSendSuper 函數(shù)：
第一步先構造 objc_super 結構體，結構體第一個成員就是 self。第二個成員是 (id)class_getSuperclass(objc_getClass(“Son”)).
第二步是去 Father 這個類里去找 - (Class)class，沒有，然后去 NSObject 類去找，找到了。最后內(nèi)部是使用 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class)) 去調(diào)用，此時已經(jīng)和 [self class] 調(diào)用相同了，所以兩個輸出結果都是 Son。
7、?對象關聯(lián)
對象關聯(lián)允許開發(fā)者對已經(jīng)存在的類在 Category 中添加自定義的屬性：
OBJC_EXPORT void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_1);
·object 是源對象.
·value 是被關聯(lián)的對象.
·key 是關聯(lián)的鍵，objc_getAssociatedObject 方法通過不同的 key 即可取出對應的被關聯(lián)對象.
·policy 是一個枚舉值，表示關聯(lián)對象的行為，從命名就能看出各個枚舉值的含義：
typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0, /**< Specifies a weak reference to the associated object. */
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object.
* The association is not made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3, /**< Specifies that the associated object is copied.
* The association is not made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401, /**< Specifies a strong reference to the associated object.
* The association is made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403 /**< Specifies that the associated object is copied.
* The association is made atomically. */
};
要取出被關聯(lián)的對象使用 objc_getAssociatedObject 方法即可，要刪除一個被關聯(lián)的對象，使用 objc_setAssociatedObject 方法將對應的 key 設置成 nil 即可：
objc_setAssociatedObject(self, associatedKey, nil, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
objc_removeAssociatedObjects 方法將會移除源對象中所有的關聯(lián)對象.
舉個栗子，假如我們要給 UIButton 添加一個監(jiān)聽單擊事件的 block 屬性，新建 UIButton 的 Category，其.m文件如下：
#import "UIButton+ClickBlock.h"
#import <objc/runtime.h>
static const void *associatedKey = "associatedKey";
@implementation UIButton (ClickBlock)
//Category中的屬性，只會生成setter和getter方法，不會生成成員變量
-(void)setClick:(clickBlock)click{
objc_setAssociatedObject(self, associatedKey, click, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
[self removeTarget:self action:@selector(buttonClick) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
if (click) {
[self addTarget:self action:@selector(buttonClick) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
}
}
-(clickBlock)click{
return objc_getAssociatedObject(self, associatedKey);
}
-(void)buttonClick{
if (self.click) {
self.click();
}
}
@end
然后在代碼中，就可以使用 UIButton 的屬性來監(jiān)聽單擊事件了：
UIButton *button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
button.frame = self.view.bounds;
[self.view addSubview:button];
button.click = ^{
NSLog(@"buttonClicked");
};
完整的對象關聯(lián)代碼點這里
8、?自動歸檔
博主在學習 Runtime 之前，歸檔的時候是醬紫寫的：
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder{
[aCoder encodeObject:self.name forKey:@"name"];
[aCoder encodeObject:self.ID forKey:@"ID"];
}
- (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder{
if (self = [super init]) {
self.ID = [aDecoder decodeObjectForKey:@"ID"];
self.name = [aDecoder decodeObjectForKey:@"name"];
}
return self;
}
那么問題來了，如果當前 Model 有100個屬性的話，就需要寫100行這種代碼：
[aCoder encodeObject:self.name forKey:@"name"];
想想都頭疼，通過 Runtime 我們就可以輕松解決這個問題：
?1.使用 class_copyIvarList 方法獲取當前 Model 的所有成員變量.
2.使用 ivar_getName 方法獲取成員變量的名稱.
3.通過 KVC 來讀取 Model 的屬性值（encodeWithCoder:），以及給 Model 的屬性賦值（initWithCoder:）.
舉個栗子，新建一個 Model 類，其.m文件如下：
#import "TestModel.h"
#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>
@implementation TestModel
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder{
unsigned int outCount = 0;
Ivar *vars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
Ivar var = vars[i];
const char *name = ivar_getName(var);
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
// 注意kvc的特性是，如果能找到key這個屬性的setter方法，則調(diào)用setter方法
// 如果找不到setter方法，則查找成員變量key或者成員變量_key，并且為其賦值
// 所以這里不需要再另外處理成員變量名稱的“_”前綴
id value = [self valueForKey:key];
[aCoder encodeObject:value forKey:key];
}
}
- (nullable instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder{
if (self = [super init]) {
unsigned int outCount = 0;
Ivar *vars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
Ivar var = vars[i];
const char *name = ivar_getName(var);
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
[self setValue:value forKey:key];
}
}
return self;
}
@end
完整的自動歸檔代碼在這里
9、字典與模型互轉(zhuǎn)
最開始博主是這樣用字典給 Model 賦值的：
-(instancetype)initWithDictionary:(NSDictionary *)dict{
if (self = [super init]) {
self.age = dict[@"age"];
self.name = dict[@"name"];
}
return self;
}
可想而知，遇到的問題跟歸檔時候一樣（后來使用MJExtension），這里我們稍微來學習一下其中原理，字典轉(zhuǎn)模型的時候：
1.?根據(jù)字典的 key 生成 setter 方法.
2.使用 objc_msgSend 調(diào)用 setter 方法為 Model 的屬性賦值（或者 KVC）.
模型轉(zhuǎn)字典的時候：
?1.調(diào)用 class_copyPropertyList 方法獲取當前 Model 的所有屬性.
2.調(diào)用 property_getName 獲取屬性名稱.
3.根據(jù)屬性名稱生成 getter 方法.
4.使用 objc_msgSend 調(diào)用 getter 方法獲取屬性值（或者 KVC）.
代碼如下：
#import "NSObject+KeyValues.h"
#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>
@implementation NSObject (KeyValues)
//字典轉(zhuǎn)模型
+(id)objectWithKeyValues:(NSDictionary *)aDictionary{
id objc = [[self alloc] init];
for (NSString *key in aDictionary.allKeys) {
id value = aDictionary[key];
/*判斷當前屬性是不是Model*/
objc_property_t property = class_getProperty(self, key.UTF8String);
unsigned int outCount = 0;
objc_property_attribute_t *attributeList = property_copyAttributeList(property, &outCount);
objc_property_attribute_t attribute = attributeList[0];
NSString *typeString = [NSString stringWithUTF8String:attribute.value];
if ([typeString isEqualToString:@"@\"TestModel\""]) {
value = [self objectWithKeyValues:value];
}
/**********************/
//生成setter方法，并用objc_msgSend調(diào)用
NSString *methodName = [NSString stringWithFormat:@"set%@%@:",[key substringToIndex:1].uppercaseString,[key substringFromIndex:1]];
SEL setter = sel_registerName(methodName.UTF8String);
if ([objc respondsToSelector:setter]) {
((void (*) (id,SEL,id)) objc_msgSend) (objc,setter,value);
}
}
return objc;
}
//模型轉(zhuǎn)字典
-(NSDictionary *)keyValuesWithObject{
unsigned int outCount = 0;
objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &outCount);
NSMutableDictionary *dict = [NSMutableDictionary dictionary];
for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
objc_property_t property = propertyList[i];
//生成getter方法，并用objc_msgSend調(diào)用
const char *propertyName = property_getName(property);
SEL getter = sel_registerName(propertyName);
if ([self respondsToSelector:getter]) {
id value = ((id (*) (id,SEL)) objc_msgSend) (self,getter);
/*判斷當前屬性是不是Model*/
if ([value isKindOfClass:[self class]] && value) {
value = [value keyValuesWithObject];
}
/**********************/
if (value) {
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:propertyName];
[dict setObject:value forKey:key];
}
}
}
return dict;
}
@end
完整代碼在這里
10、?動態(tài)方法解析
前面我們留下了一點東西沒說，那就是如果某個對象調(diào)用了不存在的方法時會怎么樣，一般情況下程序會crash，錯誤信息類似下面這樣：
unrecognized selector sent to instance 0x7fd0a141afd0
但是在程序crash之前，Runtime 會給我們動態(tài)方法解析的機會，消息發(fā)送的步驟大致如下：
1.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.
2.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.
3.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的函數(shù)去執(zhí)行.
如果 cache 找不到就找一下方法分發(fā)表.
4.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消息轉(zhuǎn)發(fā)了，消息轉(zhuǎn)發(fā)的大致過程如圖：1.進入 resolveInstanceMethod: 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.
2.resolveInstanceMethod: 方法返回 NO 時，就會進入 forwardingTargetForSelector: 方法，這是 Runtime 給我們的第二次機會，用于指定哪個對象響應這個 selector。返回nil，進入下一步，返回某個對象，則會調(diào)用該對象的方法.
3.若 forwardingTargetForSelector: 返回的是nil，則我們首先要通過 methodSignatureForSelector: 來指定方法簽名，返回nil，表示不處理，若返回方法簽名，則會進入下一步.
4當?shù)?methodSignatureForSelector: 方法返回方法簽名后，就會調(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，修改響應對象等.
如果到最后，消息還是沒有得到響應，程序就會crash，詳細代碼在這里。
