简介
Objective-C语言是一门动态语言，它将很多静态语言在编译和链接时期做的事放到了运行时来处理。这种动态语言的优势在于：我们写代码时更具灵活性，如我们可以把消息转发给我们想要的对象，或者随意交换一个方法的实现等。
这种特性意味着Objective-C不仅需要一个编译器，还需要一个运行时系统来执行编译的代码。对于Objective-C来说，这个运行时系统就像一个操作系统一样：它让所有的工作可以正常的运行。这个运行时系统即Objc Runtime。Objc Runtime其实是一个Runtime库，它基本上是用C和汇编写的，这个库使得C语言有了面向对象的能力。
Runtime库主要做下面几件事：
1、封装：在这个库中，对象可以用C语言中的结构体表示，而方法可以用C函数来实现，另外再加上了一些额外的特性。这些结构体和函数被runtime函数封装后，我们就可以在程序运行时创建，检查，修改类、对象和它们的方法了
2、找出方法的最终执行代码：当程序执行[object doSomething]时，会向消息接收者(object)发送一条消息(doSomething)，runtime会根据消息接收者是否能响应该消息而做出不同的反应。这将在后面详细介绍。
Objective-C runtime目前有两个版本：Modern runtime和Legacy runtime。Modern Runtime 覆盖了64位的Mac OS X Apps，还有 iOS Apps，Legacy Runtime 是早期用来给32位 Mac OS X Apps 用的，也就是可以不用管就是了。
与Rutime交互
Objc 从三种不同的层级上与 Runtime 系统进行交互，分别是通过 Objective-C 源代码，通过 Foundation 框架的NSObject类定义的方法，通过对 runtime 函数的直接调用。
1.Objective-C源代码
大部分情况下你就只管写你的Objc代码就行，runtime 系统自动在幕后辛勤劳作着。还记得引言中举的例子吧，消息的执行会使用到一些编译器为实现动态语言特性而创建的数据结构和函数，Objc中的类、方法和协议等在 runtime 中都由一些数据结构来定义，这些内容在后面会讲到。（比如objc_msgSend函数及其参数列表中的id和SEL都是啥
2.NSObject的方法
Cocoa 中大多数类都继承于NSObject
类，也就自然继承了它的方法。最特殊的例外是NSProxy，它是个抽象超类，它实现了一些消息转发有关的方法，可以通过继承它来实现一个其他类的替身类或是虚拟出一个不存在的类，说白了就是领导把自己展现给大家风光无限，但是把活儿都交给幕后小弟去干。
有的NSObject中的方法起到了抽象接口的作用，比如description方法需要你重载它并为你定义的类提供描述内容。
NSObject还有些方法能在运行时获得类的信息，并检查一些特性，比如class返回对象的类；isKindOfClass: isMemberOfClass:则检查对象是否在指定的类继承体系中；respondsToSelector:检查对象能否响应指定的消息；conformsToProtocol:检查对象是否实现了指定协议类的方法；methodForSelector:则返回指定方法实现的地址。
3.Runtime的函数
Runtime 系统是一个由一系列函数和数据结构组成，具有公共接口的动态共享库。头文件存放于/usr/include/objc目录下。许多函数允许你用纯C代码来重复实现 Objc 中同样的功能。虽然有一些方法构成了NSObject类的基础，但是你在写 Objc 代码时一般不会直接用到这些函数的，除非是写一些 Objc 与其他语言的桥接或是底层的debug工作。在Objective-C Runtime Reference中有对 Runtime 函数的详细文档。
Runtime的数据类型
Objective-c是发消息机制，而不是简单的方法调用
[receiver message]
会被编译器转化为：
objc_msgSend(receiver, selector)
如果消息含有参数，则为：
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)
1.SEL
objc_msgSend函数第二个参数类型为SEL，它是selecto在Objc中的表示类型（Swift中是Selector类）。selector是方法选择器，可以理解为区分方法的 ID，而这个 ID 的数据结构是SEL:
typedef struct objc_selector *SEL;
其实它就是个映射到方法的C字符串，你可以用 Objc 编译器命令@selector()或者 Runtime 系统的sel_registerName函数来获得一个SEL类型的方法选择器。
不同类中相同名字的方法所对应的方法选择器是相同的，即使方法名字相同而变量类型不同也会导致它们具有相同的方法选择器，于是 Objc 中方法命名有时会带上参数类型(NSNumber一堆抽象工厂方法拿走不谢)
我们可以在运行时添加新的selector，也可以在运行时获取已存在的selector，我们可以通过下面三种方法来获取SEL:
1. sel_registerName函数
2.Objective-C编译器提供的@selector()
3.NSSelectorFromString()方法
Id
struct objc_object {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
typedef struct objc_object *id;
objc_msgSend第一个参数类型为id，它是一个指向类实例的指针：
typedef struct objc_object *id;
这里有个objc_object
struct objc_object { Class isa; };
objc_object结构体包含一个指向其类的isa指针，根据isa指针找到对象所属的类。
Runtime库会在类的方法列表及父类的方法列表中去寻找与消息对应的selector指向的方法。找到后即运行这个方法。
当创建一个特定类的实例对象时，分配的内存包含一个objc_object数据结构，然后是类的实例变量的数据。NSObject类的alloc和allocWithZone:方法使用函数class_createInstance来创建objc_object数据结构。
另外还有我们常见的id，它是一个objc_object结构类型的指针。它的存在可以让我们实现类似于C++中泛型的一些操作。该类型的对象可以转换为任何一种对象，有点类似于C语言中void *指针类型的作用。
Class
之所以说isa是指针是因为Class其实是一个指向objc_class
结构体的指针：typedef struct objc_class *Class;而objc_class就是我们摸到的那个瓜，里面的东西多着呢：
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE; // 父类
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE; // 类名
long version OBJC2_UNAVAILABLE; // 类的版本信息，默认为0
long info OBJC2_UNAVAILABLE; // 类信息，供运行期使用的一些位标识
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的实例变量大小
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的成员变量链表
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法定义的链表
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法缓存
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE; // 协议链表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
可以看到运行时一个类还关联了它的超类指针，类名，成员变量，方法，缓存，还有附属的协议。 其中objc_ivar_list和objc_method_list分别是成员变量列表和方法列表：
struct objc_ivar_list {
int ivar_count
#ifdef __LP64__ int space
#endif
/* variable length structure */
struct objc_ivar ivar_list[1]
}
struct objc_method_list
{
struct objc_method_list *obsolete
int method_count
#ifdef __LP64__
int space
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1]
}
如果你C语言不是特别好，可以直接理解为objc_ivar_list结构体存储着objc_ivar数组列表，而objc_ivar结构体存储了类的单个成员变量的信息；同理objc_method_list结构体存储着objc_method数组列表，而objc_method结构体存储了类的某个方法的信息。最后要提到的还有一个objc_cache，顾名思义它是缓存，它在objc_class的作用很重要，在后面会讲到。不知道你是否注意到了objc_class中也有一个isa对象，这是因为一个 ObjC 类本身同时也是一个对象，为了处理类和对象的关系，runtime 库创建了一种叫做元类 (Meta Class) 的东西，类对象所属类型就叫做元类，它用来表述类对象本身所具备的元数据。类方法就定义于此处，因为这些方法可以理解成类对象的实例方法每个类仅有一个类对象，而每个类对象仅有一个与之相关的元类。当你发出一个类似[NSObject alloc]的消息时，你事实上是把这个消息发给了一个类对象 (Class Object) ，这个类对象必须是一个元类的实例，而这个元类同时也是一个根元类 (root meta class) 的实例。你会说 NSObject的子类时，你的类就会指向NSObject做为其超类。但是所有的元类最终都指向根元类为其超类。所有的元类的方法列表都有能够响应消息的类方法。所以当 [NSObject alloc]这条消息发给类对象的时候，objc_msgSend()会去它的元类里面去查找能够响应消息的方法，如果找到了，然后对这个类对象执行方法调用。
Paste_Image.png
上图实线是 super_class 指针，虚线是isa指针。 有趣的是根元类的超类是NSObject，而isa指向了自己，而NSObject的超类为nil，也就是它没有超类。
IMP
IMP实际上是一个函数指针，指向方法实现的首地址。其定义如下：
id (*IMP)(id, SEL, ...)
这个函数使用当前CPU架构实现的标准的C调用约定。第一个参数是指向self的指针(如果是实例方法，则是类实例的内存地址；如果是类方法，则是指向元类的指针)，第二个参数是方法选择器(selector)，接下来是方法的实际参数列表。
前面介绍过的SEL就是为了查找方法的最终实现IMP的。由于每个方法对应唯一的SEL，因此我们可以通过SEL方便快速准确地获得它所对应的IMP，查找过程将在下面讨论。取得IMP后，我们就获得了执行这个方法代码的入口点，此时，我们就可以像调用普通的C语言函数一样来使用这个函数指针了。通过取得IMP，我们可以跳过Runtime的消息传递机制，直接执行IMP指向的函数实现，这样省去Runtime消息传递过程中所做的一系列查找操作，会比直接向对象发送消息高效一些。
Method
Method是一种代表类中的某个方法的类型
typedef struct objc_method *Method;
而objc_method存储了方法名，方法类型和方法实现：
struct objc_method {
SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;
}
方法名类型为SEL，相同名字的方法即使在不同类中定义，它们的方法选择器也相同。方法类型method_types是个char指针，其实存储着方法的参数类型和返回值类型。method_imp指向了方法的实现，本质上是一个函数指针。
Ivar
Ivar
Ivar是表示实例变量的类型，其实际是一个指向objc_ivar结构体的指针，其定义如下：
typedef struct objc_ivar *Ivar;
struct objc_ivar {
char *ivar_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量名
char *ivar_type OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量类型
int ivar_offset OBJC2_UNAVAILABLE; // 基地址偏移字节
#ifdef __LP64__
int space OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}
Property
@property或者标记了类中的属性,是一个指向objc_property结构体的指针：
typedef struct objc_property *Property;
typedef struct objc_property *objc_property_t;//这个更常用
可以通过class_copyPropertyList和 protocol_copyPropertyList方法来获取类和协议中的属性：
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)objc_property_t *protocol_copyPropertyList(Protocol *proto, unsigned int *outCount)
返回类型为指向指针的指针，哈哈，因为属性列表是个数组，每个元素内容都是一个objc_property_t指针，而这两个函数返回的值是指向这个数组的指针。
Cache
上面提到了objc_class结构体中的cache字段，它用于缓存调用过的方法。这个字段是一个指向objc_cache结构体的指针，其定义如下：
struct objc_cache {
unsigned int mask/* total = mask + 1 */; OBJC2_UNAVAILABLE;
unsigned int occupied OBJC2_UNAVAILABLE;
Method buckets[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
};
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