个人翻译官方Runtime的编程指南，英语水准很差，仅供自己学习。

介绍

OC语言遵从许多来自于编译和链接时的runtime所产生的结果。不管什么时候，OC是动态的。这意味着OC不仅需要一个编译器，还需要一个runtime系统去执行编译好的代码。runtime系统扮演着一个OC语言的操作系统。runtime让OC工作。

这个文档会介绍NSObject类和OC程序如何与runtime系统相互作用。特别的是，runtime动态地加载新的classes和在objects中转发信息。它也提供你如何在程序运行时查找object的信息的方法。

你应该阅读这个文档去理解OC runtime如何工作和如何更利用runtime。为了更好的写好Cocoa程序，你应该去理解runtime。

runtime的版本和平台

runtime有两种版本，“Legacy”和“Modern”。64位和iPhone应用用“Modern”版本。

与Runtime交互

Objective-C程序有有三种与runtime系统交互的级别：

1.通过Objective-C源代码

2.通过Foundation库中定义的NSObject提供的方法

3.通过直接调用runtime方法

通过Objective-C源代码

在大多数的部分，运行时系统会自动运行并在后台运行。我们使用它只是写源代码并编译源代码。当编译包含Objective-C类和方法的代码时，编译器会创建实现了语言动态特性的数据结构和函数调用。该数据结构捕获在类、扩展和协议中所定义的信息，比如说：method selectors, instance variable templates。

最重要的runtime函数是发消息函数，在编译时，编译器会转换成类似objc_msgSend这样的发送消息的函数(在Messaging会介绍)。因此，我们通过写好源代码，编译器会自动帮助我们编译成runtime代码。

通过NSObject提供的方法

在Cocoa编程中，大部分的类都继承于NSObject，也就是说NSObject通常是根类，大部分的类都继承于NSObject。有些特殊的情况下，NSObject只是提供了它应该要做什么的模板，却没有提供所有必须的代码。值得注意的是NSProxy这个类，在Message Forwarding会介绍。

比如说，NSObject定义了一个实例方法description（返回这个class的介绍的字符串）。这主要用来调试。NSObject中的这个方法不知道class的内容，它只会返回这个object的名字和地址。而在NSObject的子类中，例如在NSArray中，它会返回NSObject的一个列表的解释。

有些NSObject提供的方法仅仅是为了查询运动时系统的相关信息，这此方法都可以反查自己。比如-isKindOfClass:和-isMemberOfClass:都是用于查询在继承体系中的位置。-respondsToSelector:指明是否接受特定的消息。+conformsToProtocol:指明是否要求实现在指定的协议中声明的方法。-methodForSelector:提供方法实现的地址。

通过直接调用runtime函数

这个runtime系统是一个动态分享库，它一系列的函数和数据结构定义在位于/usr/include/objc的头文件中。这些函数通常使用C语言。还有一些方法在NSObject中扩展。实际上，只有很少的runtime函数在实际中应用。runtime的函数可以在Objective-C Runtime Reference中介绍。

Message

这里主要说的是obj_msgSend函数的使用，这里太多，我把自己的理解（结合自己看过的博客）发上来。

obj_msgSend的消息发送主要有三个过程：

1.找到selector对应的IMP；

2.执行这个IMP；

3.返回IMP中的返回结果。

这份文档要求我们不能直接使用这个函数。

消息传递的关键在于编译器为每个class或者object都包含了两个元素：

1.指向父类的指针。

2.一个dispatch_table：将类中的sel和IMP对应起来。

在我写的obj_msgSend查找方法过程这篇文章中有个isa结构体的图，里面可看到这两个元素，dispatch_table应为methodLists。

当一个object被创建，空间被分配，成员变量被初始化后，它做的第一件事是将isa指针指向自己的class。

一个object类型应等于struct objc_object（就是我上面说的isa指针，具体可看我说的博文）。object应该继承于NSObject或者NSProxy（未见过这个类）。

具体可看我上面所说的博客，里面有更详细的obj_msgSend查找方法过程。

这个篇章还提到每个obj_msgSend都会发送两个参数，这两个参数在OC的方法中相当于是隐藏的，但却是可以使用的，这两个参数是：

1.接收的object，也就是在方法中使用的self。

2.所调用方法的SEL，也就是_cmd。

这篇章最后提到：

利用NSObject类中的methodForSelector:方法，可以获得一个指向方法实现的指针，并可以使用该指针直接调用方法实现,当一个消息要被发送给某个对象很多次的时候，可以直接使用methodForSelector:来进行优化,其中，methodForSelector:是由Cocoa Runtime System提供的，而不是Objective-C本身的语言特性。这里需要注意转换过程中函数类型的正确性，包括返回值和参数，而且这里的前两个参数需要显示声明为id和SEL。

举例如下：

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);

或许会疑问，为什么setter带有三个形参？

先从底层中看一下IMP的定义，如下图：

如上图可见，IMP的类型有两种：

1.无返回值无参数的函数指针；

2.有返回值并且形参必须包含id，SEL的函数指针；

使用这两个种函数指针中的哪一个，由宏定义 OBJC_OLD_DISPATCH_PROTOTYPES 决定，而这个宏定义在 Apple LLVM 7.0 - Preprocessing 中的 Enable Strict Checking of objc_msgSend Calls 决定。而这里IMP用的是带有返回值的函数指针。

因此调用methodForSelector:获得某个方法的IMP时，这个IMP是必须带有id和SEL形参的，而这两个形参分别为self和_cmd。

动态方法调用

这其实是一种动态的方法添加，看下面例子：

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) {

// implementation ....

}

怎么将这个C语言的函数添加进一个class里面？可以如下方式：

@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

或许会很好奇，为什么要在resolveInstanceMethod:方法里面调用class_addMethod函数，其他地方添加不是一样可以？这其实是一种懒加载方式，因为obj_msgSend在查找方法中，如果没找到aSEL的执行方法，会调用这个resolveInstanceMethod:方法，检查这个类里面是否有某些方法（YES表示有，NO表示无），于是我们利用这个特性，当我们需要使用某个方法时，才把某个方法的IMP添加进metohdsList中。注意，所构造的函数IMP必须包含有self和_cmd两个形参。

在这篇章还讲到了动态加载，在程序运行当中，可以加载新的classes和categories。

消息转发

发送信息给一个object不能出现返回错误，但是在公布错误前，runtime给这个object第二次机会去处理这个信息。

如果你发送信息给以个object，而object无法实现这个信息。在宣告错误之前，runtime会发送形参为NSInvocation的方法forwardInvocation:。

你可以执行forwardInvocation:方法去给一个默认的回应给这个信息，去避免错误的产生。正如这个方法的名字推测，这是用来转发消息到其他object的。

要查看转发的范围和意图，可以想象一下情况：设计一个可以响应消息的对象的方法：negotiate，你希望它能响应另一种object。通过实现negotiate方法，你可以很容易的转发一个消息到另外的object中。

进一步，你想你的object响应在其他class实现的negotiate消息。一种方法是这个object继承这个class。但可能并不会这样实现，因为这个object继承于其他class。

如果你的class无法继承这个negotiate方法，你可以借用它在其他class的实现：

- (id)negotiate

{

     if ( [someOtherObject respondsTo:@selector(negotiate)] )

                return [someOtherObject negotiate];

     return self;

}

但这个方法是笨重的，而且是会产生很多问题的（并不清楚它讲的这个方法是怎么回事，也就不想理了，这里不是关键）。

第二种方法是使用forwardInvocation:方法，forwardInvocation:定义在NSObject，在NSObject中会调用doesNotRecognizeSelector:方法，所以在子类必须重写forwardInvocation:方法。

为了转发信息，forwardInvocation:方法需要做到下面的两件事：

1.确定信息该去哪里；

2.把参数和信息发送到那里；

消息应该发送可以使用invokeWithTarget:方法：

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation

{

       if ([someOtherObject respondsToSelector:

                   [anInvocation selector]])

             [anInvocation invokeWithTarget:someOtherObject];

        else

                [super forwardInvocation:anInvocation];

}

结果最后都会返回到发送端。

转发和多重继承

这里主要讲转发可以实现多重继承，但实际上两者有很大的区别。

替代的Object

讲了一堆转发的好处和用处。跟用法无关，不翻译了。

转发和继承

虽然转发类似于继承，但NSObject不会搞混这两个，像respondsToSelector:和isKindOfClass:的方法只会寻找继承的，而不是转发。

为了让转发看起来更像继承，你需要重写respondsToSelector:和isKindOfClass:，如下：

- (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;

}

这里还提到了一个methodSignatureForSelector:方法，要调用forwardInvocation:方法，必须先重写这个方法，例如：

- (NSMethodSignature*)methodSignatureForSelector:(SEL)selector

{

          NSMethodSignature* signature = [super methodSignatureForSelector:selector];

          if (!signature) {

         signature = [surrogate methodSignatureForSelector:selector];  

         }

      return signature;

}

具体使用，可以查看这个博客：Runtime Message Forwarding。

Type Encodings

为了说明runtime函数的返回值类型和形参类型，定义了一种Type Encodings，用来说明各种数据的类型，可以使用@encode()读出类型的Type Encodings，例如：

char *buf1 = @encode(int **);

char *buf2 = @encode(struct key);

char *buf3 = @encode(Rectangle);

OC的type Encodings

类型编码

OC不支持long double类型，@encode(long double)会返回d。

如果一个数组存储12个float数据，它的type encodings如下:

[12^f]

结构体：

typedef struct example {

     id  anObject;

     char *aString;

     int  anInt;

} Example;

它的type encoding如下：

{example=@*i}

它的指针的type encoding如下:

^{example=@*i}

或者（隐藏内部详情）:

^^{example}

object跟结构体相似，NSObject的type encodings为：

{NSObject=#}

下面是@encode()无法返回的类型，但runtime会使用它们去解释protocols中的方法：

@encode()无法返回的类型

公开属性

当编译器编译属性是将属性编译成metadata数据存储在class，category，或者protocol中。你可以通过方法查询这些属性，比如说这些属性的type encodings和这些属性的特征（特征用C语言字符串描述）。

属性类型和函数（API）

属性的结构体：

typedef struct objc_property *Property;

你可以使用函数class_copyPropertyList和函数protocol_copyPropertyList来获取存储属性的数组：

objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)

objc_property_t *protocol_copyPropertyList(Protocol *proto, unsigned int *outCount)

例如，获取下面class的描述：

@interface Lender : NSObject {

float alone;

}

@property float alone;

@end

你可以如下方法获取：

id LenderClass = objc_getClass("Lender");

unsigned int outCount;

objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(LenderClass, &outCount);

你可以通过property_getName函数获取属性的名称：

const char *property_getName(objc_property_t property)

你可以使用函数class_getProperty和protocol_getProperty函数来获取class和protocol中的属性：

objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)

objc_property_t protocol_getProperty(Protocol *proto, const char *name, BOOL isRequiredProperty, BOOL isInstanceProperty)

你可以使用property_getAttributes来获取property属性的type encodeings：

const char *property_getAttributes(objc_property_t property)

通过以下代码，你可以打印一个class中的所有属性：

id LenderClass = objc_getClass("Lender");

unsigned int outCount, i;

objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(LenderClass, &outCount);

for (i = 0; i < outCount; i++) {

objc_property_t property = properties[i];

fprintf(stdout, "%s %s\n", property_getName(property), property_getAttributes(property));

}

属性的type encodings

你可使用函数property_getAttributes来获取属性的type encodings

属性的type encodings的字符串由T开始，以逗号表示属性的一个特征，V结束。

属性的type encodings

属性的type encodings例子

给这些定义：

enum FooManChu { FOO, MAN, CHU };

struct YorkshireTeaStruct { int pot; char lady; };

typedef struct YorkshireTeaStruct YorkshireTeaStructType;

union MoneyUnion { float alone; double down; };

下面是这些属性的例子：