runtime
Objective-C是基于 C 的，它为 C 添加了面向对象的特性。它将很多静态语言在编译和链接时期做的事放到了 runtime 运行时来处理
对于 C 语言，函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数。
OC的函数调用叫做消息发送，是动态调用的。在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数，只有在真正运行的时候才会根据函数的名称找到对应的函数实现来调用。
从 NSObject 的初始化了解 isa
Objective-C 对象都是 C 语言结构体，所有的对象都包含一个类型为 isa 的指针
当 ObjC 为为一个对象分配内存，初始化实例变量后，在这些对象的实例变量的结构体中的第一个就是 isa。
在class_data_bits_t 结构体中，只含有一个 64 位的 bits 用于存储与类有关的信息：
class_data_bits_t bits;
将 bits 与 FAST_DATA_MASK 进行位运算，只取其中的 [3, 47] 位转换成 class_rw_t * 返回。
ObjC 类中的属性、方法还有遵循的协议等信息都保存在 class_rw_t 中：
struct class_rw_t {
uint32_t flags;
uint32_t version;
const class_ro_t *ro;
method_array_t methods;
property_array_t properties;
protocol_array_t protocols;
Class firstSubclass;
Class nextSiblingClass;
};
其中含有一个指向常量的指针 ro，其中存储了当前类在编译期就已经确定的属性、方法以及遵循的协议。
在编译期间类的结构中的 class_data_bits_t *data 指向的是一个 class_ro_t * 指针：
然后在加载 ObjC 运行时的时候调用 realizeClass 方法：
- 从 class_data_bits_t 调用 data 方法，将结果从 class_rw_t 强制转换为 class_ro_t 指针
- 初始化一个 class_rw_t 结构体
- 设置结构体 ro 的值以及 flag
- 最后设置正确的 data。
const class_ro_t *ro = (const class_ro_t *)cls->data();
class_rw_t *rw = (class_rw_t *)calloc(sizeof(class_rw_t), 1);
rw->ro = ro;
rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING;
cls->setData(rw);
但是，在这段代码运行之后 class_rw_t 中的方法，属性以及协议列表均为空。这时需要 realizeClass 调用 methodizeClass 方法来将类自己实现的方法（包括分类）、属性和遵循的协议加载到 methods、 properties 和 protocols 列表中。
当实例方法被调用时，它要通过自己持有的 isa 来查找对应的类，然后在这里的 class_data_bits_t 结构体中查找对应方法的实现。同时，每一个 objc_class 也有一个指向自己的父类的指针 super_class 用来查找继承的方法。
消息的调用过程
runtime进行曲，objc_msgSend的前世今生（二）
伪代码
// 首先看一下objc_msgSend的方法实现的伪代码
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...) {
if (!self) return nil;
// 关键代码（a）
IMP imp = class_getMethodImplementation(self->isa, SEL op);
imp(self, op, ...); // 调用这个函数，伪代码...
}
// 查找IMP
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel) {
if (!cls || !sel) return nil;
IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel);
if (!imp) {
... // 执行动态绑定
}
IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel);
if (!imp) return _objc_msgForward; // 这个是用于消息转发的
return imp;
}
// 遍历继承链，查找IMP
IMP lookUpImpOrNil(Class cls, SEL sel) {
if (!cls->initialize()) {
_class_initialize(cls);
}
Class curClass = cls;
IMP imp = nil;
do { // 先查缓存,缓存没有时重建,仍旧没有则向父类查询
if (!curClass) break;
if (!curClass->cache) fill_cache(cls, curClass);
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (imp) break;
} while (curClass = curClass->superclass); // 关键代码（b）
return imp;
}
objc_msgSend为什么使用汇编语言
Objective-C 消息发送与转发机制原理
其实在 objc-msg-x86_64.s 中包含了多个版本的 objc_msgSend 方法，它们是根据返回值的类型和调用者的类型分别处理的：
- objc_msgSendSuper:向父类发消息，返回值类型为 id
- objc_msgSend_fpret:返回值类型为 floating-point，其中包含 objc_msgSend_fp2ret 入口处理返回值类型为 long double 的情况
- objc_msgSend_stret:返回值为结构体
- objc_msgSendSuper_stret:向父类发消息，返回值类型为结构体
当需要发送消息时，编译器会生成中间代码，根据情况分别调用 objc_msgSend, objc_msgSend_stret, objc_msgSendSuper, 或 objc_msgSendSuper_stret 其中之一。
这也是为什么 objc_msgSend 要用汇编语言而不是 OC、C 或 C++ 语言来实现，因为单独一个方法定义满足不了多种类型返回值，有的方法返回 id，有的返回 int。考虑到不同类型参数返回值排列组合映射不同方法签名（method signature）的问题，那 switch 语句得老长了。。。这些原因可以总结为 Calling Convention，也就是说函数调用者与被调用者必须约定好参数与返回值在不同架构处理器上的存取规则，比如参数是以何种顺序存储在栈上，或是存储在哪些寄存器上。除此之外还有其他原因，比如其可变参数用汇编处理起来最方便，因为找到 IMP 地址后参数都在栈上。要是用 C++ 传递可变参数那就悲剧了，prologue 机制会弄乱地址（比如 i386 上为了存储 ebp 向后移位 4byte），最后还要用 epilogue 打扫战场。而且汇编程序执行效率高，在 Objective-C Runtime 中调用频率较高的函数好多都用汇编写的。
类方法的实现又是如何查找并且调用的呢？
需要引入元类来保证无论是类还是对象都能通过相同的机制查找方法的实现。
让每一个类的 isa 指向对应的元类，这样就达到了使类方法和实例方法的调用机制相同的目的：
- 实例方法调用时，通过对象的 isa 在类中获取方法的实现
- 类方法调用时，通过类的 isa 在元类中获取方法的实现
方法决议
从源代码看 ObjC 中消息的发送
选择子在当前类和父类中都没有找到实现，就进入了方法决议（method resolve）的过程：
if (resolver && !triedResolver) {
_class_resolveMethod(cls, sel, inst);
triedResolver = YES;
goto retry;
}
这部分代码调用 _class_resolveMethod 来解析没有找到实现的方法。
void _class_resolveMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
{
if (! cls->isMetaClass()) {
_class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
}
else {
_class_resolveClassMethod(cls, sel, inst);
if (!lookUpImpOrNil(cls, sel, inst,
NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/))
{
_class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
}
}
}
消息转发forwarding
在缓存、当前类、父类以及 resolveInstanceMethod: 都没有解决实现查找的问题时，Objective-C 还为我们提供了最后一次翻身的机会，进行方法转发：
Objective-C 消息发送与转发机制原理
消息转发路径的逻辑，概括如下：
1、先调用 forwardingTargetForSelector 方法获取新的 target 作为 receiver 重新执行 selector，如果返回的内容不合法（为 nil 或者跟旧 receiver 一样），那就进入第二步。
2、调用 methodSignatureForSelector 获取方法签名后，判断返回类型信息是否正确，再调用 forwardInvocation 执行 NSInvocation 对象，并将结果返回。如果对象没实现 methodSignatureForSelector 方法，进入第三步。
3、调用 doesNotRecognizeSelector 方法。
消息发送与转发路径流程图.png
RunTime应用实例
自动模型解析
关键代码
NSObject+MJProperty.m
.............
/**遍历这个类的父类*/
[self enumerateClassesWithBlock:^(__unsafe_unretained Class c, BOOL *stop) {
// 1.获得所有的成员变量
unsigned int outCount = 0;
/**
class_copyIvarList 成员变量，提示有很多第三方框架会使用 Ivar，能够获得更多的信息
但是：在 swift 中，由于语法结构的变化，使用 Ivar 非常不稳定，经常会崩溃！
class_copyPropertyList 属性
class_copyMethodList 方法
class_copyProtocolList 协议
*/
objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(c, &outCount);
// 2.遍历每一个成员变量
for (unsigned int i = 0; i<outCount; i++) {
MJProperty *property = [MJProperty cachedPropertyWithProperty:properties[i]];
property.srcClass = c;
[property setKey:[self propertyKey:property.name] forClass:self];
[property setObjectClassInArray:[self propertyObjectClassInArray:property.name] forClass:self];
[cachedProperties addObject:property];
}
// 3.释放内存
free(properties);
}];
.............
JSONModel.m
.............
unsigned int propertyCount;
objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(class, &propertyCount);
//loop over the class properties
for (unsigned int i = 0; i < propertyCount; i++) {
JSONModelClassProperty* p = [[JSONModelClassProperty alloc] init];
//get property name
objc_property_t property = properties[i];
const char *propertyName = property_getName(property);
p.name = @(propertyName);
//JMLog(@"property: %@", p.name);
//get property attributes
const char *attrs = property_getAttributes(property);
NSString* propertyAttributes = @(attrs);
NSArray* attributeItems = [propertyAttributes componentsSeparatedByString:@","];
.............
方法交换
#import <objc/runtime.h>
@implementation UIViewController (Tracking)
+ (void)load {
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
Class class = [self class];
SEL originalSelector = @selector(viewWillAppear:);
SEL swizzledSelector = @selector(xxx_viewWillAppear:);
Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);
// When swizzling a class method, use the following:
// Class class = object_getClass((id)self);
// ...
// Method originalMethod = class_getClassMethod(class, originalSelector);
// Method swizzledMethod = class_getClassMethod(class, swizzledSelector);
BOOL didAddMethod =
class_addMethod(class,
originalSelector,
method_getImplementation(swizzledMethod),
method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
if (didAddMethod) {
class_replaceMethod(class,
swizzledSelector,
method_getImplementation(originalMethod),
method_getTypeEncoding(originalMethod));
} else {
method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
}
});
}
#pragma mark - Method Swizzling
- (void)xxx_viewWillAppear:(BOOL)animated {
[self xxx_viewWillAppear:animated];
NSLog(@"viewWillAppear: %@", self);
}
@end
为什么在load方法中添加
你真的了解 load 方法么？
load 作为 Objective-C 中的一个方法，与其它方法有很大的不同。它只是一个在整个文件被加载到运行时，在 main 函数调用之前被 ObjC 运行时调用的钩子方法。
+load 方法会在main 函数运行前调用，每个类、分类的load 方法都会被调用。被调用时，所有的 framework 都已经加载到了运行时中（但有的类可能还未加载）。在一个类的 load 方法中调用其他类的方法，如果被调用的类还未load，并不会触发被调用的类的load 方法。
深入理解Objective-C：Category
附加category到类的工作会先于+load方法的执行
+load的执行顺序是先类，后category，而category的+load执行顺序是根据编译顺序决定的。
为Category添加属性
深入理解Objective-C：Category
我们知道在category里面是无法为category添加实例变量的。但是我们很多时候需要在category中添加和对象关联的值，这个时候可以求助关联对象来实现。
MyClass+Category1.h:
#import "MyClass.h"
@interface MyClass (Category1)
@property(nonatomic,copy) NSString *name;
@end
MyClass+Category1.m:
#import "MyClass+Category1.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation MyClass (Category1)
+ (void)load
{
NSLog(@"%@",@"load in Category1");
}
- (void)setName:(NSString *)name
{
objc_setAssociatedObject(self,
"name",
name,
OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}
- (NSString*)name
{
NSString *nameObject = objc_getAssociatedObject(self, "name");
return nameObject;
}
@end
关联对象 AssociatedObject 完全解析
关联对象又是如何实现并且管理的呢：
- 关联对象其实就是 ObjcAssociation 对象
- 关联对象由 AssociationsManager 管理并在 AssociationsHashMap 存储
- 对象的指针以及其对应 ObjectAssociationMap 以键值对的形式存储在 AssociationsHashMap 中
- ObjectAssociationMap 则是用于存储关联对象的数据结构
- 每一个对象都有一个标记位 has_assoc 指示对象是否含有关联对象
利用消息转发实现热修复
JSPatch 实现原理详解
当调用一个 NSObject 对象不存在的方法时，并不会马上抛出异常，而是会经过多层转发，层层调用对象的 -resolveInstanceMethod:, -forwardingTargetForSelector:, -methodSignatureForSelector:, -forwardInvocation: 等方法，其中最后 -forwardInvocation: 是会有一个 NSInvocation 对象，这个 NSInvocation 对象保存了这个方法调用的所有信息，包括 Selector 名，参数和返回值类型，最重要的是有所有参数值，可以从这个 NSInvocation 对象里拿到调用的所有参数值。我们可以想办法让每个需要被 JS 替换的方法调用最后都调到 -forwardInvocation:，就可以解决无法拿到参数值的问题了。
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