第八更 runtime总结

作者: RunningTeemo | 来源:发表于2018-05-03 10:54 被阅读0次

一、什么是runtime
C++编写的程序通过编译器直接把函数地址硬编码进入可执行文件；而Objective-C无法通过编译器直接把函数地址硬编码进入可执行文件，而是在程序运行的时候，利用Runtime根据条件判断作出决定。函数标识与函数过程的真正内容之间的关联可以动态修改。Runtime是Objective不可缺少的重要一部分。

二、Objective-C的元素认知

2.1打开/Public Headers/objc.h文件可以看到如下定义：

#if !OBJC_TYPES_DEFINED
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
#endif

Class是一个指向objc_class结构体的指针，而id是一个指向objc_object结构体的指针，其中的isa是一个指向objc_class结构体的指针。其中的id就是我们所说的对象，Class就是我们所说的类。

打开/Public Headers/runtime.h文件
objc_class的定义如下：

typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class { 
 Class isa                                 OBJC_ISA_AVAILABILITY; // metaclass
#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，可以通过runtime函数class_setVersion或者class_getVersion进行修改、读取
 long info                                 OBJC2_UNAVAILABLE; // 类信息，供运行时期使用的一些位标识，如CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class，其中包含实例方法和变量;CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass，其中包含类方法;
 long instance_size                        OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的实例变量大小（包括从父类继承下来的实例变量）
 struct objc_ivar_list *ivars              OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的成员变量地址列表
 struct objc_method_list **methodLists     OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法地址列表，与 info 的一些标志位有关，如CLS_CLASS (0x1L)，则存储实例方法，如CLS_META (0x2L)，则存储类方法;
 struct objc_cache *cache                  OBJC2_UNAVAILABLE; // 缓存最近使用的方法地址，用于提升效率；
 struct objc_protocol_list *protocols      OBJC2_UNAVAILABLE; // 存储该类声明遵守的协议的列表
#endif
}
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

由以上代码可见，类与对象的区别就是类比对象多了很多特征成员，类也可以当做一个objc_object来对待，也就是说类和对象都是对象，分别称作类对象（class object）和实例对象（instance object），这样我们就可以区别对象和类了。

isa：objc_object（实例对象）中isa指针指向的类结构称为class（也就是该对象所属的类）其中存放着普通成员变量与动态方法（“-”开头的方法）；此处isa指针指向的类结构称为metaclass，其中存放着static类型的成员变量与static类型的方法（“+”开头的方法）。

super_class：指向该类的父类的指针，如果该类是根类（如NSObject或NSProxy），那么super_class就为nil。

2.2 SEL
SEL是selector在Objective-C中的表示类型。selector可以理解为区别方法的ID。

typedef struct objc_selector *SEL;

objc_selector的定义如下：

struct objc_selector {
    char *name;                       OBJC2_UNAVAILABLE;// 名称
    char *types;                      OBJC2_UNAVAILABLE;// 类型
};

name和types都是char类型。

2.3 IMP

终于到IMP了，它在objc.h中得定义如下：

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

IMP是“implementation”的缩写，它是由编译器生成的一个函数指针。当你发起一个消息后（下文介绍），这个函数指针决定了最终执行哪段代码

2.4 METHOD

Method代表类中的某个方法的类型。

typedef struct objc_method *Method;

objc_method的定义如下：

struct objc_method {
    SEL method_name                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法名
    char *method_types                OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法类型
    IMP method_imp                    OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法实现
}

方法名method_name类型为SEL，上文提到过。
方法类型method_types是一个char指针，存储着方法的参数类型和返回值类型。
方法实现method_imp的类型为IMP，上文提到过。

2.5 Ivar

Ivar代表类中实例变量的类型

typedef struct objc_ivar *Ivar;

objc_ivar的定义如下：

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; // 占用空间
#endif
}

2.6 objc_property_t
objc_property_t是属性，它的定义如下：

typedef struct objc_property *objc_property_t;

objc_property是内置的类型，与之关联的还有一个objc_property_attribute_t，它是属性的attribute，也就是其实是对属性的详细描述，包括属性名称、属性编码类型、原子类型/非原子类型等。它的定义如下：

typedef struct {
    const char *name; // 名称
    const char *value;  // 值（通常是空的）
} objc_property_attribute_t;

2.7 Cache
Catch的定义如下：

typedef struct objc_cache *Cache

objc_cache的定义如下：

struct objc_cache {
    unsigned int mask                   OBJC2_UNAVAILABLE;
    unsigned int occupied               OBJC2_UNAVAILABLE;
    Method buckets[1]                   OBJC2_UNAVAILABLE;
};

mask: 指定分配cache buckets的总数。在方法查找中，Runtime使用这个字段确定数组的索引位置。
occupied: 实际占用cache buckets的总数。
buckets: 指定Method数据结构指针的数组。这个数组可能包含不超过mask+1个元素。需要注意的是，指针可能是NULL，表示这个缓存bucket没有被占用，另外被占用的bucket可能是不连续的。这个数组可能会随着时间而增长。
objc_msgSend（下文讲解）每调用一次方法后，就会把该方法缓存到cache列表中，下次的时候，就直接优先从cache列表中寻找，如果cache没有，才从methodLists中查找方法。

2.8 Catagory

这个就是我们平时所说的类别了，很熟悉吧。它可以动态的为已存在的类添加新的方法。
它的定义如下：

typedef struct objc_category *Category;

objc_category的定义如下：

struct objc_category {
    char *category_name                           OBJC2_UNAVAILABLE; // 类别名称
    char *class_name                              OBJC2_UNAVAILABLE; // 类名
    struct objc_method_list *instance_methods     OBJC2_UNAVAILABLE; // 实例方法列表
    struct objc_method_list *class_methods        OBJC2_UNAVAILABLE; // 类方法列表
    struct objc_protocol_list *protocols          OBJC2_UNAVAILABLE; // 协议列表
}

因为是入门，以上就列举这些吧！

三、Objective-C的消息传递

3.1 基本消息传递

在面向对象编程中，对象调用方法叫做发送消息。在编译时，程序的源代码就会从对象发送消息转换成Runtime的objc_msgSend函数调用。
例如某实例变量receiver实现某一个方法oneMethod

[receiver oneMethod];

Runtime会将其转成类似这样的代码

objc_msgSend(receiver, selector);

具体会转换成什么代码呢？
Runtime会根据类型自动转换成下列某一个函数：
objc_msgSend:普通的消息都会通过该函数发送
objc_msgSend_stret:消息中有数据结构作为返回值（不是简单值）时，通过此函数发送和接收返回值
objc_msgSendSuper:和objc_msgSend类似，这里把消息发送给父类的实例
objc_msgSendSuper_stret:和objc_msgSend_stret类似，这里把消息发送给父类的实例并接收返回值
当消息被发送到实例对象时，是如图所示处理的（图片源自网络）：

objective-runtime-2.png

objc_msgSend函数的调用过程：

第一步：检测这个selector是不是要忽略的。
第二步：检测这个target是不是nil对象。nil对象发送任何一个消息都会被忽略掉。
第三步：
1.调用实例方法时，它会首先在自身isa指针指向的类（class）methodLists中查找该方法，如果找不到则会通过class的super_class指针找到父类的类对象结构体，然后从methodLists中查找该方法，如果仍然找不到，则继续通过super_class向上一级父类结构体中查找，直至根class；
2.当我们调用某个某个类方法时，它会首先通过自己的isa指针找到metaclass，并从其中methodLists中查找该类方法，如果找不到则会通过metaclass的super_class指针找到父类的metaclass对象结构体，然后从methodLists中查找该方法，如果仍然找不到，则继续通过super_class向上一级父类结构体中查找，直至根metaclass；
第四部：前三部都找不到就会进入动态方法解析(看下文)。**

四、动态解析
动态解析流程图（图片来自网络）：

objective-runtime-6.png

第一步：通过resolveInstanceMethod：或者resolveClassMethod方法决定是否动态添加方法。如果返回Yes则通过class_addMethod动态添加方法，消息得到处理，结束；如果返回No，则进入下一步；
第二步：这步会进入forwardingTargetForSelector:方法，用于指定备选对象响应这个selector，不能指定为self。如果返回某个对象则会调用对象的方法，结束。如果返回nil，则进入第三部；
第三部：这步我们要通过methodSignatureForSelector:方法签名，如果返回nil，则消息无法处理。如果返回methodSignature，则进入下一步；
第四部：这步调用forwardInvocation：方法，我们可以通过anInvocation对象做很多处理，比如修改实现方法，修改响应对象等，如果方法调用成功，则结束。如果失败，则进入doesNotRecognizeSelector方法，若我们没有实现这个方法，那么就会crash。

demo传送门：https://www.ianisme.com/ios/2019.html

五、runtime项目应用

5.1、实例变量遍例

遍例类的所有实例变量，实现自动归档-反归档
Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count);

//    KVC中setValue中使用
//    我们知道在KVC中如果直接setValue如果对象没有这个属性或者是变量就会直接Crash，如：
    SomeObj *obj = [[SomeObj alloc]init];
    [obj setValue:@"value" forKey:@"objName"];
//    SomeObj 没有objName这个属性
  //    这段代码会直接Crash，使用runtime遍例实例变量避免

5.2、动态关联对象

使用Runtime来在一个已有对象上动态的挂载另一个对象
如：如果你在对象传递（传参）的时候需要用到某个属性，按照以往的思路：我继承这个类重新创建一个新类就完事了，这个思路没有问题，但麻烦，要是有一个方法能直接将我想要的属性挂载上去岂不是更好？代码简单、易懂。
实际开发中，一个UIViewController中多个UITableView（或UIAlertView）它们的代理相同，动态关联后在代理方法中就可以分别不同对象进行不同处理。
下面就来讲解下如何使用Runtime来在已有对象上动态挂载另外一个对象。

5.3、动态关联函数/方法
动态关联方法，在运时期动态增加、交换方法。
替换系统方法，自动实现功能。
遍例系统类的方法，查看新特性。

demo实例：https://www.jianshu.com/p/902749ed3e4c

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