iOS知识加固（一）-Runtime篇

我只是知识的搬运工，为了应对面试和巩固知识体系，简化和整理了有关runtime的知识点，以求能快速理解和记忆。

（一）Runtime概念

1. Runtime是用C、C++、汇编写的一套框架
2. Objective-C语言是以Runtime为核心对C的扩展
3. Runtime使得Objective-C拥有面向对象和动态的特性
4. Runtime的核心就是消息机制（Messaging）

Runtime形成的动态特性：

1. 数据类型推迟到运行时确定
2. 方法推迟到运行时进行选择和变更

以我个人的理解，程序是到运行时将我们所写的OC语言转换成C语言，进而转换成计算机识别的汇编语言，而由OC向C转换时，Runtime库根据我们的代码联系上下文形成明确的指令。

消息机制秉承万物皆对象的思想，将类、实例对象、方法等当做一个消息指令：哪个对象，执行了哪个方法，附带了哪些参数，主谓宾集齐便凑成一句完整的话传递给计算机。

1.1 消息传递

OC中类、对象以及方法本质都是结构体，这个结构体就是一个信息集合的单位，OC底层实现中涉及以下几个概念：

• 类对象(objc_class)
• 实例(objc_object)
• 元类(Meta Class)
• Method(objc_method)
• SEL(objc_selector)
• IMP
• 类缓存(objc_cache)
• Category(objc_category)

1.1.1 isa指针

所有的实例对象其实都是同样的结构体(objc_object)，id也是这个结构体类型，故能指向所有对象，而这个objc_object结构体内只有一个指针isa，指向这个对象的类对象（objc_class），类对象的结构体里包含属性列表（ivars）、方法列表（methodLists）等，类对象的isa指针指向类对象的类，称之为元类（metaclass），另外类对象在编译期间产生了实例对象，是单例，所以isa表达了类和实例的逻辑关系（参见下图，详细底层代码请阅读结尾博文）

• 对象（instance）的isa指向类（class object）
• 类（class object）的isa指向元类（metaclass）
• 元类（metaclass）的isa指向根元类（root metaclass）

isa指针指向

1.1.2 method

Method是方法的结构体，其中包含SEL、IMP和方法类型属性，个人理解SEL是方法索引，IMP是方法的具体实现。

1.1.3 类缓存(objc_cache)和Category(objc_category)

一个class 往往只有 20% 的函数会被经常调用，可能占总调用次数的 80% 。每个消息都需要遍历一次objc_method_list 并不合理。如果把经常被调用的函数缓存下来，那可以大大提高函数查询的效率。这也就是objc_class 中另一个重要成员objc_cache做的事情。
Category是表示一个指向分类的结构体的指针，其结构体内包含实例方法集合（instanceMethods）、类方法集合（classMethods）、协议集合（protocols）、属性集合（instanceProperties）、要拓展的类（cls）和类名称。

1.2 消息转发

消息传递过程中如果没有找到方法，系统给出挽回的三次机会。

1.2.1 动态方法解析

首先，Objective-C运行时会调用+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel或者+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel，让你有机会提供一个函数实现。如果你添加了函数并返回YES， 那运行时系统就会重新启动一次消息发送的过程。询问是否有动态添加方法来进行处理。

1.2.2 备用接收者

如果目标对象实现了-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector，Runtime 这时就会调用这个方法，给你把这个消息转发给其他对象的机会。

1.2.3 完整消息转发(消息重定向)

如果在上一步还不能处理未知消息，则唯一能做的就是启用完整的消息转发机制了。
首先它会发送-methodSignatureForSelector:消息获得函数的参数和返回值类型。如果-methodSignatureForSelector:返回nil ，Runtime则会发出-doesNotRecognizeSelector:消息，程序这时也就挂掉了。如果返回了一个函数签名，Runtime就会创建一个NSInvocation对象并发送-forwardInvocation:消息给目标对象。

（二）API

• objc_msgSend(对象, @selector(方法),参数)
• objc_getClass("类名", sel)：返回当前类，当你找的类不存在，返回nil;
• objc_lookUpClass("类名", sel)：返回当前类，当你找的类不存在，返回nil;
• objc_getRequiredClass("类名", sel)：返回当前类，当你要找的类不存在的话会闪退，慎用。
• object_getClass("类名", sel)：通过对象返回当前类
• class_addMethod([Person class], sel, (IMP)eat, "v@:@")：1.类类型；2.方法编号；3.方法实现，函数指针；4.返回值类型(c语言字符串)，看文档
• Ivar *ivars = class_copyIvarList([Person class], &count)
• const char *name = ivar_getName(ivar)
• free(ivars)
• method_exchangeImplementations(Method, Method)

（三）应用

• 关联对象(Objective-C Associated Objects)给分类增加属性（objc_setAssociatedObject）
• 方法魔法(Method Swizzling)方法添加和替换和KVO实现
• 消息转发(热更新)解决Bug(JSPatch)
• 实现NSCoding的自动归档和自动解档
• 实现字典和模型的自动转换(MJExtension)

练习

1. isa指针指向问题

    BOOL res1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
    BOOL res2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
    BOOL res3 = [(id)[Person class] isKindOfClass:[NSObject class]];
    BOOL res4 = [(id)[Person class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
    BOOL res5 = [(id)[Person class] isKindOfClass:[Person class]];
    BOOL res6 = [(id)[Person class] isMemberOfClass:[Person class]];
    NSLog(@"\n%d\n%d\n%d\n%d\n%d\n%d",res1,res2,res3,res4,res5,res6);

2. 利用Runtime，在程序运行的过程中，动态创建一个类；
3. 利用Runtime，在程序运行的过程中，动态创建一个类的属性/方法；
4. 遍历一个类的所有成员变量；

声明：参考以下博文，经过自己修改加工，为记录学习使用
iOS Runtime详解
iOS Runtime《一》 类Class 相关
你真的明白isKindOfClass 和 isMemberOfClass 的区别么？
深入理解iOS开发中的isa指针
iOS消息机制相关
iOS Runtime《一》 类Class 相关
解读objc_msgSend