Runtime的数据结构主要包括objc_object、objc_class、isa 指针、method_t对象。下面我们一起学习一下吧。
一、objc_object
我们实际中使用的都是id类型的对象，id 类型的对象在runtime 中对应的就是objc_object结构体,它主要包括一下几个成员变量：
（1）isa_t (共用体)
（2）关于isa的相关操作通过objc_object结构体获取它的isa类对象，以及通过类对象的isa获取元类对象的实例以及方法。
（3）弱引用相关的方法（标记一个对象是否曾经有过弱引用指针）
（4）关于关联对象相关的方法。（为对象设置了关联属性，而这些关联属性的方法也体现在objc_object结构体中）
（5）内存管理方法的实现（retain\release@autoReleasePool）
如下图所示：
objc_object结构示意图
二、objc_class
我们在OC语言中所使用到的Class对应于runtime中objc_class结构体。objc_class继承与objc_object. objc_class包含的成员变量是：
（1）Class superclass指针，它指向对象也是Class类型，如果说是类对象那么它指向元类对象。如果是实例对象它指向父类对象。
（2）cache_t cache 它表达了方法缓存的结构。
（3）class_data_bits bits(类的变量、属性、方法)
如图所示：
objc_class结构示意图
三、isa指针
- isa 指针的含义？
在C++中是一个共用体，被定义成了isa_t.它实际是32或64位0或者1的数字。它分为指针型的isa（整体内容代表Class的地址）以及非指针型的isa（部分内容代表Class的地址，为了节约内存开销）。 - isa 指针的指向
- 对于对象，其指向类对象。
OC中实例对象是id 类型，在runtime中就是objc_object类型其含有一个isa,该isa会指向父类对象。 - 对于类对象，其指向元类对象.
Class-----isa----->MetaClass
因为Class是类对象，因为它继承于objc_object。也拥有一个isa,而它的isa指针是指向元类对象的。
isa指针指向
3.方法的调用过程
- 如果调用的是实例方法时，实际上是实例的isa指针到它的类对象的方法中查找，
- 如果调用的是类方法，类对象的isa 指针会到它的元类对象的方法中进行查找.
四、cache_t cache
- cache 指针的含义？
- 用于快速查找方法执行函数。 （也就是说，当调用方法时，如果缓存中有，那么就不会到它的方法列表中查找。）
- 是可增量扩展的哈希表结构。（可增量扩展体现在：当我们的结构，存储量增大时，他也会扩大自己的内存空间，来存储。使用哈希表存储，主要是提高查找效率。）
- 局部性原理的最佳应用。（局部性原理，在我们使用时，也许就那么几个方法，如果将其存储下来，下次的在调用的时候命中率更高一些，从而提高程序的运行速度。）
- cache_t 的数据机构
可以看作是一个包含若干个bucket_t 结构体的数组。bucket_t 主要包含两个成员变量：key与IMP(key对应OC 中的selector,IMP是对应的函数指针，或者是函数体). 如果有一个Key,可以通过哈希算法，定位到相应的bucket_t,然后从bucket_t中提取到IMP的具体函数实现，从而完成方法的调用。
五、class_data_bits bits(类的变量、属性、方法)
- class_data_bits_t主要是对class_rw_t的封装。
- class_rw_t 代表了类相关的读写信息、对class_ro_t的封装。
- class_ro_t 代表了类相关的只读信息
- class_rw_t 主要包含有class_ro_t\protocols\properties\methods.
而protocols\properties\methods时间是一个继承于list_array_tt 的二维数组。methods数组中的元素是一个方法列表，子数组中的元素都是方法列表中的method_t 数据结构。如图所示：
class_rw_t结构图
- class_ro_t 数据结构
包括：name/ivars/protocols/properties/methodList.
而ivars/protocols/properties/methodList 是一维数组。methodList的元素：method_t.
六、method_t方法列表
首先，我们一起回顾一下有关函数的知识。
函数的四要素：函数声明名、参数、返回值、函数体。
method_t 是函数结构体，是对函数四要素的封装。
method_t 中的成员有：SEL name、const char * types、无类型的IMP imp.
他们分别对应函数四要素是：函数名、参数与返回值、函数体。
如下图所示：
方法结构体.png
struct method_t 返回值和参数如何表示的？涉及到了Type Encodings技术，使用到了const char * types的字符指针，该指针的数据结构，是这样的，
首位并且仅有一位，是返回值，接着是objc_messageSned的两个固定参数，最后是，我们自定的参数。比如说：
-(void)aMessage;
它的const char * types 就可以表示为：v@: 其中 v 代表 返回值为void类型、@ 代表 id 类型 、 : 代表选择器SEL.
我们所调用的方法或者消息传递到达runtime时，都会转化成objc_messageSend:这样的函数调用。而@和： 就是这个函数的两个固定的参数，并且第一个参数必须是id类型的对象（消息的接收者）。
(4)整体的数据结构如何组合在一起的？？
如下图所示：
Runtime的数据结构.png
七、对象、类对象、元类对象
- 类对象是存储实例方法列表信息
- 元类对象是存储类的类方法列表信息
消息传递流程.png
- 消息传递流程：
使用---> 表示 isa ,使用 ====> 表示superclass
根类的类对象对应于OC 中NSObject，它的父类是nil,也就是没有父类。它的子类为superclass以及子类的子类subclass.首先我们有一个实例变量（instance of Subclass）----> Subclass类----> Meta of Subclass
三者之间的关系：实例对象可以通过isa指针找到自己的类对象，而父类的类对象又可以通过isa 指针找到自己的元类对象。
对于任何一个元类对象的isa 指针，都指向根元类对象，包括根元类对象的isa 指针也指向它本身
对于它的superclass 指针指向传递，如下所述：
类对像之间的指向：
Subclass(class) ===> Superclass(class) ===>Rootclass(class) ===> nil
元类对象之间的指向：
Subclass(meta) ===> Superclass(meta) ===>Rootclass(meta) ===>Rootclass(class) ===> nil
注意：根元类对象的superclass指针指向根类对象，最后指向nil 。也就是说，当我们调用类方法的时候，我们会沿着上面的路径查找，最终会到根元类对象的类方法列表中查找，如果查找不到，这时再去根类对象的实例方法列表中查找同名的实例方法，仍然没有查到的话，就直接返回nil抛出异常(常见的：unrecognized selector sent to class 0x10cc4ace0')
消息传递流程的具体描述
-
调用实例方法
当我们调用实例方法时，首先实例对象会根据自己的isa指针，找到对应的类对象，在该类对象的实例方法列表中遍历查找同名的方法实现，如果没有查到，类对象再根据自己的superclass指针找到其父类对象,再在父类对象的实例方法列表，遍历查找同名的方法实现，还是没有找到的话，父类对象再根据superclass指针找到其根类对象，在进行查找。如果还没有找到，就进行消息转发流程。 -
调用类方法
首先，类对象会根据isa指针找到其元类对象，在元类对象的类方法列表中遍历查找同名方法，如果没有查到，就会根据其superclass 指针，到父元类，在到根源类-->根类-->最后到nil.
我们来看一下这样一个面试题
面试问题
输出结果是什么？ 全部都是Phone .
具体分析：
- [self class] 消息的接收者：当前类对象
- [super class] 消息的接收者：当前对象？？
两者的消息的接收对象都是当前对象，只是super class 是从当前对象的父类对象的方法列表中，查找，最终都会到NSObject中查到class方法的实现。
消息传递在编译过后都会转化成相应的方法调用：
void objc_msgSend(void/id self ,SEL op,.../);
[self class] ----> objc_msgSend(self,@selector(class));
void objc_msgSendSuper(void/struct objc_super * super ,SEL op,.../);super是编译器关键字，编译器编译后，会将super解析成objc_super结构体指针，该结构体的成员变量就是receiver，receiver就是当前对象。
struct objc_super{ _unsafe_unretained id receiver;}
[super class] ----> objc_msgSendSuper(self,@selector(class));
消息传递的流程图：
消息传递的流程图
描述：我们调用方法的流程
首先，会从方法缓存cache_t中查找，如果查找到，就调用，就完成了一次消息传递。如果在缓存中没有查找到，就会到当前类的方法列表中的查找，如果还是没有找到就到其父类（逐级父类）查找，直到根类对象,如果还没有查到，就进行消息转发。
- 缓存查找流程（哈希查找）
例如：给定的SEL ,查找对应bucket_t 的 IMP(方法实现).
详细说：就是根据给定的SEL，通过缓存策略或者函数，查找到对应的映射出bucket_t在数组中的位置, 然后，提取出对应的IMP方法实现。通过给定的值，经过哈希算法的 f(key) = key & mask,
这个f(key) 就是bucket_t 在数组中的索引位置。
哈希查找流程.png
- 当前类中的查找
- 对于已经排序好的列表，采用二分法查找算法查找方法对应的执行函数
- 对于没有排好序的列表，采用一般遍历查找方法对应执行函数。
-
父类逐级查找
如图所示：
父类逐级查找
首先根据当前类的superclass 指针，找到对应的父类，然后在父类的缓存列表中查找如果查找到了，就结束本次的父类逐级查找，如果没有找到就去遍历父类的方法列表。如果查找到了，就返回给调用方，如果没有查找到，就到父类的父类，直到到NSObject中，如果还未找到就返回nil.
八、消息转发流程（实例方法）
对于实例方法的转发：首先系统会回调resolveInstanceMethod:---参数：SEL 返回值：BOOL,要不要解决当前方法的实现。类方法----->返回是YES，当前消息已经处理，如果为NO,系统会给我我们第二次处理这条消息，会调用(id)forwardingTargetForSelector:告诉系统这个消息由谁处理，转发对象是谁。如果我们给定了一个转发目标的话，系统将这条消息返回给我们指定的转发对象，同时结束当前的消息转发。如果没有给出转发目标（返回nil），系统会再次给我们处理这条消息的机会，调用methodSignatureForSelector: 返回值是对象，它对返回值类型以及参数个数的封装，此时如果我们返回了方法签名，系统会调用forwardInvocation:如果能处理这条消息，则转发流程结束。如果methodSignatureForSelector返回nil或者forwardInvocation，被标记为消息无法处理。
实例方法消息转发流程
类方法消息转发流程.png
具体流程印证，可参照RuntimeObject
九、 Method Swizzling 方法混淆
具体使用方法，可参照RuntimeObject
十、动态添加方法
十一、动态方法解析
- @dynamic
它所修饰的属性的setter、getter方法是在运行时添加的。
- 动态运行时语言将函数决议推迟到了运行时。
就是说在运行时，我们调用属性的setter、getter方法的时候再回创建setter、getter方法。 - 编译时语音在编译期进行函数决议。
就是说，在编译的时候，就确定了一个函数名的对应的实现体，我们时不能进行修改的。
十二、Runtime实战
面试题总结
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