以前只是粗略的知道runtime的大致几种用法, 没有系统的学习并操作过, 最近更新简书, 好多14年的疑问与CTO的指导都豁然开朗.
** 面向对象的基本概念: 每个对象都会有一个它所属的类。这对所有数据结构有效。任何数据结构，只要在恰当的位置具有一个指针指向一个class，那么，它都可以被认为是一个对象。**
以下代码演示运行时创建一个NSError的子类，同时添加一个实例方法给它：
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
//运行时创建NSError的子类, 使用objc_allocateClassPair开辟空间
Class newClass = objc_allocateClassPair([NSError class], "RuntimeErrorSubclass", 0);
/* 动态添加方法：
第一个参数表示Class cls 类型；
第二个参数表示待调用的方法名称；
第三个参数(IMP)myAddingFunction，IMP一个函数指针，这里表示指定具体实现方法ReportFunction；
第四个参数表方法的参数，0代表没有参数；
*/
class_addMethod(newClass, @selector(report), (IMP)ReportFunction, "v@:");
//使用objc_registerClassPair注册你创建的这个类
objc_registerClassPair(newClass);
//初始化刚创建的newClass的实例对象
id instanceOfNewClass = [[newClass alloc]initWithDomain:@"some Domain" code:0 userInfo:nil];
//利用实例方法调用刚才添加的方法
[instanceOfNewClass performSelector:@selector(report)];
}
//具体的实现（方法的内部都默认包含两个参数Class类和SEL方法，被称为隐式参数。）
void ReportFunction(id self, SEL _cmd)
{
NSLog(@"This object is %p.",self);
NSLog(@"Class is %@, and super is %@.",[self class],[self superclass]);
Class currentClass = [self class];
for( int i = 1; i < 5; ++i )
{
NSLog(@"Following the isa pointer %d times gives %p",i,currentClass);
currentClass = object_getClass(currentClass);
}
NSLog(@"NSObject's class is %p", [NSObject class]);
NSLog(@"NSObject's meta class is %p",object_getClass([NSObject class]));
}
在OC中，一个
对象所属于哪个类，是由它的isa指针指向的。这个isa指针指向这个对象所属的class。
实际上，OC中对象的定义是如下的样子：
typedef struct objc_object {
Class isa;
}*id;
定义表明：任何以一个指向Class的指针作为首个成员的数据结构都可以被认为是一个objc_object.
由此的特性为: 你可以向OC中的任何对象发送消息
第一个概念: meta-class
1.OC的类其实也是一个对象，意思就是你可以向一个类发送消息。一个类不管包含哪种方法，他们都是以一个isa作为第一个字段，接着是superclass字段。如下
typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class{
Class isa;
Class super_class;
/*followed by runtime specific details...*/
};
为了可以调用类方法，这个类的isa指针必须指向一个包含这些类方法的类结构体。
这样就引出了meta-class的概念：meta-class是一个类对象的类。
1.当你向一个**对象**发送消息时，runtime会在这个对象所属的那个类的方法列表中查找。
2.当你向一个**类**发送消息时，runtime会在这个类的meta-class的方法列表中查找。
meta-class之所以重要，是因为它存储着一个类的所有类方法。每个类都会有一个单独的meta-class，因为每个类的类方法基本不可能完全相同。
meta-class类的
任何NSObject继承体系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作为自己所属的类。所有的meta-class使用基类的meta-class作为它们的父类，而基类的meta-class也是属于它自己，也就是说基类的meta-class的isa指针指向它自己。
Greg Parker给出了一份精彩的图谱来展示这些关系：
Paste_Image.png
结论:
1. 每个类都有单独的meta-class;
2. 类似于所有的类都继承自基类NSObject, 每个类的meta-class同样继承自基类meta-class;
3. 类与meta-class是一一对应的关系.
第二个概念: 类与对象在runtime中的数据结构
1. objc/runtime.h中objc_class结构体的定义如下：
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#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
long info OBJC2_UNAVAILABLE; // 类信息，供运行期使用的一些位标识
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的实例变量大小
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的成员变量链表
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法定义的链表
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法缓存, 用于缓存最近使用的方法。
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE; // 协议链表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
说了两个概念, 似乎依然不所云, 下面就举例子来解释你日常写的代码背后到底经过了哪些步骤.
实例:
NSArray *array = [[NSArray alloc] init];
流程为:
1. [NSArray alloc]先被执行。因为NSArray没有+alloc方法，于是去父类NSObject对应的meta-class中去查找;
2. 父类NSObject响应后开始分配内存,然后将isa指针指向NSArray类, 同时将alloc方法加进cache列表里面<等于运行时添加方法>;
3. 然后执行-init方法, 如果相应直接添加到NSArray对应的meta-class中, 否则去父类查找;
4. 后期操作将直接从NSArray中的cache中调用.
第三步骤: 认识Runtime中类与对象的操作函数
runtime提供了大量的函数来操作类和对象, 类的操作方法大部分是以class为前缀的，而对象的操作方法大部分是以objc或object_为前缀。
3.1.操作类的函数
类相关的判断
//引入头文件
#import <objc/runtime.h>
// 获取类的类名
const char * class_getName ( Class cls );
// 获取类的父类
Class class_getSuperclass ( Class cls );
// 判断给定的Class是否是一个元类
BOOL class_isMetaClass ( Class cls );
// 获取实例变量的大小
size_t class_getInstanceSize ( Class cls );
成员变量祥相关
// 获取类中指定名称实例成员变量的信息
Ivar class_getInstanceVariable ( Class cls, const char *name );
// 获取类成员变量的信息<不包含父类的成员变量和属性>
Ivar class_getClassVariable ( Class cls, const char *name );
// 添加成员变量<这个方法只能在objc_allocateClassPair函数与objc_registerClassPair之间调用>
BOOL class_addIvar ( Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types );
// 获取整个成员变量列表<使用后必须使用free()来释放这个数组。>
Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount );
属性相关
// 获取指定的属性
objc_property_t class_getProperty ( Class cls, const char *name );
// 获取属性列表
objc_property_t * class_copyPropertyList ( Class cls, unsigned int *outCount );
// 为类添加属性
BOOL class_addProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );
// 替换类的属性
void class_replaceProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );
方法相关
// 添加方法
BOOL class_addMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );
// 获取实例方法
Method class_getInstanceMethod ( Class cls, SEL name );
// 获取类方法
Method class_getClassMethod ( Class cls, SEL name );
// 获取所有方法的数组
Method * class_copyMethodList ( Class cls, unsigned int *outCount );
// 替代方法的实现<如果有同名函数则替换, 否则会class_addMethod>
IMP class_replaceMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );
// 返回方法的具体实现
IMP class_getMethodImplementation ( Class cls, SEL name );
IMP class_getMethodImplementation_stret ( Class cls, SEL name );
// 类实例是否响应指定的selector
BOOL class_respondsToSelector ( Class cls, SEL sel );
注: IMP是一个函数指针.实现函数(IMP参数指向的函数)至少需要两个参数
如下
void myMethodIMP(id self, SEL _cmd)
{
// implementation ....
}
协议(objc_protocol_list)相关
// 添加协议
BOOL class_addProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );
// 返回类是否实现指定的协议
BOOL class_conformsToProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );
// 返回类实现的协议列表
Protocol * class_copyProtocolList ( Class cls, unsigned int *outCount );
动态创建类和操作对象
动态创建类
// 创建一个新类和元类; superclass为nil, extraBytes指定为0, 该参数是分配给类和元类对象尾部的索引ivars的字节数
Class objc_allocateClassPair ( Class superclass, const char *name, size_t extraBytes )
// 销毁一个类及其相关联的类
void objc_disposeClassPair ( Class cls );
// 在应用中注册由objc_allocateClassPair创建的类
void objc_registerClassPair ( Class cls );
对类的补充说明
1. 为了创建一个新类，我们需要调用objc_allocateClassPair。然后使用诸如class_addMethod，class_addIvar等函数来为新创建的类添加方法、实例变量和属性等。完成这些后，我们需要调objc_registerClassPair函数来注册类，之后这个新类就可以在程序中使用了;
2. objc_disposeClassPair函数用于销毁一个类，不过需要注意的是，如果程序运行中还存在类或其子类的实例，则不能调用针对类调用该方法。
动态创建对象
// 创建类实例, 调用class_createInstance的效果与+alloc方法类似。不过在使用class_createInstance时，我们需要确切的知道我们要用它来做什么。ARC无法使用
id class_createInstance ( Class cls, size_t extraBytes );
// 在指定位置创建类实例
id objc_constructInstance ( Class cls, void *bytes );
// 销毁类实例<销毁一个类的实例，但不会释放并移除任何与其相关的引用。>
void * objc_destructInstance ( id obj );
操作函数
1.针对整个对象进行操作的函数，这类函数包含
// 返回指定对象的一份拷贝
id object_copy ( id obj, size_t size );
// 释放指定对象占用的内存
id object_dispose ( id obj );
2.针对对象实例变量进行操作的函数，这类函数包含：
// 修改类实例的实例变量的值
Ivar object_setInstanceVariable ( id obj, const char *name, void *value );
// 获取对象实例变量的值
Ivar object_getInstanceVariable ( id obj, const char *name, void **outValue );
// 返回指向给定对象分配的任何额外字节的指针
void * object_getIndexedIvars ( id obj );
// 返回对象中实例变量的值
id object_getIvar ( id obj, Ivar ivar );
// 设置对象中实例变量的值
void object_setIvar ( id obj, Ivar ivar, id value );
如果实例变量的Ivar已经知道，那么调用object_getIvar会比object_getInstanceVariable函数快，相同情况下，object_setIvar也比object_setInstanceVariable快
3.针对对象的类进行操作的函数，这类函数包含：
// 返回给定对象的类名
const char * object_getClassName ( id obj );
// 返回对象的类
Class object_getClass ( id obj );
// 设置对象的类
Class object_setClass ( id obj, Class cls );
获取类定义
// 获取已注册的类定义的列表
int objc_getClassList ( Class *buffer, int bufferCount );
// 创建并返回一个指向所有已注册类的指针列表
Class * objc_copyClassList ( unsigned int *outCount );
// 返回指定类的类定义
Class objc_lookUpClass ( const char *name );
Class objc_getClass ( const char *name );
Class objc_getRequiredClass ( const char *name );
// 返回指定类的元类
Class objc_getMetaClass ( const char *name );
参考:
南峰子的技术博客
What is a meta-class in Objective-C?
详解Objective-C的meta-class
Runtime的几个小例子
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