RunTime(二)

一、RunTime是什么

首先Objective-C是C语言的扩展，并加入了面向对象特性和Smalltalk式的消息传递机制。而这个扩展的核心就是一个用C和汇编语言写的RunTime库，这个库所做的事情就是加载类信息，进行方法的分发和转发，正是这个库赋予了Objective-C的动态特性。

运行时很小却很强大，并且Objc Runtime是开源的，苹果也允许你使用RunTime里面的东西（不会导致上不了架）。

虽然这些特性在开发中使用的较少，但是理解Objective-C的Runtime机制可以帮我们更好的了解这个语言，合理的运用还能在系统层面上解决一些技术问题。

二、消息机制
比如我们初始化一个NSObject对象：

NSObject *object = [[NSObject alloc] init];

事实上，调用方法其实也是在给这个对象发送一个消息，在编译时这句话会翻译成一个C的函数调用，即：

objc_msgSend(objc_msgSend([NSObject?class],@selector(alloc)),@selector(init));

那么，这不是把OC代码转换成C代码了么，他的动态特性体现在哪里？对于C语言，函数的调用在编译的时候就会去决定调用哪个函数。而OC是一种动态语言，它会尽可能的把代码执行的决策从编译和链接的时候，推迟到运行时。

给一个对象发送的一个消息并不会立即执行，而是在运行的时候再去寻找他对应的实现。那么你就可以把消息转发给你想要的对象，或者随意交换一个方法的实现之类的。

那么这个消息机制到底是怎么运作的呢，我们就需要来了解下Objective-C的对象模型。

三、Objective-C对象模型

我们打开<objc/objc.h>文件可以看到如下对NSObject的定义：

@interface NSObject <NSObject> {
 Class isa? OBJC_ISA_AVAILABILITY;}

Objective-C是一门面向对象的语言，每一个对象都是一个类的实例，在Objective-C的内部，每个对象都有一个isa的指针，指向该对象的类。每个类描述了一系列它的实例的特点，包括成员变量的列表，成员函数的列表等，每个对象都可以接收消息，而对象可以接收的消息列表保存在它对应的类中。
class的定义:

typedef struct objc_class *Class;
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，供运行时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; // 方法定义链表
 struct objc_cache *cache ? ? ?OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法缓存
 struct objc_protocol_list *protocols ? ?OBJC2_UNAVAILABLE; // 协议链表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

发现他里面也有一个isa指针，因为在Objective-C语言中，每个类实际上也是一个对象，每个类也可以接收消息，例如[NSObject alloc]。那么既然一个类也是对象，所以它也必须是另一个类的实例，这个类就是元类（metaclass）。元类保存了类方法的列表，当一个类被调用时，元类会首先查找本身是否有该类方法的实现，如果没有，则该元类会向它的父类查找该方法。

元类也是一个对象，为了设计上的完整，所以元类的isa指针都会指向一个根元类（root metaclass）。根元类本身的isa指针指向自己，这样就形成了一个闭环。
所以使用objc_msgSend函数，会执行以下步骤

通过对象（类）的isa指针去找到他的class
在class的method list 找到该消息的实现
如果class中没有改消息的实现，就继续到它的super_class中去找
一旦找到这个这个消息的实现，那么就去执行他的IMP
这样的话每发送一个消息就要方法列表objc_method_list进行一次遍历，为了提高效率，使用了objc_cache对经常调用的函数进行缓存，再次调用时就先到objc_cache中去查找函数实现。

四、RunTime的具体应用
1.动态创建一个类

#import <objc/runtime.h>
// 自定义一个方法
void reportFunction (id self, SEL _cmd) {
 NSLog(@"This object is %p", self);
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
 @autoreleasepool {?? ? ? ?
 // 1.动态创建对象 创建一个Person 继承自 NSObject类
 Class newClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], “Person”, 0);?
 // 为该类增加名为Report的方法
 class_addMethod(newClass, @selector(report), (IMP)reportFunction, @"v@:");?? ? ? ?
 // 注册该类
 objc_registerClassPair(newClass);
 // 创建一个 Student 类的实例
 instantOfNewClass = [[newClass alloc] init];
 // 调用方法
 [instantOfNewClass report]; 
 }
 return 0;
}

这里用到的Selector事实上是一个C的结构体，表示一个消息，类似于C的方法调用：

typedef struct objc_selector? SEL;
IMP (Method Implementations)，就是一个函数指针，当你发起一个ObjC消息之后，最终它会执行的那个代码，就是由这个函数指针指定的。
typedef id (IMP)(id self,SEL _cmd,...);

2.关联对象

对象在内存中的排布可以看成是一个结构体，该结构体的大小并不能动态的变化，所以无法在运行时动态的给对象增加成员变量，但是我们可以通过关联对象的方法变相的给对象增加一个成员变量。

比如，我们想给NSObject新增一个关联对象：
创建一个NSObject的类目AssociatedObject，在.h文件里面声明一个属性

@interface NSObject (AssociatedObject)
@property (nonatomic, strong) id associatedObject;?
@end

在NSObject+AssociatedObject.m文件里面进行关联

#import "NSObject+AssociatedObject.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation NSObject (AssociatedObject)
@dynamic associatedObject;
- (void)setAssociatedObject:(id)object {
 // 设置关联对象
 objc_setAssociatedObject(self, @selector(associatedObject), object, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (id)associatedObject {
 // 得到关联对象
 return objc_getAssociatedObject(self, @selector(associatedObject));
}
@end

这样就给NSObject新增了一个属性，可是，这有什么用呢？通常，我们会利用关联对象给UIAlertView新增一个block回调，方便使用。

3.利用RunTime进行模型归档

对于一个有很多属性的Person类，遵守了NSCoding协议之后，我们可以利用RunTime遍历模型对象的所有属性进行归档，关键代码如下：

// 利用runtime机制进行属性的归档接档
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder {
 unsigned int count = 0;
 Ivar *ivars = class_copyIvarList([Person class], &count);
 for (int i = 0; i<count; i++) {
 // 取出i位置对应的成员变量
 Ivar ivar = ivars[i];
 // 查看成员变量
 const char *name = ivar_getName(ivar);
 // 归档
 NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name]; id value = [self valueForKey:key];
 [aCoder encodeObject:value forKey:key];
 }
 free(ivars);
}

- (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder {
 self = [super init];
 if (self) {
 unsigned int count = 0;
 Ivar *ivars = class_copyIvarList([Person class], &count);
 for (int i = 0; i<count; i++) {
 // 取出i位置对应的成员变量
 Ivar ivar = ivars[i];
 // 查看成员变量
 const char *name = ivar_getName(ivar);
 // 归档
 NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
 id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
 // 设置到成员变量身上
 [self setValue:value forKey:key];
 }
 free(ivars);
 }
 return self;
}

利用RunTime我们还可以完成字典和对象模型之间的转换，例如MJExtension，还可以自己实现KVO，封装框架（修改系统实现），实现客户端根据后台动态更改逻辑等等.