Runtime运行时

参考：
Objective-C Runtime 运行时之一：类与对象
Objective-C总Runtime的那点事儿（一）消息机制

什么是Runtime

指一个程序在运行（或者在被执行）的状态。也就是说，当你打开一个程序使它在电脑上运行的时候，那个程序就是处于运行时刻。
OC的函数调用称为消息发送。属于动态调用过程。在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数（事实证明，在编译阶段，OC可以调用任何函数，即使这个函数并未实现，只要申明过就不会报错。而C语言在编译阶段就会报错）。只有在真正运行的时候才会根据函数的名称找 到对应的函数来调用。

假如在OC中写了这样的一个代码：

[obj makeText];

其中obj是一个对象，makeText是一个函数名称。对于这样一个简单的调用。在编译时RunTime会将上述代码转化成：

objc_msgSend(obj,@selector(makeText));

首先我们来看看obj这个对象，iOS中的obj都继承于NSObject。

@interface NSObject <nsobject> {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}</nsobject>

在NSObjcet中存在一个Class的isa指针。然后我们看看Class：

    typedef struct objc_class *Class;
    struct objc_class {
      Class isa; // 是一个Class 类型的指针. 每个实例对象有个isa的指针,他指向对象的类，而Class里也有个isa的指针, 指向meteClass(元类)。元类保存了类方法的列表。当类方法被调用时，先会从本身查找类方法的实现，如果没有，元类会向他父类查找该方法。同时注意的是：元类（meteClass）也是类，它也是对象。元类也有isa指针,它的isa指针最终指向的是一个根元类(root meteClass).根元类的isa指针指向本身，这样形成了一个封闭的内循环。
       
      Class super_class ; // 指向其父类，如果这个类是根类，则为NULL。
      const char *name ; // 类名
      long version ; // 类的版本信息，初始化默认为0，可以通过runtime函数class_setVersion和class_getVersion进行修改、读取
      long info; // 一些标识信息,如CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class ，其中包含对象方法和成员变量;CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass，其中包含类方法;
      long instance_size ; // 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; // 用于存储每个成员变量的地址
      struct objc_method_list **methodLists ; // 与 info 的一些标志位有关,如CLS_CLASS (0x1L),则存储对象方法，如CLS_META (0x2L)，则存储类方法;
      struct objc_cache *cache; // 指向最近使用的方法的指针，用于提升效率；
      struct objc_protocol_list *protocols; // 存储该类遵守的协议
        }

@selector (makeText)：这是一个SEL方法选择器。SEL其主要作用是快速的通过方法名字（makeText）查找到对应方法的函数指针，然后调用其函 数。SEL其本身是一个Int类型的一个地址，地址中存放着方法的名字。对于一个类中。每一个方法对应着一个SEL。所以iOS类中不能存在2个名称相同 的方法，即使参数类型不同，因为SEL是根据方法名字生成的，相同的方法名称只能对应一个SEL。

下面我们就来看看具体消息发送之后是怎么来动态查找对应的方法的。

首先，编译器将代码[obj makeText];转化为objc_msgSend(obj, @selector (makeText));，在objc_msgSend函数中。首先通过obj的isa指针找到obj对应的class。在Class中先去cache中 通过SEL查找对应函数method（猜测cache中method列表是以SEL为key通过hash表来存储的，这样能提高函数查找速度），若 cache中未找到。再去methodList中查找，若methodlist中未找到，则取superClass中查找。若能找到，则将method加 入到cache中，以方便下次查找，并通过method中的函数指针跳转到对应的函数中去执行。

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元类

所有的类自身也是一个对象，我们可以向这个对象发送消息(即调用类方法)。如：

NSArray *array = [NSArray array];

这个例子中，+array消息发送给了NSArray类，而这个NSArray也是一个对象。既然是对象，那么它也是一个objc_object指针，它包含一个指向其类的一个isa指针。那么这些就有一个问题了，这个isa指针指向什么呢？为了调用+array方法，这个类的isa指针必须指向一个包含这些类方法的一个objc_class结构体。这就引出了meta-class的概念：

meta-class是一个类对象的类。

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。

通过上面的描述，再加上对objc_class结构体中super_class指针的分析，我们就可以描绘出类及相应meta-class类的一个继承体系了，如下图所示：

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Runtime的应用

1. 动态创建一个类(比如KVO的底层实现)
2. 动态地为某个类添加属性\方法, 修改属性值\方法
3. 遍历一个类的所有成员变量(属性)\所有方法

实质上，以上的是通过相关方法来获取对象或者类的isa指针来实现的。
相关函数

1. 增加

    增加函数:class_addMethod
    增加实例变量:class_addIvar
    增加属性:@dynamic标签，或者class_addMethod，因为属性其实就是由getter和setter函数组成
    增加Protocol:class_addProtocol (说实话我真不知道动态增加一个protocol有什么用,-_-!!)

2. 获取

    获取函数列表及每个函数的信息(函数指针、函数名等等):class_getClassMethod method_getName ...
    获取属性列表及每个属性的信息:class_copyPropertyList property_getName
    获取类本身的信息,如类名等：class_getName class_getInstanceSize
    获取变量列表及变量信息：class_copyIvarList
    获取变量的值

3. 替换

    将实例替换成另一个类：object_setClass
    替换类方法的定义：class_replaceMethod

4. 其他常用方法：

    交换两个方法的实现：method_exchangeImplementations.
    设置一个方法的实现：method_setImplementation.