iOS——runtime

什么是runtime

我们都知道，将源代码转换为可实行的程序，通常要经过三个步骤：编译、链接、运行。
C 语言 作为一门静态类语言，在编译阶段就已经确定了全部变量的数据类型，同时也确定好了要调用的函数，以及函数的实现。
而 Objective-C 语言 是一门动态语言。在编译阶段并不知道变量的详细数据类型，也不知道所真正调用的哪个函数。只有在运行时间才查抄变量的数据类型，同时在运行时才会根据函数名查找要调用的详细函数。
而实现 Objective-C 语言 运行机会制的一切基础就是 Runtime。
Runtime 实际上是一个库，这个库使我们可以在程序运行时动态的创建对象、查抄对象，修改类和对象的方法。
runtime中的概念剖析

runtime中的消息发送机制在“消息传递与消息转发”博客中详细教学过，因此这里直接贴博客链接，不多赘述：iOS——消息传递和消息转发

Class（类）

在runtime中，类被界说为指向objc_class结构体的指针。结构体数据结构：

1. /// An opaque type that represents an Objective-C class.
2. typedef struct objc_class *Class;
4. struct objc_class {
5.     Class _Nonnull isa;                                          // objc_class 结构体的实例指针
7. #if !__OBJC2__
8.     Class _Nullable super_class;                                 // 指向父类的指针
9.     const char * _Nonnull name;                                  // 类的名字
10.     long version;                                                // 类的版本信息，默认为 0
11.     long info;                                                   // 类的信息，供运行期使用的一些位标识
12.     long instance_size;                                          // 该类的实例变量大小;
13.     struct objc_ivar_list * _Nullable ivars;                     // 该类的实例变量列表
14.     struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists; // 方法定义的列表
15.     struct objc_cache * _Nonnull cache;                          // 方法缓存
16.     struct objc_protocol_list * _Nullable protocols;             // 遵守的协议列表
17. #endif
19. };

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objc_class结构体存放的数据称为元数据
objc_class 结构体 的第一个成员变量是 isa 指针，isa 指针 保存的是所属类的结构体的实例的指针，这里保存的就是 objc_class 结构体的实例指针，而实例换个名字就是对象。换句话说，Class（类） 的本质其实就是一个对象，我们称之为类对象。
object（对象）

在“objc/objc.h”中，Object（对象）被界说为 objc_object 结构体，其数据结构如下：

1. /// Represents an instance of a class.
2. struct objc_object {
3.     Class _Nonnull isa;       // objc_object 结构体的实例指针
4. };
6. /// A pointer to an instance of a class.
7. typedef struct objc_object *id;

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这里的 id 被界说为一个指向 objc_object 结构体 的指针。从中可以看出 objc_object 结构体 只包罗一个 Class 类型的 isa 指针。
换句话说，一个 Object（对象）唯一保存的就是它所属 Class（类） 的地址。当我们对一个对象，进行方法调用时，好比 [receiver selector];，它会通过 objc_object 结构体的 isa 指针 去找对应的 objc_class 结构体，然后在 objc_class 结构体 的 methodLists（方法列表） 中找到我们调用的方法，然后实行。
Meta Class（元类）

Meta Class（元类） 就是一个类对象所属的 类。一个对象所属的类叫做 类对象，而一个类对象所属的类就叫做 元类。
   Runtime 中把类对象所属类型就叫做 Meta Class（元类），用于形貌类对象自己所具有的特性，而在元类的 methodLists 中，保存了类的方法链表，即所谓的「类方法」。并且类对象中的 isa 指针 指向的就是元类。每个类对象有且仅有一个与之相关的元类。
  我们是通过对象的 isa 指针 找到 对应的 Class（类）；然后在 Class（类） 的 method list（方法列表） 中找对应的 selector 。
而 类方法的调用过程 和对象方法调用差不多，流程如下：
通过类对象 isa 指针 找到所属的 Meta Class（元类）；
在 Meta Class（元类） 的 method list（方法列表） 中找到对应的 selector;
实行对应的 selector。
好比这段代码：

1. NSString *testString = [NSString stringWithFormat:@"%d,%s",3, "test"];

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上边的示例中，stringWithFormat: 被发送给了 NSString 类，NSString 类 通过 isa 指针 找到 NSString 元类，然后在该元类的方法列表中找到对应的 stringWithFormat: 方法，然后实行该方法。
实例对象、类、元类之间的关系

方法（method）

objc_class 结构体 的 methodLists（方法列表）中存放的元素就是 方法（Method）。
先看runtime中objc_method结构体的数据结构：

2. /// An opaque type that represents a method in a class definition.
3. /// 代表类定义中一个方法的不透明类型
4. typedef struct objc_method *Method;
6. struct objc_method {
7.     SEL _Nonnull method_name;                    // 方法名
8.     char * _Nullable method_types;               // 方法类型
9.     IMP _Nonnull method_imp;                     // 方法实现
10. };

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• 起首来看方法名：SEL 是一个指向 objc_selector 结构体 的指针。SEL的意思同样在“消息传递与消息转发”的博客中有讲：iOS——消息传递和消息转发
  
• 其次是方法实现：IMP 的实质是一个函数指针，所指向的就是方法的实现。IMP用来找到函数地址，然后实行函数。IMP在“消息传递与消息转发”的博客中有讲：iOS——消息传递和消息转发
  
• 方法类型：方法类型 method_types 是个字符串，用来存储方法的参数类型和返回值类型。
  

因此，Method 就是将 SEL（方法名） 和 IMP（函数指针） 关联起来，当对一个对象发送消息时，会通过给出的 SEL（方法名） 去找到 IMP（函数指针） ，然后实行。
总结

runtime中紧张还是涉及消息传递和消息转发的内容居多，因此想要更深入的相识runtime，可以再去看我的“消息传递和消息转发”这篇博客学习：iOS——消息传递和消息转发

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