不得不说的runtime
不得不说的runtime
前言
最近工作上事情比较琐碎，但是还是抽出点时间跟着冰霜大神的思路进精神病院深入学习了runtime的源码并成功出院，因此，想写一篇文章记录下自己的收获。
在这里我并不想写得很仔细，因为网上资料很多，只想轻轻点一下，介绍个大概。
实例、类和元类
刚开始接触runtime的时候，相信很多人认为runtime就是一个工具库，可以给classificatory添加属性，可以Method Swizzling，但是并不理解是它是怎么实现的，只是照葫芦画瓢，会用而已。其实作为一个IOS开发者，这是远远不够的，想要了解runtime的魅力，还得从实例、类和元类说起。
class
NSObject的定义如下
typedef struct objc_class *Class;
@interface NSObject <NSObject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}
我们可以看到，NSObject中就只有一个isa，而这个isa其实就是一个objc_class结构体。
在Objc2.0之前，objc_class源码如下：
struct objc_class {
Class isa ;
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;// 父类指针
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE; //类名
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE; //类大小
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE; //（*ivars）成员变量指针列表
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE; //（*methodLists）方法列表指针，列表里面记录的是该类的方法
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE; //方法缓存列表记录，里面记录的是最近使用过的方法
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE; //所有协议列表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
而在Objc2.0之后，objc_class被改造成了这个样子：
typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;
@interface Object {
Class isa;
}
@interface NSObject <NSObject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
}
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA;
Class superclass;
cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable
class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
}
union isa_t
{
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
}
虽然样子变化很大但是基本结构还是和Objc2.0之前一致,因此我们还是对着Objc2.0之前的样子来解释。关于为什么Category只能添加方法，不能添加私有变量的原因，我见过这么一个解释：
Category工作在运行时，objc_class是一个结构体，这个时候objc_class结构体的大小是确定了，如果给ivars添加一个私有变量，那么整个objc_class的大小就改变了（多了私有变量的大小），这就不行了。而methodLists只是一个指针，添加一个方法就相当于换一个数组更大的指针给objc_class，不同指针的大小是一样的，因此并没有改变objc_class的大小，因此可以实现。
ps:这是网上某篇文章的解释，对此还是有点疑惑。
isa和superclass
关于superclass,学过面向对象语言的同学应该都很清楚是什么意思，比如BaseViewController和SpecialViewController,SpecialViewController继承自BaseViewController，那么SpecialViewController的superClass就是BaseViewController。
其实isa的关系和这个有点像:
@interface Son : NSObject
@end
int main(int argc, char * argv[]) {
Son * boy = [[Son alloc]init];
}
在这个例子中 boy的isa指针就指向Son这个类。换句话说，一个类实例化出来的对象的isa指向这个类。
下面要介绍一个概念，元类（meta class）。其实每个类中也有一个isa指针，也就是说，类也是其他类实例化出来的对象！而这个"其他类"指的就是元类。元类实例化出类，类实例化出对象，这大概就是元类的定位。那么元类有什么用，在下面的消息发送机制中会有介绍。
最后再来看看一张经典的图：
isa和superclass
其中要解释的是，Root class就可以理解成NSObject，虚线是isa，实线是superclass，所有的元类的isa都指向NSObject，于是整个体系就完成了。
消息发送 & 消息转发
消息转发机制
这张图很好得介绍了整个消息发送以及转发的过程。
objc_msgSend函数简介
我们来看看最简单的oc函数调用：
[self call];
一般的函数调用都满足这样的形式[receiver message],在编译时会被编译器转化为：
id objc_msgSend ( id target, SEL op, ... );
这里objc_msgSend会做这么几件事：
1、检测这个selector是不是要忽略的，如果忽略不操作。
2、检查target是不是nil,如果没有处理nil的函数，就自动清理现场并返回。(防止给nil发消息崩溃)
3、确定不是给nil发消息之后，根据该对象的isa找到该类，再从该类的缓存方法列表里找方法对应的IMP实现。
4、如果缓存方法列表找不到，则在方法列表中找。
5、如果方法列表中也没找到，则根据super指针找到父类的class，继续执行4操作，最后到NSObject中。
6、如果NSObject中也没该方法则执行消息转发，该过程后面讲。
7、转发也没人接就崩溃。
消息发送阶段图
这里我想插一下讲一讲有关元类的东西。
@interface Son : NSObject
- (void)call;
+ (void)call2；
@end
int main(int argc, char * argv[]) {
Son * boy = [[Son alloc]init];
[boy call];
[Son call2];
}
[boy call] 和 [Son call2]有什么区别呢？
根据上面的流程， [boy call] 会先找到boy的isa指向的对象，也就是Son这个类然后在Son中查找call方法，也就是说,- (void)call;存储在Son的方法列表里,也就是说，类存储"-"的方法（实例方法）。
[Son call2]会先找Son的isa指向的对象，也就是Son的元类查找call2方法，然后执行。也就是说，元类存储"+"的方法（类方法）。
这也就能解释为什么[boy call2]编译器会报错，因为boy的isa是Son,Son中找不到call2方法。并且也能说明元类很重要，因为它存储着该类的类方法。
消息转发
关于消息转发很多初学者应该并不知道有这么一层，而且这层非常有意思。AOP（面向切面编程）就是根据这个原理来实现。
上面消息发送如果找不到方法，那么就会在该对象的类中执行- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector去查找备用的接收对象。如果该对象能respondsToSelector该方法，则交给该备用对象处理该方法。否则进行下一步。
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)selector和- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation是配合执行，methodSignatureForSelector抛出doesNotRecognizeSelector异常，forwardInvocation接收并处理。
下面是一个简单的demo，自己下个断点尝试就能了解其流程：
#import <UIKit/UIKit.h>
#import <objc/runtime.h>
#import "Son.h"
@interface Student : NSObject
@end
@implementation Student
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)selector
{
NSString *sel = NSStringFromSelector(selector);
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"@@:"];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
if ([Son instancesRespondToSelector:[anInvocation selector]]) {
[anInvocation invokeWithTarget:[[Son alloc]init]];
}
else {
[super forwardInvocation:anInvocation];
}
}
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
//如果注释掉就执行methodSignatureForSelector
if(aSelector == @selector(call)) {
return [[Son alloc]init];
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
@end
@interface Son : NSObject
@end
@implementation Son
- (void)call{
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
}
@end
int main(int argc, char * argv[]) {
Student * st = [[Student alloc]init];
[st performSelector:@selector(call) withObject:nil];
}
运用这两个步骤可以对一个类的方法进行"偷梁换柱"从而在不破坏源码的情况下插入代码片段。
最后
想记的也就这么多了，后面关于Method Swizzling等都是怎么使用runtime，相信大家或多或少都有用过，因此不再继续叙述。
喜欢oc的理由不仅仅是因为其优雅简洁的语言，更应该是其runtime特性给开发者带来无限的想象空间。然而到了swift时代，runtime就变得非常麻烦，这点还是非常令人惋惜的。
