Runtime数据结构（二）

2018-05-01 本文已影响20人 wemt

在Runtime初识中，我们知晓了Runtime所能够提供的功能。那么Runtime为什么能够提供这样的功能呢？这就需要从消息分发机制说起。为了能够了解消息分发，首先从数据结构开始。

NSObject数据结构

除了继承自NSProxy类以外，其他的类的基类都是NSObject。首先来看下其NSObject的数据结构：
NSObject
在去除预处理指令后的定义：

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

可以看出NSObject有一个Class结构的isa属性。这个属性很重要，可以将其看成普通的结构体和OC类之间的差异。凡是继承自NSObject的类，都会有isa。如果没有isa，那么就不是OC类了（继承自NSProxy例外）。

Class

typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if   !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class       OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name        OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                      OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable * _Nullable methodLists   OBJC_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols  OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}

可以看出，Class也是含有isa指针的，可以将Class看成一个继承自NSObject类。
Class类里面有两个指向Class的指针。一个叫做isa，另外一个叫做super_class。这两者之间又有什么关系呢?
为了解释清楚两者之间的关系，现在引入元类的概念。

每个继承自NSObject的实例，其都会存在一个isa指针指向类（Class）。
每个类依然还会有一个isa指针，其指向元类（metaClass）。
元类和类具有相同的数据结构，但是具有不同的服务对象。类(Class)为实例(instance)提供服务，元类(metaClass)为类提供服务。

更为具体一点，使用“-”开头的实例方法都存在类里面，使用"+"开头的方法会放在元类里面。

@interface UserClass : NSObject
@property (nonatomic) variable;//存放在实例（instance）中。
- (void)instanceMethod;   //存放在类（Class）中。
+ (void)classMethod;   //存放元类（metaClass）中。
@end

由此可以看出，一个通常意义下的类可以被分解成3个部分：实例(instance)，实例方法区(Class)，类方法区（metaClass）。所以不用被Class这个名字所迷惑了，实际上它是存放类的方法和一些其他元数据的地方，只是我们通常所说类的一个部分而已。
理清楚这部分的关系后，再来看isa和superClass之间的关系。一个是指元类，另一个是指父类。两个东西是两个概念。下面引用一张非常经典的图，用于理顺实例，类，元类和父类之间的关系。

实例、类、元类、父类关系图

Method

前面看完了类的定义，现在来看一下方法的定义。

struct objc_method {
    SEL _Nonnull method_name          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char * _Nullable method_types     OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP _Nonnull method_imp           OBJC2_UNAVAILABLE;
}

可以看出一个方法(method)包括3个部分。SEL就是通过@selector()获取到的数据结构，可以简单看成一个方法的名称。method_types就是参数和返回值的数据类型。IMP就是函数指针了。
IMP
函数指针很好理解，就是C语言的函数指针。定义为：

/// A pointer to the function of a method implementation. 
#if !OBJC_OLD_DISPATCH_PROTOTYPES
typedef void (*IMP)(void /* id, SEL, ... */ ); 
#else
typedef id _Nullable (*IMP)(id _Nonnull, SEL _Nonnull, ...); 
#endif

在使用IMP的时候，可以直接像函数指针那样去使用：

//1.获取函数指针
IMP funcPoint = class_getMethodImplementation([self class], @selector(xxx));//"xxx"代表具体的方法名，例如可以叫sayHelloWorld。
//2.使用函数指针
funcPoint(self,@selector(xxx)); //如果报错，则需要关闭Enable Strict Checking of objc_msgSendCalls。

关闭Xcode中的Enable Strict Checking of objc_msgSendCalls编译选项：

修改编译选项
当然也可以采用一些其他的手段来解决报错的问题，例如定义一个函数指针类型，然后将获得IMP进行强制转换。
method_types
method_types是一个char指针，是方法的参数和返回值类型组成的字串。以返回值开始，依次把参数拼接在一起。例如“i@”就表示返回值类型为int,参数类型为id。每个类型对照什么样的参数，具体可以参考Objective-C Runtime Programming Guide。
SEL

/// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;

在实际使用的过程中，感觉selector完全就是承担一个方法名称的作用。

现在问题来了，SEL和IMP是什么关系？
方法调用的过程是从SEL寻找到IMP，然后再使用IMP执行。所以说SEL的作用仅仅只是用来寻找到IMP，真正进行执行的是IMP。
那么为什么要SEL？直接使用IMP不好？
直接使用IMP当然可以，并且C语言就只使用函数指针。OC使用SEL其实就是为了能够更好的实现一些语言的动态性，例如方法交换（method swizzle）。

总结

介绍了元类，并说明了元类和类的关系。
介绍了SEL和IMP。并说明了SEL和IMP的关系。

参考：

Runtime数据结构（二）

NSObject数据结构

Class

Method

总结

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