7、Runtime
RunTime简称运行时。就是系统在运行的时候的一些机制，其中最主要的是消息机制。对于C语言，函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数。编译完成之后直接顺序执行，无任何二义性。OC的函数调用成为消息发送。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。
如果你曾经对 ObjC 底层的实现有一定的了解，你应该会知道 Objective-C 对象都是 C 语言结构体，所有的对象都包含一个类型为 isa 的指针，那么你可能确实对 ObjC 的底层有所知，不过现在的 ObjC 对象的结构已经不是这样了。代替 isa 指针的是结构体 isa_t, 这个结构体中"包含"了当前对象指向的类的信息；
对象
struct objc_object {
isa_t isa;
};
所有继承自 NSObject 的类实例化后的对象都会包含一个类型为 isa_t 的结构体。
类对象
不只是实例会包含一个 isa 结构体，所有的类也有这么一个 isa。在 ObjC 中 Class 的定义也是一个名为 objc_class 的结构体，如下：
struct objc_class : objc_object {
isa_t isa; //初始化创建的结构体
Class superclass; //指向父类的指针
cache_t cache; //用来缓存用过的属性、方法
class_data_bits_t bits; //据区域，数据区域里用链表存放着类的实例方法
};
由于 objc_class 结构体是继承自 objc_object 的，所以在这里显式地写出了 isa_t isa 这个成员变量。
结构体 isa_t
isa_t 在 ObjC 源代码中可以看到这样的定义：
union isa_t {
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x000003f000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
struct {
uintptr_t nonpointer : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 33; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000
uintptr_t magic : 6;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 19;
# define RC_ONE (1ULL<<45)
# define RC_HALF (1ULL<<18)
};
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
struct {
uintptr_t nonpointer : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 44; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000
uintptr_t magic : 6;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 8;
# define RC_ONE (1ULL<<56)
# define RC_HALF (1ULL<<7)
};
};
nonpointer
其中 nonpointer 表示 isa_t 的类型
0 表示 raw isa，也就是没有结构体的部分，访问对象的 isa 会直接返回一个指向 cls 的指针，也就是在 iPhone 迁移到 64 位系统之前时 isa 的类型。
1 表示当前 isa 不是指针，但是其中也有 cls 的信息，只是其中关于类的指针都是保存在 shiftcls 中。
magic
magic 的值为 0x3b 用于调试器判断当前对象是真的对象还是没有初始化的空间
has_cxx_dtor
在设置 nonpointer 和 magic 值之后，会设置 isa 的 has_cxx_dtor，这一位表示当前对象有 C++ 或者 ObjC 的析构器(destructor)，如果没有析构器就会快速释放内存。
isa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
shiftcls
在为 nonpointer、 magic 和 has_cxx_dtor 设置之后，我们就要将当前对象对应的类指针存入 isa 结构体中了。
isa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
将当前地址右移三位的主要原因是用于将 Class 指针中无用的后三位清除减小内存的消耗，因为类的指针要按照字节（8 bits）对齐内存，其指针后三位都是没有意义的 0。
绝大多数机器的架构都是 byte-addressable 的，但是对象的内存地址必须对齐到字节的倍数，这样可以提高代码运行的性能，在 iPhone5s 中虚拟地址为 33 位，所以用于对齐的最后三位比特为 000
，我们只会用其中的 30 位来表示对象的地址。
而 ObjC 中的类指针的地址后三位也为 0，在 _class_createInstanceFromZone
方法中打印了调用这个方法传入的类指针：
所有类指针十六进制地址的最后一位都为 8 或者 0。也就是说，类指针的后三位都为 0;
其它五个参数的作用：
has_assoc
对象含有或者曾经含有关联引用，没有关联引用的可以更快地释放内存
weakly_referenced
对象被指向或者曾经指向一个 ARC 的弱变量，没有弱引用的对象可以更快释放
deallocating
对象正在释放内存
has_sidetable_rc
对象的引用计数太大了，存不下
extra_rc
对象的引用计数超过 1，会存在这个这个里面，如果引用计数为 10，extra_rc 的值就为 9
以上是对isa_t结构体的一个介绍，下面我们看下消息分发和转发：
在编译的时候，类在内存中的位置就已经确定，而在[main 方法之前]，Runtime 将可执行文件中和动态库所有的符号（Class，Protocol，Selector，IMP，…）加载到内存中，由 Runtime 管理，这里也包括了也是一个对象的类。
上面提到64位操作系统之后，类的指针保存在shiftcls中，一个33位的地址；
在 Objective-C 中的“方法调用”其实应该叫做消息传递，[object message] 会被编译器翻译为 objc_msgSend(object, @selector(message))，这是一个 C 方法，现在我们找到了对应的类对象，然后是找到对应的方法；
1、从缓存(cache_t)中找传入的方法；
2、找不到再从数据区域(class_data_bits_t)里找传入的方法；
cache_t结构体：
struct cache_t {
struct bucket_t *_buckets;
mask_t _mask;
mask_t _occupied;
｝
mask：分配用来缓存bucket的总数
occupied：表明目前实际占用的缓存bucket的个数
_buckets：一个散列表，用来方法缓存，bucket_t类型，包含key以及方法实现IMP
struct bucket_t {
private:
cache_key_t _key;
IMP _imp;
｝
class_data_bits_t
struct class_data_bits_t {
// Values are the FAST_ flags above.
uintptr_t bits;
}
struct class_rw_t {
uint32_t flags;
uint32_t version;
const class_ro_t *ro;
method_array_t methods;
property_array_t properties;
protocol_array_t protocols;
Class firstSubclass;
Class nextSiblingClass;
char *demangledName;
｝
Objc的类的属性、方法、以及遵循的协议都放在class_rw_t中；
消息转发：
消息转发分为以下几步：
1.调用 forwardingTargetForSelector: 方法，尝试找到一个能响应该消息的对象。如果获取到，则直接转发给它。如果返回了 nil，继续下面的动作。
2.调用 methodSignatureForSelector: 方法，尝试获得一个方法签名。如果获取不到，则直接调用 doesNotRecognizeSelector 抛出异常。
3.调用 forwardInvocation: 方法，将第 3 步获取到的方法签名包装成 Invocation 传入，如何处理就在这里面了。
***********重点：
讲了这么多，那Runtime能做什么：
1、动态交换方法；
2、动态添加属性；
3、动态实现消息转发；
4、拦截方法，添加代码；
我的Demo地址：https://github.com/hongbaoshi/LZWRuntimeDemo.git
以下为具体实现代码：
动态交换方法
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>
@interface LZWExchangeMethod : NSObject
-(void)firstMethod;
-(void)secondMethod;
+(void)forTest;
@end
#import "LZWExchangeMethod.h"
@implementation LZWExchangeMethod
-(void)firstMethod {
NSLog(@"firstMethod");
}
-(void)secondMethod{
NSLog(@"secondMethod");
}
+(void)forTest {
NSLog(@"------Normal-----\n");
LZWExchangeMethod *normarlTest = [LZWExchangeMethod new];
[normarlTest firstMethod];
NSLog(@"------Normal-----\n");
//交换实例方法
NSLog(@"------exchange-----\n");
Method m1 = class_getInstanceMethod([LZWExchangeMethod class], @selector(firstMethod));
Method m2 = class_getInstanceMethod([LZWExchangeMethod class], @selector(secondMethod));
method_exchangeImplementations(m1, m2);
LZWExchangeMethod *test = [LZWExchangeMethod new];
[test firstMethod];
NSLog(@"------exchange InstanceMethod-----\n");
}
@end
动态添加属性
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
typedef void(^TestBlock)();
@interface NSObject (AddMethodAndMethod)
@property (nonatomic,strong) NSString *lzwTitle;
@property (nonatomic,copy) TestBlock testBlock;
+(void)logforTest;
@end
#import "NSObject+AddMethodAndMethod.h"
static const void *LZWAddPropertyKeyTitle = @"LZWAddPropertyKeyTitle";
static const void *LZWAddPropertyKeyTestBlock = @"LZWAddPropertyKeyTestBlock";
@implementation NSObject (AddMethodAndMethod)
-(void)setWxsTitle:(NSString *)wxsTitle {
objc_setAssociatedObject(self, LZWAddPropertyKeyTitle, wxsTitle, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
}
-(NSString *)wxsTitle {
return objc_getAssociatedObject(self, LZWAddPropertyKeyTitle);
}
-(void)setTestBlock:(TestBlock)testBlock {
objc_setAssociatedObject(self, LZWAddPropertyKeyTestBlock, testBlock, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}
-(TestBlock)testBlock {
return objc_getAssociatedObject(self, LZWAddPropertyKeyTestBlock);
}
+(void)logforTest {
NSString *str = @"s";
str.testBlock = ^() {
NSLog(@"这是block");
};
str.testBlock();
[str setWxsTitle:@"类别title"];
NSLog(@"-----%@",str.wxsTitle);
}
@end
动态实现消息转发
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>
@interface LZWTranspondMessage : NSObject
-(void)dynamicMehod;
+ (void)test;
@end
#import "LZWTranspondMessage.h"
@implementation LZWTranspondMessage
// 第一步：实现此方法，在调用对象的某方法找不到时，会先调用此方法，允许
// 我们动态添加方法实现
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
// 我们这里没有声明有eat方法，因此，我们可以动态添加eat方法
if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"dynamicMehod"]) {
// class_addMethod(self, sel, (IMP)dynamicMehod, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
// 动态添加方法
// 转发需要注释该方法
//void dynamicMehod(id self, SEL cmd) {
// NSLog(@"%@ dynamicMehod", self);
//}
// 第二步，备选提供响应aSelector的对象，我们不备选，因此设置为nil，就会进入第三步
// 上一步返回NO，就会进入这一步，用于指定备选响应此SEL的对象
// 千万不能返回self，否则就会死循环
// 自己没有实现这个方法才会进入这一流程，因此成为死循环
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
return nil;
}
// 第三步，返回方法签名。如果返回nil，则表示无法处理消息 调用-doesNotRecognizeSelector
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
if ([NSStringFromSelector(aSelector) isEqualToString:@"dynamicMehod"]) {
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
// 第四步，返回了方法签名，都会进入这一步，这一步用户调用方法
// 改变调用对象等
// 当我们实现了此方法后，-doesNotRecognizeSelector:不会再被调用
// 如果要测试找不到方法，可以注释掉这一个方法
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
// 我们还可以改变方法选择器
[anInvocation setSelector:@selector(wxsMethod)];
// 改变方法选择器后，还需要指定是哪个对象的方法
[anInvocation invokeWithTarget:self];
}
- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
NSLog(@"无法处理消息：%@", NSStringFromSelector(aSelector));
}
- (void)wxsMethod {
NSLog(@"dynamicMehod -> wxsMethodwxsMethod");
}
+ (void)test {
LZWTranspondMessage *message = [[LZWTranspondMessage alloc] init];
[message dynamicMehod];
}
@end
拦截方法，添加代码
#import <UIKit/UIKit.h>
#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>
@interface LZWHookViewController : UIViewController
-(void)lzw_viewWillAppear:(BOOL)animated;
@end
#import "LZWHookViewController.h"
@interface LZWHookViewController ()
@end
@implementation LZWHookViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
Method m1 = class_getInstanceMethod([self class], @selector(viewWillAppear:));
Method m2 = class_getInstanceMethod([self class], @selector(lzw_viewWillAppear:));
BOOL isSuccess = class_addMethod([self class], @selector(viewWillAppear:), method_getImplementation(m2), method_getTypeEncoding(m2));
if (isSuccess) {
// 添加成功：说明源方法m1现在的实现为交换方法m2的实现，现在将源方法m1的实现替换到交换方法m2中
class_replaceMethod([self class], @selector(lzw_viewWillAppear:), method_getImplementation(m1), method_getTypeEncoding(m1));
}else {
//添加失败：说明源方法已经有实现，直接将两个方法的实现交换即
method_exchangeImplementations(m1, m2);
}
}
-(void)viewWillAppear:(BOOL)animated
{
NSLog(@"系统方法打印");
}
-(void)lzw_viewWillAppear:(BOOL)animated
{
NSLog(@"hook:拦截到该系统方法，添加该打印");
[self lzw_viewWillAppear:YES];
}
- (void)didReceiveMemoryWarning {
[super didReceiveMemoryWarning];
// Dispose of any resources that can be recreated.
}
@end
参考链接：
isa_t相关知识： http://draveness.me/isa/
类与对象： http://www.jianshu.com/p/aae1ea159d82
消息转发： http://blog.ibireme.com/2013/11/26/objective-c-messaging/
方法签名： http://www.jianshu.com/p/7e2efff789e2
