Runtime总结

Class

文件：objc.h

Class 是一个 objc_class 类型的结构体指针，也就是类。id 是 objc_object 类型的指针。如下：

#if !OBJC_TYPES_DEFINED
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
#endif

objc_class 定义如下：

struct objc_class {
    Class isa                                 OBJC_ISA_AVAILABILITY;  // 元类    

#if !__OBJC2__
    Class super_class                         OBJC2_UNAVAILABLE;  // 指向父类，如果该类是 NSObject 或者是 NSProxy，那么 super_class 为 nil。
    const char *name                          OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类名
    long version                              OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类的版本信息（默认为0，可通过 class_setVersion、class_getVersion）进行修改、读取
    long info                                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类信息（运行时期使用的一些位标识，如CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class，其中包含实例方法和变量;CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass，其中包含类方法）
    long instance_size                        OBJC2_UNAVAILABLE;  // 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              OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类成员变量地址
    struct objc_method_list **methodLists     OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法地址列表，与 info 的一些标志位有关。（如CLS_CLASS (0x1L)，则存储实例方法，如CLS_META (0x2L)，则存储类方法;）
    struct objc_cache *cache                  OBJC2_UNAVAILABLE;  // 缓存方法表，用来提高方法表的查找速度
    struct objc_protocol_list *protocols      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类声明遵守的协议的列表
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

由此可见，类也是一个对象。也就是说类和对象都是对象，分别被称为 类对象、实例对象。

isa：objc_object（实例对象）中的 isa 指针指向类的结构体称为 class（也就是该对象所属的类）。其中存放着普通成员变量与动态方法实例方法(“-“开头)。objc_class 中的 isa 指针指向类结构体称之为 metaclass，其中存放着 static 类型的成员变量与 static 类型的方法(“+” 开头的方法)。

一图胜千言：

所有实例对象的 isa 指针都指向它所属的类，所属的类的 isa 指针指向其 metaclass。所有的 metaclass 都指向其之神。root metaclass是通过继承根类产生的，与根 class 结构体成员一致，不同的是root metaclass 的 isa 指针指向自身。

Objective-C 中的元素

SEL

SEL 是 selector 在 Objective-C 中的表示类型。selector 可以理解为区别方法的 ID。

1	typedef struct objc_selector *SEL;

其定义如下：

struct objc_selector {
    char *name;                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 名称
    char *types;                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类型
};

IMP

IMP 是编译器生成的函数指针。该类型决定调用具体函数的实现。

其定义如下：

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

Method

Method 代表类中的某个方法的类型。

1	typedef struct objc_method *Method;

其定义如下：

struct objc_method {
    SEL method_name                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法名
    char *method_types                OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法类型
    IMP method_imp                    OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法实现
}

Ivar

Ivar 代表类中实例变量的类型。

1	typedef struct objc_ivar *Ivar;

其定义如下：

struct objc_ivar {
    char *ivar_name                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量名
    char *ivar_type                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量类型
    int ivar_offset                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 基地址偏移字节
#ifdef __LP64__
    int space                         OBJC2_UNAVAILABLE; // 占用空间
#endif
}

objc_property_t

objc_property_t 是内置类型属性，其定义如下：

1	typedef struct objc_property *objc_property_t;

还有一个关联属性 objc_property_attribute_t 类型，它是属性的 attribute，包含属性名称、属性编码类型、原子类型/非原子类型等。其定义如下：

typedef struct {
    const char *name;   // 名称
    const char *value;  // 值
} objc_property_attribute_t;

Cache

Cache：缓存方法表

1	typedef struct objc_cache *Cache

其定义如下：

struct objc_cache {
    unsigned int mask                   OBJC2_UNAVAILABLE;  // 指定分配的 cache buckets，在方法查找中，Runtime使用这个字段确定数组的索引位置。
    unsigned int occupied               OBJC2_UNAVAILABLE;  // 实际占用cache buckets的总数。（bucket 等于 NULL，表示缓存没有被占用，被占用的 bucket 可能是不连续的额，这个数组可能会随着时间而增长）
    Method buckets[1]                   OBJC2_UNAVAILABLE;  // objc_msgSend 发送消息的函数。
};

Catagory

Catagory：可以动态为已经存在的类添加新的方法。

1	typedef struct objc_category *Category;

其定义如下：

struct objc_category {
    char *category_name                           OBJC2_UNAVAILABLE; // 类别名称
    char *class_name                              OBJC2_UNAVAILABLE; // 类名
    struct objc_method_list *instance_methods     OBJC2_UNAVAILABLE; // 实例方法列表
    struct objc_method_list *class_methods        OBJC2_UNAVAILABLE; // 类方法列表
    struct objc_protocol_list *protocols          OBJC2_UNAVAILABLE; // 协议列表
}

消息传递

在 Objective-C 中，调用某个方法，相当于发送一条消息。会调用 runtime 模块中的 objc_msgSend 函数调用，比如 [self someMethod]; 方法，会转换成 objc_msgSend(self, someMethod)。

消息调用类型还包括以下几种：

objc_msgSend_stret：如果带发送的消息返回结构体，可交由此函数处理。
objc_msgSend_fpret：消息返回浮点数，
objc_msgSend_Super：给父类发送消息，如 [super message:parameter]

更多解释可以查看这里

消息转发

第一步：通过 resolveInstanceMethod: 方法决定是否能在本类中动态添加方法，返回 YES 可以通过 class_addMethod 来动态添加方法，消息得到处理。如果返回 NO，则会启动将消息转发给其他对象。
第二步：通过 forwardingTargetForSelector:，当前接收者有第二次机会处理这个未知的消息，runtime 会询问能否将消息转给其他的接收者来处理。如果返回某个对象则会调用对象的方法，然后结束。反之返回 nil，则进入第三步。
第三步：通过 methodSignatureForSelector:方法签名，如果返回 nil，则消息无法处理。如果返回 methodSignature 则进入下一步。
第四步：通过 forwardInvocation:方法，可以通过 NSInvocation 对象做很多处理，比如修改方法的实现，修改响应对象等。如果方法调用成功，则结束。如果失败，则调用 doesNotRecognizeSelector 方法，如果没有实现这个方法，则程序会崩溃。

完整流程图：

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