Objective-C--Runtime機制

時間 2019-12-02

原文原文鏈接

我的理解：

簡單來講，Objective-C runtime是一個實現Objective-C語言的C庫。對象能夠用C語言中的結構體表示，而方法（methods）能夠用C函數實現。事實上，他們差很少也是這麼幹了，另外再加上了一些額外的特性。這些結構體和函數被runtime函數封裝後，Objective-C程序員能夠在程序運行時建立，檢查，修改類，對象和它們的方法。例如一個普通類，咱們寫好以後，Runtime會進行處理。最後變成如下結構：html

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
    #if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;//父類
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;//類名
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;//設備名
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;//設備信息
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;//空間大小
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;//類中參數數組
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;//類中函數數組
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE; //近期使用過的方法，放入這裏。快速查找
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;//協議數組
    #endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

經過一個結構體的方式，來存放類中的信息。ios

再好比，咱們調用的實例方法。從本質上來看是用C語言中的函數來實現的，可是在外面咱們仍是對實例方法使用結構體進行了封裝。結構體以下：git

struct objc_method {
    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;//函數名
    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;//method_types是個char指針，存儲着方法的參數類型和返回值類型。
    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;//函數指針，指向這個函數的首地址
}

在重複一下，Objective-C runtime是一個實現Objective-C語言的C庫。程序員

幾個知識點的簡要概述：

Object & Class & Meta Class

什麼是Object？

在oc中有一個id的概念。他的定義爲：github

typedef struct objc_object *id;

struct objc_object {
    Class isa;
};

Objective-C中的object在最後會被轉換成C的結構體，而在這個struct中有一個 isa 指針，指向它的類別 Class。objective-c

什麼是Class？

typedef struct objc_class *Class;

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

上面是類在runtime中的源代碼，從這看，類其實也是一個結構體。這個結構體中的isa指向一個Metaclass。數組

什麼是Metaclass？

仔細一看，發現 Class isa，原來，isa（Metaclass）的源碼仍是類的源碼：markdown

typedef struct objc_class *Class;

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

Object， Class， MetaClass三者之間的關係？

Class存放類信息，方法數組存放實例方法；Meta Class存放類信息，方法數組存放類方法。函數
每個object都有一個isa指針，isa指針指向本身的Class 每一個Class都有一個isa指針指向一個惟一的Meta Classui
每個Meta Class的isa指針都指向最上層的Meta Class（圖中的NSObject的Meta Class）最上層的Meta
Class的isa指針指向本身，造成一個迴路每個Meta Class的super class指針指向它本來Class的 Super
Class的Meta Class。可是最上層的Meta Class的 Super Class指向NSObject Class自己
最上層的NSObject Class的super class指向 nil

objective-C中的消息機制？

什麼是SEL？

typedef struct objc_selector *SEL;

SEL是一個指向objc_selector結構體的指針。而 objc_selector 的定義並無在runtime.h中給出定義。
編譯器會根據每一個方法的方法名爲那個方法生成惟一的SEL。只要方法名相同，那麼它的SEL就是同樣的。每個方法都對應着一個SEL。

什麼是IMP？

typedef id (*IMP)(id, SEL, …);

IMP本質就是一個函數指針，這個被指向的函數包含一個接收消息的對象id，調用方法的SEL，以及一些方法參數，並返回一個id。所以咱們能夠經過SEL得到它所對應的IMP，在取得了函數指針以後，也就意味着咱們取得了須要執行方法的代碼入口，這樣咱們就能夠像普通的C語言函數調用同樣使用這個函數指針。

類中的方法存儲？

什麼是方法？

typedef struct objc_method *Method;

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

方法存放位置？

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

在建立一個類的時候，咱們將類中的實例方法存放到objc_class結構體（類的結構體，前面提到）中的objc_method_list **methodLists中。將類中的類方法存放到相應的MetaClass中的類結構中的objc_method_list **methodLists中。咱們能夠理解爲objc_class中 method list保存了一組SEL<->IMP的映射。

調用方法的具體步驟？

在Objective-C中，消息直到運行時纔會綁定到方法的實現上。編譯器會把代碼中[target doSth]轉換成 objc_msgSend消息函數，這個函數完成了動態綁定的全部事情。它的運行流程以下:

檢查selector是否須要忽略。(ps: Mac開發中開啓GC就會忽略retain,release方法。)
檢查target是否爲nil。若是爲nil，直接cleanup，而後return。(這就是咱們能夠向nil發送消息的緣由。)
而後在target的Class中根據Selector去找IMP

尋找IMP的過程:

先從當前class的cache方法列表（cache methodLists）裏去找
找到了，跳到對應函數實現
沒找到，就從class的方法列表（methodLists）裏找
還找不到，就到super class的方法列表裏找，直到找到基類(NSObject)爲止
最後再找不到，就會進入動態方法解析和消息轉發的機制。(這部分知識，http://southpeak.github.io/blog/2014/11/06/objective-c-runtime-yun-xing-shi-zhi-si-:method-swizzling/)

objective-C中的Category？

看Category的源碼，不用想就知道這個又是一個結構體

typedef struct objc_category *Category;

struct objc_category {
    char *category_name                                      OBJC2_UNAVAILABLE;//分類名
    char *class_name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;//類名
    struct objc_method_list *instance_methods                OBJC2_UNAVAILABLE;//實例方法列表
    struct objc_method_list *class_methods                   OBJC2_UNAVAILABLE;//類方法列表
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;//協議列表
}

運行過程：

加載Category
將Category加載到所屬的類中
將Category中的方法加載到Class或者MetaClass結構體中的方法列表中
(具體看這裏的運行代碼）

objective-C中的成員變量與屬性？

什麼是成員變量？

typedef struct objc_ivar *Ivar;

struct objc_ivar {
    char *ivar_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *ivar_type                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    int ivar_offset                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}

這裏咱們注意第三個成員 ivar_offset。它表示基地址偏移字節。咱們經過字節偏移量來獲取變量的地址。（具體方式不展開）

成員變量存放位置？

存放在以前咱們彷彿強調的objc_class中的struct objc_ivar_list *ivars中。

屬性和成員變量的區別？

類中的Property屬性被編譯器轉換成了Ivar，而且自動添加了咱們熟悉的Set和Get方法。

講解Runtime，結合代碼和題目

http://www.cocoachina.com/ios/20141224/10740.html
刨根問底Objective－C Runtime（1）－ Self & Super
刨根問底Objective－C Runtime（2）－ Object & Class & Meta Class
刨根問底Objective－C Runtime（3）－消息和Category
刨根問底Objective－C Runtime（4）- 成員變量與屬性