筆記-runtime源碼解析之讓你完全瞭解底層源碼
什麼是runtime
runtime是由C、C++、彙編一塊兒寫成的api，爲OC提供運行時。c++
運行時：裝載內存，提供運行時功能（依賴於
runtime）
編譯時：把高級語言(OC、Swift、Java等)源代碼編譯成可以識別的語言（機器語言-->二進制）api
底層庫關係： 緩存
對象和方法的本質
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
LGPerson *p = [[LGPerson alloc] init];
[p run];
}
return 0;
}
複製代碼
clang 編譯，cd到相應的文件下，打開終端，輸入下面命令bash
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o testMain.c++
或
clang -rewrite-objc main.m -o test.c++
複製代碼
打開生成的testMain.c++文件，很長，有幾萬行代碼，咱們看主要的，以下iphone
可有看出，對象的本質是一個結構體，方法的本質是發送消息。任何方法的調用均可以翻譯成是objc_msgSend這個方法的調用函數
類方法和實例方法
對象調用ui
LGStudent *s = [[LGStudent alloc] init];
objc_msgSend(s, sel_registerName("run"));
複製代碼
類方法的調用spa
objc_msgSend(objc_getClass("LGStudent"), sel_registerName("run"));
複製代碼
向父類發消息（對象方法）翻譯
struct objc_super mySuper;
mySuper.receiver = s;
mySuper.super_class = class_getSuperclass([s class]);
objc_msgSendSuper(&mySuper, @selector(run));
複製代碼
經過objc_msgSendSuper向父類發消息，第一個參數是結構體指針（父類）3d
向父類發消息（類方法）
struct objc_super myClassSuper;
myClassSuper.receiver = [s class]; // 當前類
myClassSuper.super_class = class_getSuperclass(object_getClass([s class])); // 當前類的類 = 元類
objc_msgSendSuper(&myClassSuper, @selector(run));
複製代碼
Runtime的三種調用方式：
一、runtime api--> (class_、objc_、object_)
二、NSObject api--> (isKindOfClass、isMemberOfClass)
三、OC上層方法 -->（@selector）
注意點：
對象方法存在哪？ ==> 類 實例方法
類方法存在哪？ ==> 元類 實例方法
類方法在元類裏是什麼形式存在？ ==> 實例方法
消息的發送Objc_msgSend
兩種方式：
- 快速 緩存找-經過彙編
- 慢速
objc_msgSend 是用匯編寫的，高效以及C語言不能改經過寫一個函數，保留未知的參數，去跳轉到任意的指針，彙編能夠利用寄存器實現。
下面進入乾貨，源碼查看如何尋找imp，彙編部分：
上面這些彙編語言，主要就是爲了尋找imp，調用_objc_msgSend而後判斷接收者recevier是否爲空，爲空則返回，不爲空，就處理isa，完畢以後就調用CacheLookup NORMAL緩存找imp，CacheLookup的結果又分三種，若是找到了，則調用CacheHit進行call or return imp；若是是第二種CheckMiss，則進行下一步的函數調用__objc_msgSend_uncached；第三種是若是在別的地方找到了這imp，那麼就在這裏進行add操做，爲了方便下一次快速的查找。
着重查看一下方法__objc_msgSend_uncached的調用：
__class_lookupMethodAndLoadCache3就會發現，在彙編層次，已經走不下去了，其實從這個方法開始，就會從彙編轉到C++或者C層次的代碼上了，後面繼續看。
從上面代碼能夠看出，這是一個漫長的查找過程，先從本身的方法列表裏查找，若是找到，就調用，同時把該imp存放在緩存中；若是沒有找到，就到本身的父類裏查找，接着後面是一個往復的過程，遞歸查找父類，直到找到NSObject這個類。
動態解析
變量triedResolver使得動態解析只走一次。重點關注_class_resolveMethod方法：
上面代碼判斷是不是元類，不是元類走_class_resolveInstanceMethod方法，是元類走_class_resolveClassMethod方法。
當咱們重寫+resolveClassMethod和+resolveInstanceMethod方法的時候，是如何走到那裏的呢，能夠經過下面源碼看出
下面經過代碼瞭解一下動態解析：
@interface LGPerson : NSObject
- (void)run;
@end
@implementation LGPerson
#pragma mark - 動態方法解析
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
NSLog(@"來了 老弟");
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
[[LGPerson alloc] run];
}
return 0;
}
複製代碼
注意，上面代碼中，類LGPerson沒有實現run這個實例方法，同時父類以及分類裏都沒有實現，在.m文件裏重寫裏resolveInstanceMethod：方法。運行代碼
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel明顯走了兩次，在上面源代碼中，咱們分析了，變量
triedResolver使得動態解析只走一次，這裏又是什麼緣由呢？
下面經過bt尋找緣由，在方法+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel加一個斷點，看下圖
_objc_msgSend_uncached，而後走方法
lookUpImpOrForward，在走到方法
_class_resolveInstanceMethod裏，從這個大體的流程能夠知道，這個流程，就是上面所分析的流程，尋找
imp的過程，沒有找到，就走到裏動態解析這一步；
下面跳過斷點，第二次走到+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel方法裏
若是咱們在這一步進行重定向，可使用下面的方式
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
if (sel == @selector(run)) {
// 動態解析咱們的 對象方法
NSLog(@"對象方法解析走這裏");
SEL readSEL = @selector(readBook);
Method readM= class_getInstanceMethod(self, readSEL);
IMP readImp = method_getImplementation(readM); // 獲取重定向方法的imp
const char *type = method_getTypeEncoding(readM);
return class_addMethod(self, sel, readImp, type); // 添加方法的實現
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
複製代碼
上面說的都是實例方法，下面看看類方法，經過源碼能夠知道，在調用方法_class_resolveClassMethod以後，還會在調用方法_class_resolveInstanceMethod，調用方法_class_resolveClassMethod咱們能夠理解，由於是動態解析類方法，可是爲何會去調用方法_class_resolveInstanceMethod，你們知道，這個方法是去動態解析實例方法所用的。
還記得前面說過的類方法的存放位置麼？第一它是類的類方法，第二它是元類的實例方法。因此在尋找類方法的imp的過程就多了一步，若是有疑問，能夠經過下面代碼驗證
ip和從元類裏獲取到的實例方法的
ip是同樣的。若是你仍是感受不可靠，那麼也能夠經過下面的方式去驗證：
// NSObject的分類 驗證上述問題的時候，能夠前後註釋掉實例方法和類方法
#import "NSObject+ZB.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation NSObject (ZB)
+ (void)run {
NSLog(@"NSObject === + run");
}
- (void)run {
NSLog(@"NSObject === - run");
}
@end
// ZBPerson繼承NSObject，只在.h文件中聲明裏類方法run，並未去實現
@interface ZBPerson : NSObject
+ (void)run;
@end
// 直接調用類方法，同時註釋掉NSObject分類裏的類方法run
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
[ZBPerson run];
}
return 0;
}
複製代碼
按照上述描述，編譯運行結果以下
run，爲何在這裏卻走到了一個實例方法裏面。但願小夥伴們可以好好的去體會前面說過的一句話，
類方法在元類中的存儲方式是以實例方法去存儲的
那麼若是打開類方法run的註釋呢？看下面結果
run，沒有調用實例方法呢？由於這個過程，只要找到了
imp就會當即調用，後面的過程也就不用在走了。
記住下面這張圖，理清楚isa的走位，以及superclass的走位（若是圖中標註有錯誤，還但願指出，謝謝）
消息轉發
當動態解析並無獲取到咱們想要的imp時，它返回一個NO，接下來會走到消息轉發。
下面給出了消息轉發中的三個方法的使用
#pragma mark - 消息轉發
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
NSLog(@"%s",__func__);
if (aSelector == @selector(run)) {
// 轉發給咱們的ZBStudent 對象
return [ZBStudent new];
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
NSLog(@"%s",__func__);
if (aSelector == @selector(run)) {
// forwardingTargetForSelector 沒有實現 就只能方法簽名了
Method method = class_getInstanceMethod(object_getClass(self), @selector(readBook));
const char *type = method_getTypeEncoding(method);
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@"];
}
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{
NSLog(@"%s",__func__);
NSLog(@"------%@-----",anInvocation);
anInvocation.selector = @selector(readBook);
[anInvocation invoke];
}
複製代碼
這三個方法，相信你們已經很熟悉了，方法forwardingTargetForSelector:容許咱們替換消息的接收者爲其餘對象，若是這個方法返回nil或者self，則會向對象發送methodSignatureForSelector:消息，獲取到方法的簽名用於生成NSInvocation對象，最後會進入消息轉發機制forwardInvocation:，否則將返回對象從新發送消息。
配合下面的圖，以上就是完整的消息轉發
不少的應用也在這一層去實現的，不過如今不討論這個，咱們主要看這三個方法是如何來的，那麼就繼續去查看咱們的源碼
_objc_msgForward_impcache的實現會發現，它又走到了彙編裏，然而這部分只有彙編調用，沒有源碼實現，也就是沒有開源。
那麼又是如何知道，消息轉發的過程當中調用了上面所說的三個方法呢？
介紹一個方法instrumentObjcMessageSends
extern void instrumentObjcMessageSends(BOOL);
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
instrumentObjcMessageSends(YES);
[ZBPerson run];
instrumentObjcMessageSends(NO);
}
return 0;
}
複製代碼
方法instrumentObjcMessageSends就是打印當前調用方法的調用過程，編譯完成後能夠在路徑Macintosh HD/private/tmp/msgSends-xxxxx下查看文件msgSends-xxxxx，以下圖
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