runtime基礎

前言

學習Objective-C的運行時Runtime系統是頗有必要的。我的以爲，得之可得天下，失之則失天下。

Objective-C提供了編譯運行時，只要有可能，它均可以動態地運做。這意味着不只須要編譯器，還須要運行時系統執行編譯的代碼。運行時系統充當Objective-C語言的操做系統，有了它才能運做。

運行時系統所提供功能是很是強大的，在實際開發中是常用到的。好比，蘋果不容許咱們給Category追加擴展屬性，是由於它不會自動生成成員變量，那麼咱們經過運行時就能夠很好的解決這個問題。另外，常見的模型轉字典或者字典轉模型，對象歸檔等。後續咱們再來學習如何應用，本節只是講講理論。

與Runtime交互

Objective-C程序有有三種與runtime系統交互的級別：

1. 經過Objective-C源代碼
2. 經過Foundation庫中定義的NSObject提供的方法
3. 經過直接調用runtime方法

經過Objective-C源代碼

在大多數的部分，運行時系統會自動運行並在後臺運行。咱們使用它只是寫源代碼並編譯源代碼。當編譯包含Objective-C類和方法的代碼時，編譯器會建立實現了語言動態特性的數據結構和函數調用。該數據結構捕獲在類、擴展和協議中所定義的信息。

最重要的runtime函數是發消息函數，在編譯時，編譯器會轉換成相似objc_msgSend這樣的發送消息的函數。所以，咱們經過寫好源代碼，編譯器會自動幫助咱們編譯成runtime代碼。

經過NSObject提供的方法

在Cocoa編程中，大部分的類都繼承於NSObject，也就是說NSObject一般是根類，大部分的類都繼承於NSObject。有些特殊的狀況下，NSObject只是提供了它應該要作什麼的模板，卻沒有提供全部必須的代碼。

有些NSObject提供的方法僅僅是爲了查詢運動時系統的相關信息，這此方法均可以反查本身。好比-isKindOfClass:和-isMemberOfClass:都是用於查詢在繼承體系中的位置。-respondsToSelector:指明是否接受特定的消息。+conformsToProtocol:指明是否要求實如今指定的協議中聲明的方法。-methodForSelector:提供方法實現的地址。

經過直接調用runtime函數

runtime庫函數在usr/include/objc目錄下，咱們主要關注是這兩個頭文件：

 

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#import <objc/runtime.h> #import <objc/objc.h>

關於如何使用，後續的文章再細細講解。

消息（Message）

爲何叫消息呢？由於面向對象編程中，對象調用方法叫作發送消息。在編譯時，應用的源代碼就會被編將對象發送消息轉換成runtime的objc_msgSend函數調用。

在Objective-C，消息在運行時並不要求實現。編譯器會轉換消息表達式：

 

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[receiver message];

在編譯時會轉換成相似這樣的函數調用：

 

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objc_msgSend(receiver, selector);

具體會轉換成哪一個，咱們來看看官方的原話：

 

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When it encounters a method call, the compiler generates a call to one of the *  functions \c objc_msgSend, \c objc_msgSend_stret, \c objc_msgSendSuper, or \c objc_msgSendSuper_stret. *  Messages sent to an object’s superclass (using the \c super keyword) are sent using \c objc_msgSendSuper; *  other messages are sent using \c objc_msgSend. Methods that have data structures as return values *  are sent using \c objc_msgSendSuper_stret and \c objc_msgSend_stret.

也就是說，咱們是經過編譯器來自動轉換成運行時代碼時，它會根據類型自動轉換成下面的其它一個函數：

• objc_msgSend：其它普通的消息都會經過該函數來發送
• objc_msgSend_stret：消息中須要有數據結構做爲返回值時，會經過該函數來發送消息並接收返回值
• objc_msgSendSuper：與objc_msgSend函數相似，只是它把消息發送給父類實例
• objc_msgSendSuper_stret：與objc_msgSend_stret函數相似，只是它把消息發送給父類實例並接收數組結構做爲返回值

另外，若是函數返回值是浮點類型，官方說明以下：

 

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* arm:    objc_msgSend_fpret not used * i386:   objc_msgSend_fpret used for `float`, `double`, `long double`. * x86-64: objc_msgSend_fpret used for `long double`. * * arm:    objc_msgSend_fp2ret not used * i386:   objc_msgSend_fp2ret not used * x86-64: objc_msgSend_fp2ret used for `_Complex long double`.

其實這是一個條件編譯，咱們不用擔憂是哪一種處理器上，咱們只須要調用objc_msgSend_fpret函數便可。

注意事項：必定要調用所調用的API支持哪些平臺，亂調在致使部分平臺上不支持而崩潰的。

當消息被髮送到實例對象時，它是如何處理的：

咱們的根類是NSObject，它會一層一層的傳遞，直接找到要處理該消息的對象，若都沒有找到，正常狀況下會出現Unreconized selector ...這樣的崩潰提示了。

Message Forwarding

當發送消息給一個不處理該消息的對象是錯誤的。而後在宣佈錯誤以前，運行時系統給了接收消息的對象處理消息的第二個機會。

當某對象不處理某消息時，能夠經過重寫-forwardInvocation:方法來提供一個默認的消息響應或者避免出錯。當對象中找不到方法實現時，會按照類繼承關係一層層往上找。咱們看看類繼承關係圖：

全部元類中的isa指針都指向根元類，而根元類的isa指針則指向自身。根元類是繼承於根類的，與根類的結構體成員一致，都是objc_class結構體，不一樣的是根元類的isa指針指向自身，而根類的isa指針爲nil

咱們再看看消息處理流程：

當對象查詢不到相關的方法，消息得不到該對象處理，會啓動「消息轉發」機制。消息轉發還分爲幾個階段：先詢問receiver或者說是它所屬的類是否能動態添加方法，以處理當前這個消息，這叫作「動態方法解析」，runtime會經過+resolveInstanceMethod:判斷可否處理。若是runtime完成動態添加方法的詢問以後，receiver仍然沒法正常響應則Runtime會繼續向receiver詢問是否有其它對象即其它receiver能處理這條消息，若返回可以處理的對象，Runtime會把消息轉給返回的對象，消息轉發流程也就結束。若無對象返回，Runtime會把消息有關的所有細節都封裝到NSInvocation對象中，再給receiver最後一次機會，令其設法解決當前還未處理的這條消息。

提示：消息處理越日後，開銷也就會越大，所以最好直接在第一步就能夠獲得消息處理。

咱們看看類結構體：

 

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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; /* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

咱們能夠看到每一個類結構體都會有一個isa指針，它是指向元類的。它還有一個父類指針super_class，指針父類。包含了類的名稱name、類的版本信息version、類的一些標識信息info、實例大小instance_size、成員變量地址列表ivars、方法地址列表methodLists、緩存最近使用的方法地址cache、協議列表protocols`。

咱們在使用時，常用到Class，它就是：

 

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typedef struct objc_class *Class;

當類爲根類時，它的super_class就會是nil。普通的Class存儲的是實例成員，如-號方法、屬性、成員變量，而isa則指向元類，而元類存儲的是靜態成員，如+號方法、static成員。

Type Encoding

編碼值	含意
c	表明char類型
i	表明int類型
s	表明short類型
l	表明long類型，在64位處理器上也是按照32位處理
q	表明long long類型
C	表明unsigned char類型
I	表明unsigned int類型
S	表明unsigned short類型
L	表明unsigned long類型
Q	表明unsigned long long類型
f	表明float類型
d	表明double類型
B	表明C++中的bool或者C99中的_Bool
v	表明void類型
*	表明char *類型
@	表明對象類型
#	表明類對象 (Class)
:	表明方法selector (SEL)
[array type]	表明array
{name=type…}	表明結構體
(name=type…)	表明union
bnum	A bit field of num bits
type	A pointer to type
?	An unknown type (among other things, this code is used for function pointers)

咱們想要經過運行時處理各類類型，那麼咱們必需要知道哪一種字符表明什麼類型。