OC Runtime（一）一些底层实现原理

runtime是一个由C语言和汇编编写的运行时库。runtime为OC提供 了面向对象的能力。他的作用体现在，加载类的信息、调度方法、方法的转发等。使得  OC面向对象编程成为可能。

Selector 底层实现为C语言结构体，selector可以唯一标识一个你想要调用的OC方法。

在runtime底层它是这样定义的

typedef struct objc_selector  *SEL;

并这样使用。。。

SEL aSel = @selector(movieTitle);

消息

OC中方法的调度，是通过消息传递的方式实现的。OC的消息和C函数的调度不同。事实上，当你向一个对象发送一个消息并不意味着它会执行该消息。消息接受者可以去check消息发送至，并根据该决定执行不同的方法或将消息转发到不同的目标对象上。如果你在运行时库查看一个类，你会看到这个

typedef struct objc_class *Class;

typedef struct objc_object {   

     Class isa;

} *id;

OC中类的结构体，以及OC中对象的结构体。

OC中每一个类对象都含有一个指向类的isa结构体指针。isa指针，是每一个类对象运行时需要考察的对象，通过isa确定它的类。这样在该对象接收到某个消息时，可以去检索是否可以响应该消息。id指针，标识这该类是一个OC对象。如果我们有一个id类型的对象。我们可以获取它的类对象，查看它是否响应某一个方法，等等。从而在对该对象做具体操作的时候，我们可以确定该对象的具体类型。

在block中，我们可以同样看到isa指针

struct Block_literal_1 {   

     void *isa; // initialized to &_NSConcreteStackBlock or           &_NSConcreteGlobalBlock   

     int flags;   

     int reserved;   

     void (*invoke)(void *, ...);   

     struct Block_descriptor_1 {

          unsigned long int reserved; // NULL    

          unsigned long int size;  // sizeof(struct Block_literal_1) // optional helper functions    

          void (*copy_helper)(void *dst, void *src);    

          void (*dispose_helper)(void *src);   

     } *descriptor;   

     // imported variables

};

block本身被设计为兼容Objective-c运行时，他们被视为对象。所有他们才可以被声明为 -retain,-release,-copy,等等.

IMP

typedef id (*IMP)(id self,SEL _cmd,...);

IMP是OC中方法实现的指针，编译器会自动生成。OC运行时就是通过IMP来调用方法的。那么OC Class的底层实现又是怎么样的呢

一个普通的类实现

@interface MyClass : NSObject {

     //vars

     NSInteger counter;

}

//methods

-(void)doFoo;

@end

但是，runtime有更多的追踪，就像这样

#if !__OBJC2__

     Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;

     const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;

     long version OBJC2_UNAVAILABLE;

     l ong 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

我们看到一个类中包含了，父类的引用，名字，实例变量，缓存，协议，方法等等。这些都是运行时库或他的实例在响应消息时需要的信息。

我们知道Class定义了类实例对象，但是Class本身也是一个对象。那么他们是如何工作的呢

答案是meta Class

当你发送一个消息[ NSObject alloc ]你实际上是发送一个消息给类的对象，这类对象即为该类meta Class的实例。类似于，当你说从NSObject继承的时候，所有类都指向NSObject做为它的父类。所有的meta Class 都指向root meta Class作为他们的父类。所有meta Class在他们的method_List中都只是包含了该类的类方法。用于类方法的相应。

为什么我们写代码时，继承自苹果提供的类。

在OC中当我们分配一个实例时

MyObject *object = [[MyObject alloc] init];

最初消息是指向alloc来分配的。如果你点进去看一下文档

"The isa instance variable of the new instance is initialized to a data structure that describes the class; memory for all other instance variables is set to 0."

从苹果类继承，我们不仅继承了一些属性，而且，这让我们很容易地分配和创建我们的对象在内存中的结构。（符合运行时预期的结构，（包含一个isa指针指向我们的类）以及合理的大小）

那么 struct objc_cache *cache 是什么呢

OC运行时可以通过ISA指针找到对应的类对象，从而检索到类对象中声明的Method_List 。然而我们可能只会调用其中的一小部分方法，每次在方法调度的时候都去遍历这些方法是没有意义的。所以类声明了cache，每一次当年调度方法在类中搜索得到正确的反馈后，就会将该方法加入到cache中。所以当 objc_msgSend()搜索在class中搜索方法时，它首先会搜索class cache。

alloc与init

对于NSObject 并没有什么重要的事情在 initialization中发生。但是并不总是这样。

#import < Foundation/Foundation.h> @interface MyObject : NSObject { NSString *aString; } @property(retain) NSString *aString; @end @implementation MyObject -(id)init { if (self = [super init]) {   [self setAString:nil]; } return self; } @synthesize aString; @end int main (int argc, const char * argv[]) {     NSAutoreleasePool * pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; id obj1 = [NSMutableArray alloc]; id obj2 = [[NSMutableArray alloc] init];   id obj3 = [NSArray alloc]; id obj4 = [[NSArray alloc] initWithObjects:@"Hello",nil];   NSLog(@"obj1 class is %@",NSStringFromClass([obj1 class])); NSLog(@"obj2 class is %@",NSStringFromClass([obj2 class]));   NSLog(@"obj3 class is %@",NSStringFromClass([obj3 class])); NSLog(@"obj4 class is %@",NSStringFromClass([obj4 class]));   id obj5 = [MyObject alloc]; id obj6 = [[MyObject alloc] init];   NSLog(@"obj5 class is %@",NSStringFromClass([obj5 class])); NSLog(@"obj6 class is

%@",NSStringFromClass([obj6 class]));   [pool drain];     return 0; }

obj1 class is __NSPlaceholderArray obj2 class is NSCFArray obj3 class is __NSPlaceholderArray obj4 class is NSCFArray obj5 class is MyObject obj6 class is MyObject

这是因为在OC 中在alloc中返回一个对象，init返回另一个对象是有可能的。

objc_msgSend做了什么

假设我们有这样的OC代码

[self printMessageWithString:@"Hello World!"];

在runtime中显然它会被转换成这样

objc_msgSend(self,@selector(printMessageWithString:),@"Hello World!");

其实objc_msgSend做了很多的事情，总结来说如下

1、查看是否可以忽略该请求。例如，如果我们是在垃圾回收机制下，我们可以忽略 -retain,-release等的调用。

2、检测target是否为nil。不像其他语言，向nil发送消息在OC中是完全合法的

3、现在我们需要找到方法的指针IMP，所以，我们首先从类的cache中寻找，如果找到，执行。

4、没有在cache中找到对应的IMP，从方法列表中寻找对应的IMP，如果找到，执行。

5、IMP在cache和方法列表中都没有找到，进入消息转发流程。这意味着最后你所写的方法会被编译器转换为C函数。所以当你写了这样一个方法

-(int)doComputeWithNum:(int)aNum 

会被翻译成这样

int aClass_doComputeWithNum(aClass *self,SEL _cmd,int aNum)

OC运行时通过函数指针调用函数。这些由编译器转换成的C语言函数是无法被直接调用的，然后Cocoa框架提供了获得对于函数函数指针的方式

//declare C function pointer
int (computeNum *)(id,SEL,int);
 
//methodForSelector is COCOA & not ObjC Runtime
//gets the same function pointer objc_msgSend gets
computeNum = (int (*)(id,SEL,int))[target methodForSelector:@selector(doComputeWithNum:)];
 
//execute the C function pointer returned by the runtime
computeNum(obj,@selector(doComputeWithNum:),aNum);