objc-runtime 开源地址
由于OC是属于C的超集再加上runtime的存在，我们写的每一个OC方法在编译阶段被转成
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
关于它的实现已经有大神提供了C语言版本的实现由于每个OC方法都会转换成这个函数调用，所以它的高效性显得尤为重要。
关于objc_msgSend的实现过程，上篇文章其实我们也有提到过，归根到底，就是利用SEL去寻找IMP，执行目标函数。
我们来分析一下这个"寻根"的过程:
YY大神在他的博客中提到：
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...) {
if (!self) return nil;
IMP imp = class_getMethodImplementation(self->isa, SEL op);
imp(self, op, ...); //调用这个函数，伪代码.
}
class_getMethodImplementation他的实现在源码里是可以找到的。
- 第一步调用这个函数
IMP lookUpImpOrNil(Class cls, SEL sel, id inst,
bool initialize, bool cache, bool resolver)
{
IMP imp = lookUpImpOrForward(cls, sel, inst, initialize, cache, resolver);
if (imp == _objc_msgForward_impcache) return nil;
else return imp;
}
然后主要是这个函数：
IMP lookUpImpOrForward(Class cls, SEL sel, id inst,
bool initialize, bool cache, bool resolver)
这个方法的执行过程很有趣：
// 先从cache里检查是否存在
if (cache) {
imp = cache_getImp(cls, sel); // 此方法在上面大神提供的C语言实现中，有具体实现。
if (imp) return imp;
}
// cache寻找
cls = self->isa;
cache = cls->cache;
hash = cache->mask;
index = (unsigned int) _cmd & hash;
do{
method = cache->buckets[ index];
if(!method) goto recache;
index = (index + 1) & cache->mask;
}while( method->method_name != _cmd);
return( (*method->method_imp)( (id) self, _cmd));
为了读懂上面的代码。这里不得不提的事class的源码结构：盗Vanney大神的图
isa superclass 这二者的作用很容易理解。
cache 缓存的方法列表
class_data_bits_t bits这个结构体非常重要！它存储了非常多的信息，包括编译时确定的类的变量信息，方法列表，协议方法列表，weak表... 关于它我们稍后再谈。
现在我们知道了Class类型的内部结构，回头我们再看下刚才的消息调用。
cls = self->isa; // 通过isa指针拿到当前对象的classcache = cls->cache; // 通过class拿到cache—方法缓存列表hash = cache->mask; index = (unsigned int) _cmd & hash; // 通过cmd和cache掩码的与运算获取method在map表中的序列号（这里我们可以看到，哈希表中其实存储的是method即SEL和IMP的映射关系）,进而拿到最终的IMP指针。
struct method_t {
SEL name;
const char *types;
IMP imp;
}
通过这一系列的操作我们最终获取到了函数的地址。但这仅仅是从方法缓存中获取方法。那么，如果cache里没有对应的IMP呢？
在回到IMP lookUpImpOrForward(Class cls, SEL sel, id inst, bool initialize, bool cache, bool resolver)函数，往下走会代码会执行到这一句:
它主要对类创建了真正的运行时环境( rwlock_writer_t lock(runtimeLock); 保证线程安全)。
if (!cls->isRealized()) {
rwlock_writer_t lock(runtimeLock);
realizeClass(cls);
}
具体实现:
static Class realizeClass(Class cls){
...
// 中间代码
ro = (const class_ro_t *)cls->data();
if (ro->flags & RO_FUTURE) {
// This was a future class. rw data is already allocated.
rw = cls->data();
ro = cls->data()->ro;
cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE);
} else {
// Normal class. Allocate writeable class data.
rw = (class_rw_t *)calloc(sizeof(class_rw_t), 1);
rw->ro = ro;
rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING;
cls->setData(rw);
}
...
}
到了这里我们可以接着看class_data_bits_t结构体了：
// 只截取了部分 源码
struct class_data_bits_t {
// Values are the FAST_ flags above.
uintptr_t bits;
class_rw_t* data() {
return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
void setData(class_rw_t *newData)
{
assert(!data() || (newData->flags & (RW_REALIZING | RW_FUTURE)));
// Set during realization or construction only. No locking needed.
bits = (bits & ~FAST_DATA_MASK) | (uintptr_t)newData;
}
bool isSwift() {
return getBit(FAST_IS_SWIFT);
}
}
这个结构体中只有一个变量 uintptr_t bits; 它是一个拥有指针存储功能的unsigned long 类型。它只有64位大小，指针存储结构如下:
通过与bits与对应flag的按位运算得到对应的指针地址。比如：
bool isSwift() {
return getBit(FAST_IS_SWIFT);
}
#define FAST_IS_SWIFT (1UL<<0)与上图的结构一直，第一位标识位储存是否是Swift语言的flag(由编译器设置)。
不过，最关键的还是下面这个:
class_rw_t* data() {
return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
它的data函数，返回一个class_rw_t 类型的结构体指针。
根据上面的数据结构分布图，bits 里有44位储存着class_rw_t。
这一点可以在#define FAST_DATA_MASK 0x00007ffffffffff8UL里解释。
然而，在源码中，ro = (const class_ro_t *)cls->data();class的data即：
class_rw_t *data() {
return bits.data(); // 调用的上面的函数
}
被强转成了const class_ro_t *这是为什么呢？
其实，在runtime调用之前，编译之后，bits.data()也就是bits的class_rw_t data是指向const class_ro_t结构的。
我们再来看class_ro_t的结构
struct class_ro_t {
uint32_t flags;
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
uint32_t reserved;
#endif
const uint8_t * ivarLayout;
const char * name;
method_list_t * baseMethodList;
protocol_list_t * baseProtocols;
const ivar_list_t * ivars;
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;
method_list_t *baseMethods() const {
return baseMethodList;
}
};
这里面正真存储了，class在编译时期就确定的属性，方法，协议等等。
而且这里的
method_list_t * baseMethodList;
const ivar_list_t * ivars;
都是基于entsize_list_tt实现，保证了它们在runtime期间的不可变性。
同时我们在这里也可以顺便解释下分类方法的加载过程，为什么在分类中不能添加成员变量的问题:
我们创建的分类其实在源码中属于另一种类型:
struct category_t {
const char *name;
classref_t cls;
struct method_list_t *instanceMethods;
struct method_list_t *classMethods;
struct protocol_list_t *protocols;
struct property_list_t *instanceProperties;
method_list_t *methodsForMeta(bool isMeta) {
if (isMeta) return classMethods;
else return instanceMethods;
}
property_list_t *propertiesForMeta(bool isMeta) {
if (isMeta) return nil; // classProperties;
else return instanceProperties;
}
};
可以看到，它其实是没有isa指针的！但这并不能解释不能添加变量的问题。
我们要从它的装载过程说起。
在app启动后，系统会调用load_images的方法，来加载各种库文件，当然就包括runtime库，下面是objclib的加载过程：
_objc_init
└──map_2_images
└──map_images_nolock
└──_read_images
当执行到_read_images的时候，我们可以在源码中找到实现过程
线从boundle里获取class目录。
然后我们会发现，在这里调用了realizeClass(cls);方法！为类开辟了runtime预备环境(将bits的data重新指向了class_rw_t类型，并且将class_ro_t放入了class_rw_t的ro变量中)。
做完这些之后，在是对categories的处理。
真正实现分类中的类attach到class的方法是：
static void
attachCategories(Class cls, category_list *cats, bool flush_caches);
auto rw = cls->data();
prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
rw->methods.attachLists(mlists, mcount);
free(mlists);
if (flush_caches && mcount > 0) flushCaches(cls);
rw->properties.attachLists(proplists, propcount);
free(proplists);
rw->protocols.attachLists(protolists, protocount);
free(protolists);
可以看到，分类中的method等是被赋予到了，cls->data()中，这是cls->data()指向的是class_rw_t类型。
而在category_t中只有property_list_t没有ivar_list_t， 并且在class_rw_t ro 中的ivar_list_t又是只读的，所以分类中的属性是不会生成实例变量的（但是可以利用另一种方法变相实现“添加变量”）。
苹果这样做的目的是为了保护class的在编译时期确定的内存空间的连续性，防止runtime时期增加的变量或者方法造成的内存重叠。
继续objc_msgSend的调用过程，通过isa指针得到的method_list_t等信息，我们就直接可以得到对应的IMP，然后调用函数，同时存入cache表中。
这一切都是基于函数能够成功调用的前提。那么，如果IMP没有找到呢？runtime会被触发另一套机制——消息转发。
关于runtime 方法调用源码中还有好多细节，由于精力能力有限，以后会慢慢补充！