原文地址: http://zzyspace.github.io/2016/03/16/objective-c-runtime/
一. Runtime
Runtime是一套底层的C语言API. 实际上, 平时我们编写的Objective-C代码, 底层都是基于runtime实现的, 也就是说, 平时我们编写的Objective-C代码, 最终都是转成了底层的runtime代码(C语言代码). Runtime使得Objective-C这门语言的灵活性大大地提升. 有了runtime, 我们可以在应用运行的时候动态操作对象、类、方法, 也因为这个原因, 使得编程有了更多的可能性, 对于开发中遇到的一些比较棘手的问题, 往往用runtime可以优雅地解决, 接下来让我们看看runtime是为何可以如此牛x.
二. Objective-C中类和对象的本质
1. 对象(Instance)
概念:
对象的本质是一个结构体, 在
struct objc_object {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
-
isa: 指针指向对象所属的类(Class), Class结构体中包含了成员变量、对象方法等等.
补充:
平常我们常常使用id来作为对象的指针, 原因就是id类型来代替struct objc_object *:
typedef struct objc_object *id;
2. 类(Class)
概念:
类的本质是一个Class类型的对象. 在
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;
-
isa: 指针指向Class对象的元类(MetaClass), 元类中记录了类方法列表. -
super_class: 指针指向父类. 根类(NSObject)中的super_class指针为空. -
name: 类名 -
version: 类的版本, 默认为0 -
info: 类的信息, 因为是long型的, 推测是作为标识使用 -
instance_size: 类的对象的大小 -
ivars: 存放该类所有成员变量的链表 -
methodLists: 存放该类所有对象方法的链表 -
cache: 缓存常用的对象方法, 提高消息分发的效率 -
protocols: 存放该类的协议的链表
补充:
就像id类型代表对象指针一样, Class类型来代替struct objc_class *:
typedef struct objc_class *Class;
3. 元类(MetaClass)
概念:
元类也是一个类, 每个类都有对应的一个元类. 可以通过类中的isa指针找到其对应的元类. 虽然在runtime相关头文件中没有找到MetaClass的声明, 但是在这个博客中对元类的与类的关系解释中, 我们可以推测出元类结构体和类是相似的, 包含(但不仅有)如下成员:
-
isa: 指针都是指向根元类(NSObject的元类), 即使是根元类本身的isa也是指向自己 -
super_class: 指针指向父元类, 根元类指向根类(NSObject) -
methodLists: 存放该类的所有类方法的链表
对象、类、元类的关系图：
三. 消息机制
我们平常所说的"方法调用", 其实是不准确的, 因为在Objective-C中, 所谓的"方法调用"本质是消息分发. 比如下面这个"方法调用":
[receiver message]
最终会被编译器转化为:
objc_msgSend(receiver, @selector(message))
所以说, 消息分发是通过定义在objc_msgSend()方法以及相关的方法来实现的.
需要注意的是消息分发是运行时特性, 说白了就是运行的时候, 一条消息才会知道它所对应的方法的实现是什么. 所以运行的时候, 一条消息的传递过程是这样的:
- 向对象
receiver对象发送message消息.
- 通过
receiver对象的isa指针找到它的Class. - 在Class结构体中的
methodLists中查找是否有符合的message的实现. 若有找到message的selector, 则完成此次消息分发. - 如果没有找到
message的实现,objc_msgSend会通过当前的Class结构体中的super_class指针找到它的父Class, 并重复第3点的动作. - 如果一直没有找到
message的实现, 第3点与第4点会一直重复直到根类(NSObject). - 如果在根类中依然没有找到
message的实现, 默认(未实现消息转发方法的情况下)就会抛出unrecognized selector send to instance xxxx的异常.
这里引用Apple官方文档的消息分发原理插图便于理解:
看到这里或许会担心消息分发的过程太过于繁琐, 会不会影响性能? 其实并不会的, Class结构体中的
cache可以用来缓存经常访问的方法.
扩展阅读
1.Objective-C Runtime Programming Guide by Apple
2.Objective-C Runtime 运行时系列文章 by 南峰子
3.Objective-C Runtime by 玉令天下
4.(译)Objective-C的动态特性 by Limboy’s HQ
5.Objective-C 中的消息与消息转发 by ibireme
6.Objective-C Runtime by Glow技术团队博客