Runtime-(一)什么是Runtime

先来了解关于Runtime的一些主要的数据结构。

objc_object
objc_class
isa指针
method_t

objc_object

首先我们要了解的是，在OC中，我们常用的id类型，对应到runtime中就是objc_object这样的结构体。

objc_object包含以下几个成员部分：

isa_t(共用体)
关于isa操作相关方法
弱引用相关方法
关联对象相关方法
内存管理相关方法

objc_class

在OC中我们使用到Class在runtime中对应的就是objc_class结构体。

objc_class继承自objc_object，由此我们可以了解，Class实际上也是一个对象类型，objc_class包含以下部分：

Class superClass(指向父类)
cache_t cache(方法缓存结构)
class_data_bits_t bits;(类定义的变量，属性，方法都在这个成员结构当中)

isa指针

isa指针是一个C++当中的共用体isa_t，现在大多数系统都是64位的，因此我们按照isa_t在64位系统下的内存表现情况来对其做讲解。

isa指针分为2种，一种是指针型的isa(isa的值代表Class的地址)，另一种是非指针型的isa(isa的值的部分代表Class的地址)。这种做法的目的是，通常在内存中40位左右的内存就已经可以满足内存查找的目的，剩下的内存可以存储一些其他的信息，以节省内存。

isa指针的指向

对于对象类型，其isa指针指向类对象(我们之前说过，任何对象的类对象实际上也是一个对象)。
对于类对象类型，其isa指针指向元类对象(MetaClass)。

cache_t

cache_t用于快速查找方法执行函数(例如执行一个方法，此方法在缓存中，就不需要重新去方法列表中查找)
cache_t是可增量扩展的哈希表结构
是局部性原理(局部性原理: 在我们调用方法时，可能调用频次最高的就那么几个方法，因此将几个调用频次高的方法缓存起来，达到优化的目的)的最佳应用

下面说明一下cache_t的结构，这是一个由bucket_t结构体组成的数组

Xnip2018-10-24_10-45-47.png

而bucket_t中的结构是

struct bucket_t {
private:
    cache_key_t _key;
    IMP _imp;

public:
    inline cache_key_t key() const { return _key; }
    inline IMP imp() const { return (IMP)_imp; }
    inline void setKey(cache_key_t newKey) { _key = newKey; }
    inline void setImp(IMP newImp) { _imp = newImp; }

    void set(cache_key_t newKey, IMP newImp);
};

我们可以看到是由key和IMP组成的一个结构体，key对应于OC中的方法选择器(SEL)，IMP可以理解为一个无类型的函数指针。我们查找方法时，由上层传入一个key，就可以根据key定位到函数的实现实现调用。

class_data_bits_t

class_data_bits_t主要是对class_rw_t(可读写)的封装
class_rw_t代表了类相关的读写信息，对class_ro_t(只读)的封装

public:

    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.
        // Use a store-release fence because there may be concurrent
        // readers of data and data's contents.
        uintptr_t newBits = (bits & ~FAST_DATA_MASK) | (uintptr_t)newData;
        atomic_thread_fence(memory_order_release);
        bits = newBits;
    }

class_rw_t

下面是class_rw_t中的主要属性

struct class_rw_t {
    // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
    uint32_t flags;
    uint32_t version;

    const class_ro_t *ro;

    method_array_t methods;
    property_array_t properties;
    protocol_array_t protocols;

    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;

    char *demangledName;
}

我们重点关注以下几个属性

class_ro_t *ro(只读列表)
property_array_t properties(属性列表)
protocol_array_t protocols(协议列表)
method_array_t methods(方法列表)

Xnip2018-10-24_11-02-49.png

关于这个二维数组的更多理解，可以结合这段代码。

比如，我们在分类A中定义的方法，就作为一个数组，存在于methods中。分类B又作为新的数组对象，存在于methods中。

class method_array_t : 
    public list_array_tt 
{
    typedef list_array_tt Super;

 public:
    method_list_t **beginCategoryMethodLists() {
        return beginLists();
    }
    
    method_list_t **endCategoryMethodLists(Class cls);

    method_array_t duplicate() {
        return Super::duplicate();
    }
};

class_ro_t

我们再看看class_ro_t是什么样的数据结构

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;  // 类名 NSClassFromString(这里就是这个类名)
    method_list_t * baseMethodList; // 方法
    protocol_list_t * baseProtocols;    // 协议
    const ivar_list_t * ivars;  // 定义的成员变量

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;    // 属性

    method_list_t *baseMethods() const {
        return baseMethodList;
    }
};

Xnip2018-10-24_11-20-06.png

总结来说，class\_rw\_t中一般来说存储的是分类的内容，class\_ro\_t存储的是原始类中的内容

method_t

上面见到了这么多method_t，那么method_t是什么样的数据结构呢？

struct method_t {
    SEL name;           // 方法选择器
    const char *types;  // 返回值，参数
    IMP imp;            // 指向方法实现地址的指针

    struct SortBySELAddress :
        public std::binary_function
    {
        bool operator() (const method_t& lhs,
                         const method_t& rhs)
        { return lhs.name < rhs.name; }
    };
};