iOS开发之runtime运行时机制(一)

什么是runtime（运行时机制）:

　　Objective-C是基于C语言加入了面向对象特性和消息转发机制的动态语言，这意味着它不仅需要一个编译器，还需要Runtime系统来动态创建类和对象，进行消息发送和转发。

　　　　1.runtime是一套比较底层的纯C语言API, 属于1个C语言库, 包含了很多底层的C语言API。

　　　　2.平时编写的OC代码, 在程序运行过程中, 其实最终都是转成了runtime的C语言代码, runtime算是OC的幕后工作者

runtime的作用

　　runtime是属于OC的底层, 可以进行一些非常底层的操作(用OC是无法现实的, 不好实现)。

　　　　1.在程序运行过程中, 动态创建一个类(比如KVO的底层实现)

　　　　2.在程序运行过程中, 动态地为某个类添加属性\方法, 修改属性值\方法

　　　　3.遍历一个类的所有成员变量(属性)\所有方法

runtime相关应用

　　* NSCoding(归档和解档, 利用runtime遍历模型对象的所有属性)

　　* 字典 --> 模型 (利用runtime遍历模型对象的所有属性, 根据属性名从字典中取出对应的值, 设置到模型的属性上)

　　* KVO(利用runtime动态产生一个类)

　　* 用于封装框架(想怎么改就怎么改)

Runtime数据结构

　　在Objective-C中，使用[receiver message]语法并不会马上执行receiver对象的message方法的代码，而是向receiver发送一条message消息，这条消息可能由receiver来处理，也可能由转发给其他对象来处理，也有可能假装没有接收到这条消息而没有处理。其实[receiver message]被编译器转化为:

id objc_msgSend ( id self, SEL op, ... );

下面简单介绍runtime中重要的数据结构:

SEL	表示方法选择器。其实它就是映射到方法的C字符串，你可以通过Objc编译器命令@selector()或者Runtime系统的sel_registerName函数来获取一个SEL类型的方法选择器。
id	id是通用类型指针，能够表示任何对象。id其实就是一个指向objc_object结构体指针，它包含一个Class isa成员，根据isa指针就可以顺藤摸瓜找到对象所属的类。
Class	Class表示对象所属的类。可以查看到Class其实就是一个objc_class结构体指针。在面向对象设计中，一切都是对象，Class在设计中本身也是一个对象。
Method	Method表示类中的某个方法。其实Method就是一个指向objc_method结构体指针，它存储了方法名(method_name)、方法类型(method_types)和方法实现(method_imp)等信息。
Ivar	Ivar表示类中的实例变量。Ivar其实就是一个指向objc_ivar结构体指针，它包含了变量名(ivar_name)、变量类型(ivar_type)等信息。
IMP	IMP本质上就是一个函数指针，指向方法的实现。当你向某个对象发送一条信息，可以由这个函数指针来指定方法的实现，它最终就会执行那段代码，这样可以绕开消息传递阶段而去执行另一个方法实现。
Cache	Cache主要用来缓存。Cache其实就是一个存储Method的链表，主要是为了优化方法调用的性能。当调用方法时，优先在Cache查找，如果没有找到，再到methodLists查找。

Runtime消息发送

　　前面从objc_msgSend作为入口，逐步深入分析Runtime的数据结构，了解每个数据结构的作用和它们之间关系后，我们正式转入消息发送这个正题。

objc_msgSend函数

　　在前面已经提过，当某个对象使用语法[receiver message]来调用某个方法时，其实[receiver message]被编译器转化为:

id objc_msgSend ( id self, SEL op, ... );

现在让我们看一下objc_msgSend它具体是如何发送消息:

　　1.首先根据receiver对象的isa指针获取它对应的class

　　2.优先在class的cache查找message方法，如果找不到，再到methodLists查找

　　3.如果没有在class找到，再到super_class查找

　　4.一旦找到message这个方法，就执行它实现的IMP。

 

方法解析与消息转发

　　[receiver message]调用方法时，如果在message方法在receiver对象的类继承体系中没有找到方法，那怎么办？一般情况下，程序在运行时就会Crash掉，抛出 unrecognized selector sent to …类似这样的异常信息。但在抛出异常之前，还有三次机会按以下顺序让你拯救程序。

　　1.Method Resolution

　　2.Fast Forwarding

　　3.Normal Forwarding

 

三种方法的选择

　　Runtime提供三种方式来将原来的方法实现代替掉，那该怎样选择它们呢？

　　　　1.Method Resolution：由于Method Resolution不能像消息转发那样可以交给其他对象来处理，所以只适用于在原来的类中代替掉。

　　　　2.Fast Forwarding：它可以将消息处理转发给其他对象，使用范围更广，不只是限于原来的对象。

　　　　3.Normal Forwarding：它跟Fast Forwarding一样可以消息转发，但它能通过NSInvocation对象获取更多消息发送的信息，例如：target、selector、arguments和返回值等信息。

Method Swizzling

 　　Method Swizzling就是在运行时将一个方法的实现代替为另一个方法的实现。如果能够利用好这个技巧，可以写出简洁、有效且维护性更好的代码。

总结

　　虽然在平时项目不是经常用到Objective-C的Runtime特性，但当你阅读一些iOS开源项目时，你就会发现很多时候都会用到。所以深入理解Objective-C的Runtime数据结构、消息转发机制有助于你更容易地阅读和学习开源项目。