Runtime

一、位运算

1. &：按位与，可以用来取出特定位的值。需要取哪一位，就将哪一位置为0。掩码，一般是用来按位与运算。

        0011
       &0010
       ------
        0010
   

2. |：按位或，可以用来设置某一位的值。需要设置哪一位，就将哪一位置为1。

        0001
       |0010
       ------
        0011
   

3. ~：按位取反

4. #define MJRichMask (1<<1)，代表左移一位

5. 使用位域

   struct {
       char tall : 1; // 只使用1位，默认开始是最右边一位
       char rich : 1;
       char handsome : 1;
   } tallRichHandsome;
   

二、isa

1. 变化

   • 在arm64架构之前，isa就是一个普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
   • 从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，使用位域来存储更多的信息

       union isa_t {
       isa_t() { }
       isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
   
       Class cls;
       uintptr_t bits;
   #if defined(ISA_BITFIELD)
       struct {
           ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
       };
   #endif
   };
       #   define ISA_BITFIELD                                                      \
         uintptr_t nonpointer        : 1;                                       \
         uintptr_t has_assoc         : 1;                                       \
         uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;                                       \
         uintptr_t shiftcls          : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/ \
         uintptr_t magic             : 6;                                       \
         uintptr_t weakly_referenced : 1;                                       \
         uintptr_t deallocating      : 1;                                       \
         uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;                                       \
         uintptr_t extra_rc          : 19
   

2. isa位域详解

   • nonpointer

   0，代表普通指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
   1，代表优化过，使用位域存储更多的信息

   • has_assoc

   是否设置过关联对象，如果没有，释放时会更快

   • has_cxx_dtor

   是否有c++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快

   • shiftcls

   存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息

   • magic

   用于在调试时分辨对象是否未完成初始化

   • weakly_referenced

   是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快

   • deallocating

   对象是否正在释放

   • has_sidetable_rc

   引用计数器是否过大无法存储在isa中
   如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中

   • extra_rc

   里面存储的值是引用计数器减1

三、Class

1. Class结构

   
   
   image.png

2. class_rw_t

   • class_rw_t里边的methods、properties、protocols都是二维数组，是可读可写的，包含了类的初始内容，分类的内容
     
     image.png

3. class_ro_t

   • class_ro_t里面的baseMethodList、baseProtocols、ivars、baseProperties都是一维数组，是只读的，包含了类的初始内容
     
     image.png

4. method_t

   • method_t是对方法/函数的封装

       struct method_t {
       SEL name; // 函数名
       const char *types; // 编码（返回值类型、参数类型）
       MethodListIMP imp; // 函数指针（函数地址）
   
       struct SortBySELAddress :
           public std::binary_function
       {
           bool operator() (const method_t& lhs,
                            const method_t& rhs)
           { return lhs.name < rhs.name; }
       };
   };
   

   • IMP代表函数的具体实现

   typedef id _Nullable (*IMP)(id _Nonnull, SEL _Nonnull, ...); 
   

   • SEL代表方法名/函数名，一般叫做选择器，底层结构跟char *类似
     * 可以通过@selector()和sel_registerName()获得
     * 可以通过sel_getName()和NSStringFromSelector()转成字符串
     * 不同类中相同名字的方法，所对应的方法选择器是相同的

   typedef struct objc_selector *SEL;
   

   • types包含了函数返回值、参数编码的字符串
     
     image.png
   • Type Encoding
     • iOS中提供了一个叫做@encode指令，可以将具体类型表示成字符串编码
       
       image.png

四、方法缓存

• Class内部结构中有个方法缓存（cache_t）,用散列表（哈希表）来缓存曾经调用过的方法，可以提高方法的查找速度（以空间换时间）
  

• 缓存查找

  
  

五、objc_msgSend()

1. 执行流程

   • OC中的方法，其实都是转换为objc_msgSend函数的调用
   • objc_msgSend的执行流程可以分为3大阶段
     • 消息发送
     • 动态方法解析
     • 消息转发

2. objc_msgSend的源码跟读
   

   
   
   
   

3. 消息发送流程
   

   • receiver通过isa指针找到receiverClass
   • receiverClass通过superclass指针找到superClass
   • 如果是从class_rw_t中查找方法
     • 已经排序的，二分查找
     • 没有排序的，遍历查找

4. 动态方法解析流程
   

   • 可以实现以下方法，动态添加方法实现
     +resolveInstanceMethod
+resolveClassMethod
   • 动态解析过后，会重新走“消息发送”流程
     • “从receiverClass的cache中查找方法”这一步开始执行
   • 动态方法解析例子
     
     • Method可以等价理解为struct method_t *
   • 补充：@dynamic告诉编译器不用自动生成getter和setter，不用自动生成成员变量，等到运行时再添加方法实现
     

5. 消息转发流程
   

   • 开发者可以在forwardInvocation方法中自定义任何逻辑
   • 以上方法都有对象方法、类方法两种实现
   • NSMethodSignature的生成例子
     

六、super

1. [super message]的底层实现

   • 消息接受者仍然是子类对象
   • 从父类开始查找方法的实现

2. 使用clang转化的c++代码，不一定是程序最终生成的代码。super的调用，底层其实是转换为objc_msgSendSuper2函数的调用，接受两个参数

   • struct objc_super2
   • SEL

   struct objc_super2 {
   id receiver; // 消息接受者
   Class current_class; // receiver的Class对象
   };
   

七、LLVM的中间代码（IR）

• Objective-C在变为机器代码之前，会被LLVM编译器转换为中间代码（Intermediate Representation）
• 可以使用以下命令行指令生成中间代码
  clang -emit-llvm -S main.m
• 语法简介
  
• 具体可以参考官方文档：https://llvm.org/docs/LangRef.html

八、Runtime API

1. 类
   • 动态创建一个类（参数：父类，类名，额外的内存空间）
     Class _Nullable objc_allocateClassPair(Class _Nullable superclass, const char * _Nonnull name, size_t extraBytes)
   • 注册一个类（需要在类注册之前添加成员变量）
     void objc_registerClassPair(Class _Nonnull cls)
   • 销毁一个类
     void objc_disposeClassPair(Class _Nonnull cls)
   • 获取isa指向的Class
     Class object_getClass(id obj)
   • 设置isa指向的Class
     Class object_setClass(id obj, Class cls)
   • 判断一个OC对象是否为Class
     BOOL object_isClass(id obj)
   • 判断一个Class是否为元类
     BOOL class_isMetaClass(Class cls)
   • 获取父类
     Class class_getSuperclass(Class cls)
2. 成员变量
   • 获取一个实例变量信息
     Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char * name)
   • 拷贝示例变量列表（最后需要调用free释放）
     Ivar *class_copyIvarList(Class cls,unsigned int *outCount)
   • 设置和获取成员变量的值
     void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)
   • 动态添加成员变量（已经注册的类不能动态添加成员变量）
     BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)
   • 获取成员变量的相关信息
     const char *ivar_getName(Ivar v)
const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)
3. 属性
   • 获取一个属性
     objc_property_t _Nullable class_getProperty(Class _Nullable cls, const char * _Nonnull name)
   • 拷贝属性列表（需要调用free释放）
     objc_property_t _Nonnull * _Nullable class_copyPropertyList(Class _Nullable cls, unsigned int * _Nullable outCount)
   • 动态添加属性
     BOOL class_addProperty(Class _Nullable cls, const char * _Nonnull name, const objc_property_attribute_t * _Nullable attributes, unsigned int attributeCount)
   • 动态替换属性
     void class_replaceProperty(Class _Nullable cls, const char * _Nonnull name, const objc_property_attribute_t * _Nullable attributes, unsigned int attributeCount)
   • 获取属性的一些信息
     const char * _Nonnull property_getName(objc_property_t _Nonnull property)
const char * _Nullable property_getAttributes(objc_property_t _Nonnull property)
4. 方法
   • 获得一个实例方法、类方法
     Method _Nullable class_getInstanceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name)
Method _Nullable class_getClassMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name)
   • 方法实现相关操作
     IMP _Nullable class_getMethodImplementation(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name)
IMP _Nonnull method_setImplementation(Method _Nonnull m, IMP _Nonnull imp)
void method_exchangeImplementations(Method _Nonnull m1, Method _Nonnull m2)
   • 拷贝方法列表（需要调用free函数释放）
     Method _Nonnull * _Nullable class_copyMethodList(Class _Nullable cls, unsigned int * _Nullable outCount)
   • 动态添加方法
     BOOL class_addMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, const char * _Nullable types)
   • 动态替换方法
     IMP _Nullable class_replaceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, const char * _Nullable types)
   • 获取方法的相关信息（带有copy的需要调用free释放）
     SEL _Nonnull method_getName(Method _Nonnull m)
IMP _Nonnull method_getImplementation(Method _Nonnull m)
const char * _Nullable method_getTypeEncoding(Method _Nonnull m)
unsigned int method_getNumberOfArguments(Method _Nonnull m)
char * _Nonnull method_copyReturnType(Method _Nonnull m)
char * _Nullable method_copyArgumentType(Method _Nonnull m, unsigned int index)
   • 选择器相关
     const char * _Nonnull sel_getName(SEL _Nonnull sel)
SEL _Nonnull sel_registerName(const char * _Nonnull str)
   • 用block作为方法实现
     IMP _Nonnull imp_implementationWithBlock(id _Nonnull block)
id _Nullable imp_getBlock(IMP _Nonnull anImp)
BOOL imp_removeBlock(IMP _Nonnull anImp)