类NSObject与runtime系统基础知识总结

与runtime交互的三种方式

runtime system：基本上是用C和汇编写的一个runtime库，这个库使得C语言获得面向对象的能力，负责完成对象生成、释放时的内存管理，为发来的消息查找对应的处理方法。

• OC源代码，OC中的类方法和协议在runtime中由一些数据结构来定义。
• NSObject方法，Cocoa中的大多数类都继承自NSObject类。
• runtime函数，runtime是由一系列函数和数据结构组成，具有公共接口的动态共享库。

根类作用

根类的作用：程序无法直接是使用runtime system的功能，而根类能够提供了基本的runtime system功能，相当于runtime的一个接口。
NSObject：大多数OC类的根类。

类、对象和实例

Class类型：表示Objective－C中的类。
类对象（class object）:类本身也是一个对象，即Class类型的对象。
class 类型定义如下：

typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;       //指向所属类的指针
    #if !__OBJC2__
    Class super_class                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 父类
    const char *name                        OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类名
    long version                            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类的版本信息，默认为0
    long info                               OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类信息，供运行期使用的一些位标识
    long instance_size                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的实例变量大小
    struct objc_ivar_list *ivars            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的成员变量链表
    struct objc_method_list **methodLists   OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法定义的链表
    struct objc_cache *cache                OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法缓存
    struct objc_protocol_list *protocols    OBJC2_UNAVAILABLE;  // 协议链表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

元类（meta class）:类对象所属的类就是元类，在Objective－C中类也是对象，即元类的实例，要注意的是，元类自身也是对象，其所属类是根类的元类。
isa指针：用来指向对象所属的类，子类不能修改，也不能直接访问。通过isa指针可以找到实例对象的所属类，但并不总是指向对象的所属类，如KVO中。
id：指向实例对象的指针，实例对象是一个objc_object的数据结构，包含一个isa指针。
struct objc_object:表示一个类的实例的结构体，定义如下：

struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
typedef struct objc_object *id;

注：
isa指针 是objc_class，即Class类型，指向的是对象的所属类，所以对象的所属类是Class类型。
id指针 是objc_object，内部包含一个isa指针。

ivars：所有的成员变量和属性都是放在ivars链表里的
ivar类型：表示一个实例变量，结构如下：

/// An opaque type that represents an instance variable.
typedef struct objc_ivar *Ivar
struct objc_ivar {
    char *ivar_name                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *ivar_type                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    int ivar_offset                  OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                        OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}

objc_property_t类型：表示OC中声明的属性
objc_property_attribute_t类型：属性特性定义

/// An opaque type that represents an Objective-C declared property.
typedef struct objc_property *objc_property_t;
typedef struct {
    const char *name;           /**< The name of the attribute */
    const char *value;          /**< The value of the attribute (usually empty) */
} objc_property_attribute_t;

实例对象、Class类对象与元类的关系

• 实例对象的isa指针指向类对象，即所属类是class。
• 类对象的isa指针指向元类，即类对象的所属类是元类。
• 所有元类的isa指针都指向根类的元类（包括根类的元类的isa指针），即所有元类的所属类是根类的元类。
• 所有类的根类最终都是NSObject。
• 所有类对象的父类最终继承子NSObject，NSObject的父类为nil。

三者关系如下：

• Instance Of Root class是struct objc_object结构
• Root class（class）和Root class（meta）都是struct objc_class结构

对象、类与元类的关系

Method类型、选择器和SEL类型

Method类型：表示类中定义中的方法
Method中，SEL唯一确定方法名，IMP确定方法的实现函数

/// An opaque type that represents a method in a class definition. opaque type：隐含类型
typedef struct objc_method *Method;
struct objc_method {
    SEL method_name                   OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *method_types                OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP method_imp                    OBJC2_UNAVAILABLE;
};
/// Defines a method
struct objc_method_description {
    SEL name;               /**< The name of the method */
    char *types;            /**< The types of the method arguments */
}; 

选择器：又称消息选择器，与函数通过函数名区分一样，消息通过消息名区分
消息表达式格式即使用如下：

[obj msg］;
UIView *view = [[UIView alloc]init];    //使用消息表达式创建了初始化一个UIView的对象

SEL类型：表示一个方法的选择器。选择器被编译后会被一个内部标识符替代，这个标识符的类型就是SEL类型，相同的方法名（选择器）的SEL变量值一定相同。
@selector()指令：通过该指令就能获得了SEL类型变量，对变量进行操作

SEL msg = @selector(init);      //取得了init方法的SEL变量
[a init];                       //a的进行初始化
[a performSelector:msg];        //a进行初始化
[b performSelector:msg];        //b进行初始化

在上述代码中可以看到[a init]的效果与[a performSelector:msg]的效果时一样的，并且[b performSelector:msg]并没有调用a的init方法，通过断点可以看到SEL变量的值前后并没有变化，因此根据SEL类型，可以根据条件动态选择执行哪个方法 SEL类型作用与函数指针类似，但是函数指针指向的是函数的地址，这是在编译过程中就决定了的。

消息搜索

• 实例对象在调用方法时，会检查类对象中是否存在同名的消息，若类中没有，就继续查找父类，若父类没有，就一直顺着父类的super 类往上找，直到根类，若根类NSObject中没有，由于根类的superclass指针指向空，因此会提示执行错误。
• 同样若类对象执行静态方法，就查找其元类，若元类没有，则查找元类的父类，一直往上找，直到根元类，若根元类没有同名方法，由于根元类的superclass指向根类NSObject，因此会查找NSObject中是否有同名方法，若有则执行，没有则由于NSObject的superclass为空，因此会提醒执行错误。

以函数的形式调用方法

类中定义的方法通常以函数的方式实现，在使用OC进行编程时通常也不会直接操作方法所对应的函数。若想让程序运行更快，可以使用IMP指针，但这样会失去OC的动态性和多态性。

IMP:是一个函数指针，它指向了方法实现的入口。

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

可以看到IMP指针的返回值是id类型，而参数id则是调用SEL类型方法的对象，...则代表其它参数。假设类Test中有实例方法func，其参数为NSString 类型，func返回NSString 类型，要打印返回的NSString *，默认采用如下方式调用：

NSLog(@"%@",[test func:@"hzc"]);

在默认情况下，工程的这个配置是打开的，此时IMP被定义为无参数无返回值的函数，因此可以自定义IMP指针的方式，避免每次都要关闭该项。

关闭objc_msgSend配置

除了默认的方式外，还可以用IMP指针的方式：

Test *test = [[Test alloc]init];
IMP func1 = [test methodForSelector:@selector(func1:)];
//以下两只方式效果一样
NSString *xyz = func1(test, @selector(func1:), @"hzc");
NSLog(@"%@", xyz); 
xyz = (*func1)(test, @selector(func1:), @"fnm");
NSLog(@"%@", xyz);

由于默认的IMP指针返回值为id类型，当调用的方法的返回值为int或者空时，则会出现EXC_BAD_ACCESS的错误。若要使IMP指针能够指向返回void或者int类型的方法，可以自定义一个IMP指针，在要实现的函数中国年，至少需要id和SEL两个参数。

//自定义一个可以调用返回值为void的IMP指针
typedef void (*V_IMP)( id, SEL, ...);
- (void)func3:(NSString *)str {
    NSLog(@"%@",str);
}
//定义返回值为void的IMP指针
V_IMP func_p3 = (V_IMP)[test methodForSelector:@selector(func3:)];
func_p3(test, @selector(func3:), @"+++++++++++++++");