动态运行时(RunTime)

Runtime深度解析以及实用技巧

数据结构

1. objc_object

objc_object结构体包含内容

• isa_t (union)：
  ① 指针型isa：isa的值代表Class的地址;
  ② 非指针型isa：isa的部分值代表Class地址(在寻址过程中，可能30-40位就能代表Class，为了避免内存浪费，多出来的位就存放了一些内存管理相关的内容)
  
  isa_t (union)
• isa指向
  ① 关于对象(objc_object)，其指向类对象(objc_class)，如果通过对象调用实例方法，是通过objc_object中的isa指针到objc_class对象中去查找；
  ② 关于类对象(objc_class)，其指向元类对象(MetaClass)，如果通过类调用类方法，实际上是通过objc_class中的isa指针，到MetaClass对象中去查找

2. objc_class

objc_class

• Class 是一个类对象，等同于objc_class，继承自objc_object
• cache_t
  ① 用于快速查找方法执行函数
  ② 是可增量扩展的哈希表结构
  ③ 是局部性原理的最佳应用
• class_data_bits_t
  ① class_data_bits_t主要是对class_rw_t的封装；
  ② class_rw_t 代表了类相关的读写信息(存储分类中的一些内容如 方法method_array_t methods、属性property_array_t properties、协议protocol_array_t protocols等)，是对class_ro_t的封装；
  如;
  ③ class_ro_t 代表了类相关的只读信息(储存类本身一些内容如 类名name，变量ivar_list_t * ivars，属性property_list_t，协议protocol_list_t，方法method_list_t
  
  class_rw_t
  
  
  class_ro_t

3. method_t

method_t结构体代表了一个方法的所有内容

method_t

Type Encodings

• const char* types;
  ① v 代表返回值是void类型;
  ② @ 代表第一个参数类型是id，即消息的接受者，如self([self init]);
  ③ : 代表第二个参数是SEL类型的，即@selector()，如@selector(init)；
  
  types
  
  
  type Encodings

4. 整体数据结构

整体数据结构

对象、类对象、元类对象

1. 什么是类对象，元类对象(类(Class)和对象(id)以及方法(SEL))
   ① 类对象储存实例方法列表等信息
   ② 元类对象存储类方法列表等信息

消息传递 objc_msgSend

1. 消息传递流程

对象接收到一个消息时，首先从方法缓存列表里寻找，如果找到了，进行函数调用，如果没有找到，则在当前类方法列表中寻找，找到了则进行函数调用，没找到就会逐级到父类的缓存列表、方法列表中寻找，找到了进行函数调用，如果到最上层还没找到则进入消息转发机制

消息传递流程图例

2. void objc_msgSend(void / id self, SEL op, ... / )
   消息传递转换成函数调用(这一步骤实际上是由编译器上做的)
   
   objc_msgSend
3. void objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ )

   struct objc_super{
       //specifies an instance of a class
       __unsafe_unretained id receiver;//实际上就是当前对象
   }

objc_msgSendSuper

下面是一个关于[self class]和[super class]的例子

@interface ClassA : NSObject
@end
@implementation ClassA
- (instancetype)init
{
   self = [super init];
   if (self) {
       NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
       NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
   }
   return self;
}
@end

输出结果为：

2020-04-10 23:04:46.845874+0800 test[12339:2077774] ClassA
2020-04-10 23:04:46.846015+0800 test[12339:2077774] ClassA

① [self class]被编译器转成objc_msgSend(self,@selector(class))的函数调用；
② [super class]被编译器转成objc_msgSendSuper(super, @selector(class))的函数调用；
③super是一个编译器关键字，在编译器中会转换成struct objc_super *结构体指针；
④objc_super中的__unsafe_unretained id receiver 实际上就是当前对象，所以[super class]就相当于[self class]；
⑤ 这就是两种调用输出值都为ClassA的原因。

4. 缓存方法查找(深入理解Objective-C:方法缓存)
   缓存方法的存储使用了散列(hash)表，因为散列表检索起来更快，通过hash算法，查找目标函数指针
5. 当前类中方法查找
   ① 对于已经排序好的列表，采用二分查找算法查找方法对应的执行函数；
   ② 对于没有排序的列表，采用一般遍历查找方法对应的执行函数
6. 父类逐级查找
   
   父类逐级查找流程
7. 消息转发(iOS消息转发机制实例、 iOS 消息转发机制)
   
   消息转发流程简图
8. Method-Swizzling(方法混淆)
   交换两个方法的实现

+ (void)load{
   static dispatch_once_t onceToken;
   dispatch_once(&onceToken, ^{
       Method method1 = class_getInstanceMethod([self class], NSSelectorFromString(@"touchesShouldCancelInContentView:"));
       Method method2 = class_getInstanceMethod([self class], @selector(touchesShouldCancelInContentViewSwizzle:));
       method_exchangeImplementations(method1, method2);
   });
}
- (BOOL)touchesShouldCancelInContentViewSwizzle:(UIView *)view{
   [self touchesShouldCancelInContentViewSwizzle:view];
   return YES;
}

Method-Swizzling

动态添加方法 (iOS performSelector 及相关方法)

• performSelector:响应了OC语言的动态性:延迟到运行时才绑定方法。
  当我们在使用以下方法时:

[self performSelector:@selector(sureTestMethod)];
[self performSelector:@selector(sureTestMethod) withObject:params];
[self performSelector:@selector(sureTestMethod) withObject:params withObject:params2];

编译阶段并不会去检查方法是否有效存在，只会给出警告:
Undeclared selector ''

• performSelector :可以同GCD、NSThread和NSOperation一样，在异步线程线程执行
  ① performSelectorInBackground 开启新的线程在后台执行test方法
  ② performSelector:onThread:在指定线程执行

动态方法解析

@dynamic 不需要编译器来为我们生成getter、setter方法，这样声明的属性，即使你没有实现setter与getter方法，编译时，是不会报错的；但是当你使用到setter与getter方法时(运行时)，就会报错，所以就需要由我们来在运行时动态添加；

• 动态运行时语言将函数决议推迟到运行时(运行时来确定方法的具体实现函数)
• 编译时语言在编译期进行函数决议(编译时来确定方法的具体实现函数)

思考

① [obj foo]和objc_msgSend()函数之间有什么关系？
[obj foo]编译器处理后就变成了objc_msgSend()的函数调用，然后开始了runtime的消息传递过程。
② runtime如何通过Selector找到对应IMP的地址的？
先查找当前类方法缓存，再查找当前类的方法列表，左后逐级查找父类的缓存及方法列表
③ 能否向编译后的类中增加实例变量？(注意与关联对象的区分)
不可以的，class_addIvar()方法只能为动态添加的类添加实例方法，因为编译后的类已经注册在runtime中,类结构体中的ivar_list_t实例变量的链表和instance_size实例变量的内存大小已经确定
④ 能否向动态添加的类中增加实例变量？(动态添加类的示例)
可以的

   Class MyClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], "MyClass", 0);
   BOOL isSuccess = class_addIvar(MyClass, "test", sizeof(NSString *), 0, "@");

⑤ 编译时语言与OC这种运行时语言有什么区别？

• 动态运行时语言将函数决议推迟到运行时(运行时来确定方法的具体实现函数)
• 编译时语言在编译期进行函数决议(编译时来确定方法的具体实现函数)

⑥ 消息传递与函数调用有什么区别？
C语言的函数调用在编译的时候决定调用那个函数。编译完之后直接顺序执行。
OC的消息发送是属于动态调用过程。在编译的时候决不能决定真正调用那个函数（在编译阶段，oc可以调用任何函数，而c语言在编译阶段会报错）

⑦ 当我们调用一个没有实现的方法的时候，系统如何为我们实现消息转发过程的？

//首先调用：
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;//实例方法
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;//类方法
#pragma mark -
//上述返回NO后调用：
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;
#pragma mark -
//上述方法返回nil继续调用：
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
//上诉方法返回NSMethodSignature *后调用下面方法
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

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