2019runtime相关

• 数据结构:objc_object, objc_class, isa, superClass class_data_bits_t, cache_t method_t
• 对象, 类对象, 元类对象
• 消息传递
• 消息转发

一、数据结构：objc_object，objc_class，isa，class_data_bits_t，cache_t，method_t

image.png

• objc_object isa_t, 关于isa操作相关, 弱引用相关, 关联对象相关, 内存管理相关

• objc_class 继承自objc_object, class, superclass, cache_t cache, class_data_bits_t bits

• isa 指针, 共用体 isa_t

  
  
  image.png

• isa 指向
  关于对象, 其 isa 指向类对象
  关于类对象, 其 isa 指向元类对象
  关于元类对象, 其 isa 指向根元类对象
  关于根元类对象, 其 isa 指向其自身
  实例--(isa)-->class--(isa)-->MetaClass

• cache_t
  用于快速查找方法执行函数,是可增量扩展的哈希表结构, 是局部性原理的最佳运用(LRU 算法)

  struct cache_t {
     struct bucket_t *_buckets;//一个散列表，用来方法缓存，bucket_t类型，包含key以及方法实现IMP
     mask_t _mask;//分配用来缓存bucket的总数
     mask_t _occupied;//表明目前实际占用的缓存bucket的个数
  ｝
  struct bucket_t {
     private:
    cache_key_t _key;
    IMP _imp;
  ｝
  

• class_data_bits_t：对class_rw_t的封装

  struct class_rw_t {
       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;
  ｝    
  

  Objc的类的属性、方法、以及遵循的协议都放在class_rw_t中，class_rw_t代表了类相关的读写信息，是对class_ro_t的封装，而class_ro_t代表了类的只读信息，存储了 编译器决定了的属性、方法和遵守协议

  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;
      method_list_t * baseMethodList;
      protocol_list_t * baseProtocols;
      const ivar_list_t * ivars;
  
      const uint8_t * weakIvarLayout;
      property_list_t *baseProperties;
  
      method_list_t *baseMethods() const {
          return baseMethodList;
      }
    };
  

  • method_t
    函数四要素：名称，返回值，参数，函数体

  struct method_t {
     SEL name;           //名称
     const char *types;//返回值和参数
     IMP imp;              //函数体
  ｝
  

二、实例对象 类对象 元类对象

• 类对象存储实例方法列表等信息

• 元类对象存储类方法列表等信息

  
  
  image.png

• 关于对象, 其 isa 指向类对象

• 关于类对象, 其 isa 指向元类对象, 其 superClass指向其父类, 其父类的superClass指向父类的父类.........直至指向根类NSObject, 根类NSObject的 superClass 指向的 nil, 根类的 isa 指向其根元类

• 关于元类对象, 其 isa 指向根元类对象, 其superClass指向其父类, 其父类的superClass指向父类的父类.........直至指向根元类, 根元类的superClass指向根类NSObject

• 关于根元类对象, 其 isa 指向其自身, 根元类的superClass指向根类NSObject

superClass是一层层继承的,到最后NSObject的superClass是nil.而NSObject的isa指向根元类,这个根元类的isa指向它自己,而它的superClass是NSObject,也就是最后形成一个环

三、消息传递

void objc_msgSend(void /* id self, SEL op, ... */ )

void objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ )

struct objc_super {
/// Specifies an instance of a class.
__unsafe_unretained _Nonnull id receiver;

/// Specifies the particular superclass of the instance to message. 
#if !defined(__cplusplus)  &&  !__OBJC2__
/* For compatibility with old objc-runtime.h header */
__unsafe_unretained _Nonnull Class class;
#else
__unsafe_unretained _Nonnull Class super_class;
#endif
/* super_class is the first class to search */
};

消息传递的流程：缓存查找-->当前类查找-->父类逐级查找

• 调用方法之前，先去查找缓存，看看缓存中是否有对应选择器的方法实现，如果有，就去调用函数，完成消息传递（缓存查找：给定值SEL,目标是查找对应bucket_t中的IMP，哈希查找）
• 如果缓存中没有，会根据当前实例的isa指针查找当前类对象的方法列表，看看是否有同样名称的方法 ，如果找到，就去调用函数，完成消息传递（当前类中查找：对于已排序好的方法列表，采用二分查找，对于没有排序好的列表，采用一般遍历)
• 如果当前类对象的方法列表没有，就会逐级父类方法列表中查找，如果找到，就去调用函数，完成消息传递（父类逐级查找：先判断父类是否为nil，为nil则结束，否则就继续进行缓存查找-->当前类查找-->父类逐级查找的流程）
• 如果一直查到根类依然没有查找到，则进入到消息转发流程中，完成消息传递

四、消息转发

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;//为对象方法进行决议
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;//为类方法进行决议
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;//方法转发目标
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

image.png

那么最后消息未能处理的时候，还会调用到- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector这个方法，我们也可以在这个方法中做处理，避免掉crash，但是只建议在线上环境的时候做处理，实际开发过程中还要把异常抛出来

• 方法交换(Method-Swizzling)

  + (void)load{
    Method test = class_getInstanceMethod(self, @selector(test));
  
    Method otherTest = class_getInstanceMethod(self, @selector(otherTest));
  
    method_exchangeImplementations(test, otherTest);
  }
  

应用场景：替换系统的方法，比如viewDidLoad，viewWillAppear以及一些响应方法，来进行统计信息

• 动态添加方法

  class_addMethod(self, sel, testImp, "v@:");
  
  void testImp (void){
      NSLog(@"testImp");
  }
  

• @dynamic 动态方法解析
  动态运行时语言将函数决议推迟到运行时
  编译时语言在编译期进行函数决议

• [obj foo]和objc_msgSend()函数之间有什么关系？
  objc_msgSend()是[obj foo]的具体实现。在runtime中，objc_msgSend()是一个c函数，[obj foo]会被翻译成这样的形式objc_msgSend(obj, foo)。

• runtime是如何通过selector找到对应的IMP地址的？
  缓存查找-->当前类查找-->父类逐级查找

• 能否向编译后的类中增加实例变量？
  不能。 编译后，该类已经完成了实例变量的布局，不能再增加实例变量。
  但可以向动态添加的类中增加实例变量。