Obj-C灵魂-Runtime

Obj-C之所以被称之为动态语言，完全是因为Runtime库，Runtime库是由C语言和汇编语言所写的，它在C语言的基础上，为Obj-C增加了面向对象的特征。同时借鉴SmallTalk增加了消息转发。说透彻了就是我们所写的所有Obj-C代码，都会通过Runtime库转换为C语言的代码。针对这么一个大家无时不刻都在使用的类库，是有必要深入了解一下的。

1.数据结构及常用名词解释

之所以开篇将一些数据的结构组成以及常用的名词解释，是为了大家在后续的过程中不会懵逼，咱们也不着急，那就一步步，踏踏实实的看。

1.Class

我们通常所说的 Class，实际上是指向 objc_class 结构体的指针，objc_class在 objc_class里定义如下：

struct objc_class {
    Class isa;                                  // is a kind of的意思
#if !__OBJC2__
    Class super_class;                          // 获取父类
    const char *name;                           // 类名
    long version;                               // 类的版本号
    long info;                                  // 理解为类的相关信息
    long instance_size;                         // 实例的大小
    struct objc_ivar_list *ivars;               // 获取成员变量列表
    struct objc_method_list **methodLists;      // 获取方法列表
    struct objc_cache *cache;                   // 方法缓存列表
    struct objc_protocol_list *protocols;       // 获取协议列表
#endif
};

// 获取类名
const char * class_getName ( Class class);

// 获取父类
Class class_getSuperclass ( Class class );

// 判断给定的Class是否是一个元类
BOOL class_isMetaClass ( Class class );

// 获取实例大小
size_t class_getInstanceSize ( Class class );

// 获取类中指定名称实例成员变量的信息
Ivar class_getInstanceVariable ( Class class, const char *name );

// 获取类成员变量的信息
Ivar class_getClassVariable ( Class class, const char *name );

// 添加成员变量
BOOL class_addIvar ( Class class, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types );

// 获取整个成员变量列表
Ivar * class_copyIvarList ( Class class, unsigned int *outCount );

// 添加协议
BOOL class_addProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );

// 返回类是否实现指定的协议
BOOL class_conformsToProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );

// 获取版本号
int class_getVersion ( Class cls );
// 设置版本号
void class_setVersion ( Class cls, int version );

2.Object

struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;           // 指向所属的类
};

3.Method

struct objc_method {  
    SEL method_name;                            // Hased MethodName
    char *method_types;                         // TypeEncoding
    IMP method_imp;                             // Implemention
};

// 添加方法
BOOL class_addMethod ( Class class, SEL name, IMP imp, const char *types );

// 获取实例方法
Method class_getInstanceMethod ( Class class, SEL name );

// 获取类方法
Method class_getClassMethod ( Class class, SEL name );

// 获取所有方法的数组
Method * class_copyMethodList ( Class class, unsigned int *outCount );

// 替代方法的实现
IMP class_replaceMethod ( Class class, SEL name, IMP imp, const char *types );

// 返回方法的具体实现
IMP class_getMethodImplementation ( Class class, SEL name );
IMP class_getMethodImplementation_stret ( Class class, SEL name );

// 类实例是否响应指定的selector
BOOL class_respondsToSelector ( Class class, SEL sel );

4.Property

// 获取指定的属性
objc_property_t class_getProperty ( Class class, const char *name );

// 获取属性列表
objc_property_t * class_copyPropertyList ( Class class, unsigned int *outCount );

// 为类添加属性
BOOL class_addProperty ( Class class, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );

// 替换类的属性
void class_replaceProperty ( Class class, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );

2.方法调用流程

1.objc在向一个对象发送消息时，发生了什么？

Obj-C采用的是消息转发机制来实现方法的调用。

// 定义了一个Person类，有一个最简单的吃东西的方法
@interface Person : NSObject

- (void)eat:(NSString *)foodName andCount:(int)count;

@end


#import "Person.h"


@implementation Person

- (void)eat:(NSString *)foodName andCount:(int *)count {

    NSLog(@"Person eat %d-%@",count,foodName);
    
}
@end

我们在VC中调用这个方法

Person *person = [[Person alloc] init];
[person eat:@"potatoo" andCount:5];

// 实际上调用的是一下方法，如果有多个参数，在后面依次排开
objc_msgsend(person,@selector(eat:andCount:),5);

我们根据上面的图片可以推导出：

• 1.对象会根据自己的 isa 指针找到自己所属的类。
• 2.从当前类 Method_Cache 中，查找对应的 SEL(方法名Hash化),如果没有再去 Method_List 里面找，并且放入 Method_Cache 中。
• 3.如果还查找不到，就到当前类的父类中查找。
• 4.向上的链条一直找不到就会报出崩溃。

但是你可能会感到很疑惑，每次调用方法都必须到自己的当前类，父类以及更上的层级去遍历岂不是很耗费时间，所以我们可以引出objc_Cache,objc_Cache会把最常用的方法存储起来，以method_name作为Key值，以method_imp作为value值进行存储，这样下一次就会优先查找objc_cache了，大大提高了效率。

struct objc_cache {
    unsigned int mask;
    unsigned int occupied;
    Method buckets[1];
};

3.Runtime应用场景

1.利用 Runtime 自动归、解档

在需要归、解档的对象的.m实现文件中采用下面的方法。

本质是利用 Runtime 获取 实例变量列表 Ivar_list 中的实例变量 ，在进行接下来的操作即可

自动归档

- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder {
    
    if (self = [super init])
    {
        Class class = self.class;
        
        while (class && class != [NSObject class])
        {
            unsigned int count = 0;
            
            Ivar *ivars = class_copyIvarList(class, &count);
            
            for (int i = 0; i < count; i++)
            {
                NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivars[i])];
                
                id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
                
                [self setValue:value forKey:key];
            }
            
            class = [class superclass];
            
            free(ivars);
        }
    }
    return self;
}

自动解档

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder {
    
    Class class = self.class;
    
    while (class && class != [NSObject class])
    {
        unsigned int count = 0;
        
        Ivar *ivars = class_copyIvarList(class, &count);
        
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivars[i])];
            
            id value = [aCoder decodeObjectForKey:key];
            
            [aCoder encodeObject:value forKey:key];
        }
        
        class = [class superclass];
        
        free(ivars);
    }
}

2.利用 Runtime 遍历方法、属性、协议列表

3. Method Swizzling

4.动态增加方法、属性