Runtime小笔记（一）

前言

之前看过关于runtime的几篇文章，水平各有千秋，现在先汇集各个大牛的总结，以后找个时间将Runtime的源码啃一遍，再完善自己的笔记

什么是Runtime

Objective-C Runtime是一个将C语言转化为面向对象语言的扩展。
C++和Objective进行对比：
同： C++和Objective-C都是在C的基础上加入面向对象的特性扩充而成的程序设计语言；
异： 实现的机制差异不同。C++是基于静态类型，而Objective-C是基于动态运行时类型。也就是说用C++编写的程序编译时就直接编译成了可令机器读懂的机器语言；用Objective-C编写的程序不能直接编译成可令机器读懂的机器语言，而是在程序运行的时候，通过Runtime把程序转为可令机器读懂的机器语言。Runtime是Objective不可缺少的重要一部分；

一些 Runtime 的术语

id 和 Class

#if !OBJC_TYPES_DEFINED
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
#endif

Class是一个指向==objc_class==结构体的指针；
id是一个指向==objc_object==结构体的指针，其中的==isa==是一个指==objc_class==结构体的指针。
换句话说，id就是我们所说的对象，Class就是我们所说的类。

objc_class的定义

typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
 Class isa                                 OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
 Class super_class                         OBJC2_UNAVAILABLE;
 const char *name                          OBJC2_UNAVAILABLE;
 long version                              OBJC2_UNAVAILABLE;
 long info                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
 long instance_size                        OBJC2_UNAVAILABLE;
 struct objc_ivar_list *ivars              OBJC2_UNAVAILABLE;
 struct objc_method_list **methodLists     OBJC2_UNAVAILABLE;
 struct objc_cache *cache                  OBJC2_UNAVAILABLE;
 struct objc_protocol_list *protocols      OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

isa指针：指向的类结构称为metaclass(元类)，其中存放着static类型的成员变量与类方法（“+”开头的方法）；
super_class：指向该类的父类的指针，如果该类是根类（如NSObject或NSProxy），那么super_class就为nil；
name：类名；
version：类的版本信息，默认为0，可以通过runtime函数class_setVersion或者class_getVersion进行修改、读取；
info：类信息，供运行时期使用的一些位标识，如CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class，其中包含实例方法和变量;CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass，其中包含类方法；
instance_size：该类的实例变量大小（包括从父类继承下来的实例变量）；
ivars：该类的成员变量地址列表；
methodLists：方法地址列表，与 info 的一些标志位有关，如CLS_CLASS (0x1L)，则存储实例方法，如CLS_META (0x2L)，则存储类方法；
cache：缓存最近使用的方法地址，用于提升效率；
protocols：存储该类声明遵守的协议的列表；

类与对象的继承层次关系如图：

所有的metaclass中isa指针都是指向根metaclass，而根metaclass则指向自身。根metaclass是通过继承根类产生的，与根class结构体成员一致，不同的是根metaclass的isa指针指向自身。

SEL

SEL是方法选择器，作用就和名字一样，日常生活中，我们通过人名辨别谁是谁，注意 Objc 在相同的类中不会有命名相同的两个方法。selector 对方法名进行包装，以便找到对应的方法实现

typedef struct objc_selector *SEL;

struct objc_selector {
    char *name;                       OBJC2_UNAVAILABLE;// 方法名
    char *types;                      OBJC2_UNAVAILABLE;// 方法类型
};

IMP

IMP是由编译器生成的一个函数指针，指向方法的实现。当你发起一个消息后，这个函数指针决定了最终执行哪段代码。

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

Method

Method代表类中的某个方法的类型。

typedef struct objc_method *Method;

struct objc_method {
    SEL method_name                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法名
    char *method_types                OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法类型,存储着方法的参数类型和返回值类型
    IMP method_imp                    OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法实现
}

Ivar

Ivar代表类中实例变量的类型

typedef struct objc_ivar *Ivar;

struct objc_ivar {
    char *ivar_name                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量名
    char *ivar_type                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量类型
    int ivar_offset                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 基地址偏移字节
#ifdef __LP64__
    int space                         OBJC2_UNAVAILABLE; // 占用空间
#endif
}

objc_property_t

objc_property_t是属性,是内置的类型，与之关联的还有一个objc_property_attribute_t，它是属性的attribute，也就是其实是对属性的详细描述，包括属性名称、属性编码类型、原子类型/非原子类型等。它的定义如下

typedef struct objc_property *objc_property_t;

typedef struct {
    const char *name; // 名称
    const char *value;  // 值（通常是空的）
} objc_property_attribute_t;

Cache

方法地址缓存

typedef struct objc_cache *Cache

struct objc_cache {
    unsigned int mask                   OBJC2_UNAVAILABLE;
    unsigned int occupied               OBJC2_UNAVAILABLE;
    Method buckets[1]                   OBJC2_UNAVAILABLE;
};

mask：指定分配cache buckets的总数。在方法查找中，Runtime使用这个字段确定数组的索引位置。
occupied：实际占用cache buckets的总数。
buckets：指定Method数据结构指针的数组。这个数组可能包含不超过mask+1个元素。需要注意的是，指针可能是NULL，表示这个缓存bucket没有被占用，另外被占用的bucket可能是不连续的。这个数组可能会随着时间而增长。
objc_msgSend每调用一次方法后，就会把该方法缓存到cache列表中，下次调用的时候，就直接优先从cache列表中寻找，如果cache没有，才从methodLists中查找方法。

Catagory

这个就是我们平时所说的类别了,它可以动态的为已存在的类添加新的方法。

typedef struct objc_category *Category;

struct objc_category {
    char *category_name                           OBJC2_UNAVAILABLE; // 类别名称
    char *class_name                              OBJC2_UNAVAILABLE; // 类名
    struct objc_method_list *instance_methods     OBJC2_UNAVAILABLE; // 实例方法列表
    struct objc_method_list *class_methods        OBJC2_UNAVAILABLE; // 类方法列表
    struct objc_protocol_list *protocols          OBJC2_UNAVAILABLE; // 协议列表
}

参考文章：
Objective-C Runtime 1小时入门教程
 详解Runtime运行时机制

Cool Guy