Runtime是什麼？見名知意，其概念無非就是“因為 Objective-C 是一門動態語言，所以它需要一個運行時系統……這就是 Runtime 系統”云云。對博主這種菜鳥而言，Runtime 在實際開發中，其實就是一組C語言的函數。胡適說：“多研究些問題，少談些主義”，雲山霧罩的概念聽多了總是容易 ...
Runtime是什麼？見名知意，其概念無非就是“因為 Objective-C 是一門動態語言，所以它需要一個運行時系統……這就是 Runtime 系統”云云。對博主這種菜鳥而言，Runtime 在實際開發中，其實就是一組C語言的函數。胡適說：“多研究些問題，少談些主義”，雲山霧罩的概念聽多了總是容易頭暈，接下來我們直接從代碼入手學習 Runtime。
1、由objc_msgSend說開去
Objective-C 中的方法調用，不是簡單的方法調用，而是發送消息，也就是說，其實 [receiver message] 會被編譯器轉化為: objc_msgSend(receiver, selector)，何以證明？新建一個類 MyClass，其.m文件如下：
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#import "MyClass.h"
@implementation MyClass
-(instancetype)init{
if (self = [super init]) {
[self showUserName];
}
return self;
}
-(void)showUserName{
NSLog(@"Dave Ping");
}
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使用 clang 重寫命令:
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$ clang -rewrite-objc MyClass.m
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然後在同一目錄下會多出一個 MyClass.cpp 文件，雙擊打開，可以看到 init 方法已經被編譯器轉化為下麵這樣：
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static instancetype _I_MyClass_init(MyClass * self, SEL _cmd) {
if (self = ((MyClass *(*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("MyClass"))}, sel_registerName("init"))) {
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("showUserName"));
}
return self;
}
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我們要找的就是它：
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((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("showUserName"))
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objc_msgSend 函數被定義在 objc/message.h 目錄下，其函數原型是醬紫滴：
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OBJC_EXPORT void objc_msgSend(void /* id self, SEL op, ... */ )
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該函數有兩個參數，一個 id 類型，一個 SEL 類型。
2、SEL
SEL 被定義在 objc/objc.h 目錄下：
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typedef struct objc_selector *SEL;
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其實它就是個映射到方法的C字元串，你可以用 Objective-C 編譯器命令 @selector() 或者 Runtime 系統的 sel_registerName 函數來獲得一個 SEL 類型的方法選擇器。
3、id
與 SEL 一樣，id 也被定義在 objc/objc.h 目錄下：
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typedef struct objc_object *id;
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id 是一個結構體指針類型，它可以指向 Objective-C 中的任何對象。objc_object 結構體定義如下：
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struct objc_object { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;};
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我們通常所說的對象，就長這個樣子，這個結構體只有一個成員變數 isa，對象可以通過 isa 指針找到其所屬的類。isa 是一個 Class 類型的成員變數，那麼 Class 又是什麼呢？
4、Class
Class 也是一個結構體指針類型：
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typedef struct objc_class *Class;
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objc_class 結構體是醬紫滴：
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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
} OBJC2_UNAVAILABLE;
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我們通常說的類就長這樣子：
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·Class 也有一個 isa 指針，指向其所屬的元類（meta）。
-
·super_class：指向其超類。
-
·name：是類名。
-
·version：是類的版本信息。
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·info：是類的詳情。
-
·instance_size：是該類的實例對象的大小。
-
·ivars：指向該類的成員變數列表。
-
·methodLists：指向該類的實例方法列表，它將方法選擇器和方法實現地址聯繫起來。methodLists 是指向 ·objc_method_list 指針的指針，也就是說可以動態修改 *methodLists 的值來添加成員方法，這也是 Category 實現的原理，同樣解釋了 Category 不能添加屬性的原因。
-
·cache：Runtime 系統會把被調用的方法存到 cache 中（理論上講一個方法如果被調用，那麼它有可能今後還會被調用），下次查找的時候效率更高。
-
·protocols：指向該類的協議列表。
說到這裡有點亂了，我們來捋一下，當我們調用一個方法時，其運行過程大致如下：
首先，Runtime 系統會把方法調用轉化為消息發送，即 objc_msgSend，並且把方法的調用者，和方法選擇器，當做參數傳遞過去.
此時，方法的調用者會通過 isa 指針來找到其所屬的類，然後在 cache 或者 methodLists 中查找該方法，找得到就跳到對應的方法去執行。
如果在類中沒有找到該方法，則通過 super_class 往上一級超類查找（如果一直找到 NSObject 都沒有找到該方法的話，這種情況，我們放到後面消息轉發的時候再說）。
前面我們說 methodLists 指向該類的實例方法列表，實例方法即-方法，那麼類方法（+方法）存儲在哪兒呢？類方法被存儲在元類中，Class 通過 isa 指針即可找到其所屬的元類。
上圖實線是 super_class 指針，虛線是 isa 指針。根元類的超類是NSObject，而 isa 指向了自己。NSObject 的超類為 nil，也就是它沒有超類。
5、使用objc_msgSend
前面我們使用 clang 重寫命令，看到 Runtime 是如何將方法調用轉化為消息發送的。我們也可以依樣畫葫蘆，來學習使用一下 objc_msgSend。新建一個類 TestClass，添加如下方法：
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-(void)showAge{
NSLog(@"24");
}
-(void)showName:(NSString *)aName{
NSLog(@"name is %@",aName);
}
-(void)showSizeWithWidth:(float)aWidth andHeight:(float)aHeight{
NSLog(@"size is %.2f * %.2f",aWidth, aHeight);
}
-(float)getHeight{
return 187.5f;
}
-(NSString *)getInfo{
return @"Hi, my name is Dave Ping, I'm twenty-four years old in the year, I like apple, nice to meet you.";
}
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我們可以像下麵這樣，使用 objc_msgSend 依次調用這些方法：
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TestClass *objct = [[TestClass alloc] init];
((void (*) (id, SEL)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("showAge"));
((void (*) (id, SEL, NSString *)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("showName:"), @"Dave Ping");
((void (*) (id, SEL, float, float)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("showSizeWithWidth:andHeight:"), 110.5f, 200.0f);
float f = ((float (*) (id, SEL)) objc_msgSend_fpret) (objct, sel_registerName("getHeight"));
NSLog(@"height is %.2f",f);
NSString *info = ((NSString* (*) (id, SEL)) objc_msgSend) (objct, sel_registerName("getInfo"));
NSLog(@"%@",info);
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也許你已經註意到，objc_msgSend 在使用時都被強制轉換了一下，這是因為 objc_msgSend 函數可以hold住各種不同的返回值以及多個參數，但預設情況下是沒有參數和返回值的。如果我們把調用 showAge 方法改成這樣：
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objc_msgSend(objct, sel_registerName("showAge"));
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Xcode 就會報錯：
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Too many arguments to function call, expected 0, have 2.
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完整的 objc_msgSend 使用代碼在這裡。
6、objc_msgSendSuper
編譯器會根據情況在 objc_msgSend，objc_msgSend_stret，objc_msgSendSuper，objc_msgSendSuper_stret 或 objc_msgSend_fpret 五個方法中選擇一個來調用。如果消息是傳遞給超類，那麼會調用 objc_msgSendSuper 方法，如果消息返回值是數據結構，就會調用 objc_msgSendSuper_stret 方法，如果返回值是浮點數，則調用 objc_msgSend_fpret 方法。
這裡我們重點說一下 objc_msgSendSuper，objc_msgSendSuper 函數原型如下：
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OBJC_EXPORT void objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ )
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當我們調用 [super selector] 時，Runtime 會調用 objc_msgSendSuper 方法，objc_msgSendSuper 方法有兩個參數，super 和 op，Runtime 會把 selector 方法選擇器賦值給 op。而 super 是一個 objc_super 結構體指針，objc_super 結構體定義如下：
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struct objc_super {
/// Specifies an instance of a class.
__unsafe_unretained 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 Class class;
#else
__unsafe_unretained Class super_class;
#endif
/* super_class is the first class to search */
};
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Runtime 會創建一個 objc_spuer 結構體變數，將其地址作為參數（super）傳遞給 objc_msgSendSuper，並且將 self 賦值給 receiver：super—>receiver=self。
舉個慄子，問下麵的代碼輸出什麼：
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@implementation Son : Father
- (id)init
{
self = [super init];
if (self)
{
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
}
return self;
}
@end
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答案是全部輸出 Son。
使用 clang 重寫命令，發現上述代碼被轉化為:
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NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_a5cecc_mi_0, NSStringFromClass(((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("class"))));
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_a5cecc_mi_1, NSStringFromClass(((Class (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){ (id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("Son")) }, sel_registerName("class"))));
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當調用 [super class] 時，會轉換成 objc_msgSendSuper 函數：
-
第一步先構造 objc_super 結構體，結構體第一個成員就是 self。第二個成員是 (id)class_getSuperclass(objc_getClass(“Son”)).
-
第二步是去 Father 這個類里去找 - (Class)class，沒有，然後去 NSObject 類去找，找到了。最後內部是使用 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class)) 去調用，此時已經和 [self class] 調用相同了，所以兩個輸出結果都是 Son。
7、對象關聯
對象關聯允許開發者對已經存在的類在 Category 中添加自定義的屬性：
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OBJC_EXPORT void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_1);
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·object 是源對象
·value 是被關聯的對象
·key 是關聯的鍵，objc_getAssociatedObject 方法通過不同的 key 即可取出對應的被關聯對象
·policy 是一個枚舉值，表示關聯對象的行為，從命名就能看出各個枚舉值的含義：
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typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0, /**< Specifies a weak reference to the associated object. */
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object.
* The association is not made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3, /**< Specifies that the associated object is copied.
* The association is not made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401, /**< Specifies a strong reference to the associated object.
* The association is made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403 /**< Specifies that the associated object is copied.
* The association is made atomically. */
};
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要取出被關聯的對象使用 objc_getAssociatedObject 方法即可，要刪除一個被關聯的對象，使用 objc_setAssociatedObject 方法將對應的 key 設置成 nil 即可：
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objc_setAssociatedObject(self, associatedKey, nil, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
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objc_removeAssociatedObjects 方法將會移除源對象中所有的關聯對象.
舉個慄子，假如我們要給 UIButton 添加一個監聽單擊事件的 block 屬性，新建 UIButton 的 Category，其.m文件如下：
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#import "UIButton+ClickBlock.h"
#import static const void *associatedKey = "associatedKey";
@implementation UIButton (ClickBlock)
//Category中的屬性，只會生成setter和getter方法，不會生成成員變數
-(void)setClick:(clickBlock)click{
objc_setAssociatedObject(self, associatedKey, click, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
[self removeTarget:self action:@selector(buttonClick) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
if (click) {
[self addTarget:self action:@selector(buttonClick) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
}
}
-(clickBlock)click{
return objc_getAssociatedObject(self, associatedKey);
}
-(void)buttonClick{
if (self.click) {
self.click();
}
}
@end
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然後在代碼中，就可以使用 UIButton 的屬性來監聽單擊事件了：
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UIButton *button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
button.frame = self.view.bounds;
[self.view addSubview:button];
button.click = ^{
NSLog(@"buttonClicked");
};
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完整的對象關聯代碼點這裡。
8、自動歸檔
博主在學習 Runtime 之前，歸檔的時候是醬紫寫的：
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- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder{
[aCoder encodeObject:self.name forKey:@"name"];
[aCoder encodeObject:self.ID forKey:@"ID"];
}
- (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder{
if (self = [super init]) {
self.ID = [aDecoder decodeObjectForKey:@"ID"];
self.name = [aDecoder decodeObjectForKey:@"name"];
}
return self;
}
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那麼問題來了，如果當前 Model 有100個屬性的話，就需要寫100行這種代碼：
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[aCoder encodeObject:self.name forKey:@"name"];
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想想都頭疼，通過 Runtime 我們就可以輕鬆解決這個問題：
1.使用 class_copyIvarList 方法獲取當前 Model 的所有成員變數.
2.使用 ivar_getName 方法獲取成員變數的名稱.
3.通過 KVC 來讀取 Model 的屬性值（encodeWithCoder:），以及給 Model 的屬性賦值（initWithCoder:）.
舉個慄子，新建一個 Model 類，其.m文件如下：
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#import "TestModel.h"
#import #import @implementation TestModel
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder{
unsigned int outCount = 0;
Ivar *vars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
Ivar var = vars[i];
const char *name = ivar_getName(var);
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
// 註意kvc的特性是，如果能找到key這個屬性的setter方法，則調用setter方法
// 如果找不到setter方法，則查找成員變數key或者成員變數_key，並且為其賦值
// 所以這裡不需要再另外處理成員變數名稱的“_”首碼
id value = [self valueForKey:key];
[aCoder encodeObject:value forKey:key];
}
}
- (nullable instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder{
if (self = [super init]) {
unsigned int outCount = 0;
Ivar *vars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
Ivar var = vars[i];
const char *name = ivar_getName(var);
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
[self setValue:value forKey:key];
}
}
return self;
}
@end
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完整的自動歸檔代碼在這裡。
9、字典與模型互轉
最開始博主是這樣用字典給 Model 賦值的：
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-(instancetype)initWithDictionary:(NSDictionary *)dict{
if (self = [super init]) {
self.age = dict[@"age"];
self.name = dict[@"name"];
}
return self;
}
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可想而知，遇到的問題跟歸檔時候一樣（後來使用MJExtension），這裡我們稍微來學習一下其中原理，字典轉模型的時候：
1.根據字典的 key 生成 setter 方法
2.使用 objc_msgSend 調用 setter 方法為 Model 的屬性賦值（或者 KVC）
模型轉字典的時候：
1.調用 class_copyPropertyList 方法獲取當前 Model 的所有屬性
2.調用 property_getName 獲取屬性名稱
3.根據屬性名稱生成 getter 方法
4.使用 objc_msgSend 調用 getter 方法獲取屬性值（或者 KVC）
代碼如下：
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#import "NSObject+KeyValues.h"
#import #import @implementation NSObject (KeyValues)
//字典轉模型
+(id)objectWithKeyValues:(NSDictionary *)aDictionary{
id objc = [[self alloc] init];
for (NSString *key in aDictionary.allKeys) {
id value = aDictionary[key];
/*判斷當前屬性是不是Model*/
objc_property_t property = class_getProperty(self, key.UTF8String);
unsigned int outCount = 0;
objc_property_attribute_t *attributeList = property_copyAttributeList(property, &outCount);
objc_property_attribute_t attribute = attributeList[0];
NSString *typeString = [NSString stringWithUTF8String:attribute.value];
if ([typeString isEqualToString:@"@\"TestModel\""]) {
value = [self objectWithKeyValues:value];
}
/**********************/
//生成setter方法，並用objc_msgSend調用
NSString *methodName = [NSString stringWithFormat:@"set%@%@:",[key substringToIndex:1].uppercaseString,[key substringFromIndex:1]];
SEL setter = sel_registerName(methodName.UTF8String);
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