初探runtime

1 简介

　　runtime，也叫它运行时系统。它是用c写的一套API，oc代码底层实现全都依赖它。我们说它是运行时，是相比编译，在程序编译完成之后，一些对象可通过runtime来干一些在编译时看似不可能的事。比如，动态添加一个属性，动态添加一个方法，交换两个方法之类的，还有很多能力。可以说，runtime是幕后黑手之一(没有贬义)。举个例子，让你来感受一下runtime。

　　首先，创建一个对象Test *a = [[Test alloc] init];然后调用它的方法run，如下图：

　　从代码中看，好像是对象a去调用方法run，不过这样理解也可以，我这里想说的是，在终端使用命令clang -rewrite-objc main.m生成main.cpp文件，里面有下列代码，如图：

　　我们可以看到[a run]转换成了objc_msgSend(a, sel_registerName("run"));也就是说，对象a调用方法run，实际上是runtime调用了一个方法，参数就是对象和方法名，如果方法需要参数，会跟在后面，可以自己去试试。那么我们可以这样理解，所有的对象调用方法，最终都被转换成了objc_msgSend(id, sel)。

2 几个概念

2.1 isa

在oc里面有一个叫isa的指针，它指向元类，元类的isa又会指向根元类，最终指向了NSObject的元类，这样形成一个环。所谓元类，就是类对象，例如类A,实例化出一个对象a，那么对象a的isa指针就是指向A，类A本身也是一个对象，叫类对象。如下图所示：

我们打开objc/runtime.h，可以看到class的定义：

struct objc_class {
　　Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__ Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;         // 父类
　　const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;                      // 类名
　　long version OBJC2_UNAVAILABLE;                          // 类的版本信息，默认为0
　　long info OBJC2_UNAVAILABLE;                             // 类信息，供运行期使用的一些位标识
　　long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;                    // 该类的实例变量大小
　　struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;          // 该类的成员变量链表
　　struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法定义的链表
　　struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;              // 方法缓存
　　struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;  // 协议链表
#endif } OBJC2_UNAVAILABLE;

　　从上述代码中可以看到class的本质，它是一个含有isa指针的结构体，里面有父类、类名、方法列表、成员变量列表等变量。也就是说通过runtime我们可以知道该对象拥有的方法列表和成员变量列表，runtime提供了相应的api，这里就不赘述了。

2.2 SEL(方法选择器)

　　sel是方法编号，不同于函数指针，它只能通过方法名找到该方法的指针。对象内部有一个方法列表，sel通过方法名可以找到方法列表中的方法，这也是对象内部不能有同名函数的原因。下面举几个例子：

　　(1)通过sel进行方法选择器

SEL sel = NULL;
switch (count) {
       case :
            sel = @selector(dismiss);
            break;
       case :
            sel = @selector(start);
       default:
            sel = @selector(stop);
            break;
}

　　(2)延迟加载某个方法

[self performSelector:@selector(dismiss) withObject:nil afterDelay:2.0];2秒钟之后调用方法dismiss。

2.3 IMP(函数指针)

　　 如果你没有忘记曾经被c支配的恐惧的话，应该对函数指针这个概念印象深刻，IMP就是函数指针。你可以这样理解，你能找到某个函数的指针，那么拥有该函数的对象就可以直接去调用了，而不需要通过方法名去调用。但是函数指针也是需要通过方法名去获取的，这里可以把IMP和SEL结合起来，看看下面的例子。

　　(1)找到当前对象的方法log的函数指针后，直接调用。同时，也可以找其他对象内部的函数指针，然后直接调用：

IMP imp = [self methodForSelector:@selector(log)];
imp();

　　(2)交换方法。当viewcontroller的子类调用viewWillAppear:时会变成调用方法logViewWillAppear:从而达到交换方法的目的。

+ (void)load{
    Method method1 = class_getInstanceMethod([self class], @selector(viewWillAppear:));
    Method method2 = class_getInstanceMethod([self class], @selector(logViewWillAppear:));
    method_exchangeImplementations(method1, method2);
}

- (void)logViewWillAppear:(BOOL)animated{
    NSString *className = NSStringFromClass([self class]);
    if ([className hasPrefix:@"LMF"]) {
        NSLog(@"%@ will appear", className);
    }
    [self logViewWillAppear:animated];
}

2.4 Method

　　在上面提到了Method,这里我们来看看Method到底是什么。首先看看runtime.h文件中的定义：

struct objc_method {
    SEL method_name
    char *method_types
    IMP method_imp
}                     

　　可以看出，它是一个结构体，包含SEL和IMP，实际上相当于在SEL和IMP之间作了一个映射。有了SEL，我们便可以找到对应的IMP，从而调用方法的实现代码。

　　以上是初次研究runtime的一些心得，还有如何使用runtime和runtime使用场景等模块会在后续文章中讲到。