Objective-C是一门动态语言，它将很多静态语言在编译和链接时期做的事放到了运行时来处理。这样处理也就意味着，它将使我们的代码更有灵活性。比如，我们可以根据我们的意向将消息转发给其它对象，或者去替换我们想要实现的方法等。因为Objective-C“动态化”的内容都是在运行时完成的，所以，OC的运行条件不仅仅要求有帮助我们向机器说话的编译器，还要有让代码随心而动的运行时，而这个运行时就是objc Runtime。它基本上是由C和汇编实现的，它让C具有了面向对象的能力。

Runtime库主要做下面几件事：

• 封装：在这个库中，对象可以用C语言中的结构体表示，而方法可以用C函数来实现，另外再加上了一些额外的特性。这些结构体和函数被runtime函数封装后，我们就可以在程序运行时创建，检查，修改类、对象和它们的方法了。
• 找出方法的最终执行代码：当程序执行[object doSomething]时，会向消息接收者(object)发送一条消息(doSomething)，runtime会根据消息接收者是否能响应该消息而做出不同的反应。

类与对象

Objective-C是对C的进一步封装，让C有了面对对象的能力，为什么这么说呢，我们可以看一下下面的这个例子：

Person *per = [[Person alloc] init];

这是一个很简单的获取实例化对象的方法。
那么这个语句在经过编译后会变成什么样呢，想看的话我们可以这样做：

• 打开Xcode，创建一个命令行文件。

• 创建一个.m 文件，在里边定义我们想要的类， 内容如下所示：

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Person : NSObject

@property (nonatomic, assign) NSInteger age;

@end

@implementation Person

@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *p = [[Person alloc] init];
        p.age = 18;
        NSLog(@"%ld", p.age);
    }
    return 0;
}

• 打开命令行，编译main.m为.cpp文件，打开文件可以看到main函数中的实现如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ 
    { 
        __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        Person *p = ((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
        ((void (*)(id, SEL, NSInteger))(void *)objc_msgSend)((id)p, sel_registerName("setAge:"), (NSInteger)18);
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_dd_c58dp2w556l44jqlhxdgthdh0000gn_T_main_449954_mi_0, ((NSInteger (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)p, sel_registerName("age")));
    }
    return 0;
}

在以上函数中，采用了消息发送机制，可以看到，OC在这里也脱去了它面向对象的外衣，显露除了些许本质。
以实例化对象p的初始化过程为例，简要分析一下其实现过程：
首先，在原文件中的

Person *p = [[Person alloc]init];

先后调用了两个方法，也即发送了两个消息， 对应的，编译后文件就是实现这一过程。

Person *(*)(id, SEL)(void *)objc_msgSend((id)objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc"));

这一方法对应的就是Person调用的alloc方法，objc_msgSend函数发送alloc消息（需要强转），它将会返回一个结构体（Person的实例化对象）。同理，返回的对象在执行初始化方法init时，需要再次发送消息，也就有了在.cpp文件中我们看到的样子：

Person *p = ((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));

*注：在.m中如果也想如此实现，需要引用<objc/runtime.h>和<objc/message.h>

数据结构

Class

Objective-C类是由Class类型来表示的，它实际上是一个指向objc_class结构体的指针。
查看objc/runtime.h中objc_class结构体的定义如下：

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;

MetaClass

在objc_class的结构体中有isa这么一个字段，在Objective-C中，所有的类自身也是一个对象，这个对象的Class里面也有一个isa指针，它指向metaClass(元类)。
当我们向一个对象发送消息时，runtime会在这个对象所属的这个类的方法列表中查找方法；而向一个类发送消息时，会在这个类的meta-class的方法列表中查找。
meta-class之所以重要，是因为它存储着一个类的所有类方法。每个类都会有一个单独的meta-class，因为每个类的类方法基本不可能完全相同。
再深入一下，meta-class也是一个类，也可以向它发送一个消息，那么它的isa又是指向什么呢？为了不让这种结构无限延伸下去，Objective-C的设计者让所有的meta-class的isa指向基类的meta-class，以此作为它们的所属类。即，任何NSObject继承体系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作为自己的所属类，而基类的meta-class的isa指针是指向它自己。这样就形成了一个完美的闭环。
通过上面的描述，再加上对objc_class结构体中super_class指针的分析，我们就可以描绘出类及相应meta-class类的一个继承体系了，如下图所示：

继承关系Class与Meta

类与对象的操作函数

见Objective-C Runtime 运行时之一：类与对象