runtime中的重要结构体模型

id指向objc_object，Class指向objc_class，NSObject类中定义了Class isa。

1.0时，类(objc_class)的结构体中定义了指向元类的isa指针、父类、类名、实例大小、属性列表ivars、方法列表methodLists、方法缓存cache、协议protocols。而对象(objc_object)的结构体中，定义了isa指针指向类，Class isa。

2.0后，类(objc_class)继承了对象(objc_object { private isa_t isa })，struct objc_class: objc_object{ //Class isa; super; cache; data_bits}，从内存角度优化了isa指针（Tagged Pointer），其他的成员变量也做了一些结构上的调整。

class_rw_t和class_ro_t

ro-readonly编译阶段就确定的，rw-readwrite是在类第一次初始化，运行时构建的，并把编译阶段的信息拷进去。

class_ro_t在编译阶段就装载完成类的属性、方法和协议，类未初始化之前class_data_bits_t指针指向class_ro_t；class_rw_t在类调用realizeClass（类首次调用时才会执行）时候动态构建后，赋值ro和flag，并在methodizeClass时赋值属性、方法和协议。class_rw_t + rr/alloc（可释放）即class_data_bits_t。

元类meta-class

元类其实是类对象的类，引入元类是为了让类对象和实例对象，查找方法的机制统一。当给实例对象发消息时，从对象的类的方法列表里找；给类对象发消息时，从元类的方法列表里找。实例对象的isa指向类对象，类对象的isa就指向元类，元类的isa是root元类，root元类的isa指向自己。Root Class(NSObject) 的 isa→ Root Meta Class的super class→ NSObject，形成闭环。

根类isa->根元类，根元类isa->指向自己。isa闭环最终指向自己。

根类isa->根元类，根元类super->指向根类。父类闭环指向nil。

[xxx class]：类方法return self，实例方法object_getClass，return isa（即类）

objc_getClass：入参字符串获取类对象；object_getClass：入参类获取isa

isKindOfClass：类方法调object_getClass获取isa（循环查找isa指向的类的父类）后，与入参比较；实例方法调[self class]

isMemberOfClass：类方法调用object_getClass获取isa（不找父类）后，与入参比较；实例方法调[self class]。

注1：isMemberOfClass与isKindOfClass区别就是是否找消息接受者的isa的父类。

注2：OC中的内省方法：isKindOfClass，isMemberOfClass，respondToSelector，conformsToProtocol（遍历继承树，是否遵循协议，是否响应方法等）。

注3：self是隐藏参数，是在[self method]转化为obj_sendMsg时的第一个参数(id)，即方法的接收者，是给当前类发消息；super是编译标识符，会去调objc_msgSendSuper（而非obj_sendMsg(super)！），而objc_msgSendSuper的第一个参是objc_super（结构体包括receiver和super_class），所以实际是给obj_receiver（实例）发消息，但是是从父类中去找方法的IMP，最终变成obj_msgSend(obj_receiver, @selector(class))。（-(Class)class 方法）

6、+load和+initialize https://www.jianshu.com/p/86df46c405d5

+load：加载dylb之后，main函数之前，runtime加载类和分类的时候调用，且只会调用一次

源码：_objc_init → load_image → prepare_load_methods → schedule_class_load → add_class_to_loadable_list → add_category_to_loadable_list → call_load_methods()

解析：准备阶段优先递归获取父类的load方法再获取类的load方法，并把IMP存到loadable_class集合中；并处理分类的load方法也存起来；正式调用时也根据IMP加入集合的顺序，遍历加载父、子、分类的load方法（注意是直接指针调用(*load_method)(cls, SEL_load);）

+initialize：类第一次收到消息的时候调用([Class new];)，也只会调用一次（但父类的initialize可能调用多次）。

源码：lookUpImpOrForward，首先isInitialized判断类有没有初始化，递归调用_class_initialize先初始化父类，都初始化完后调用callInitialize(cls){ ((void(*)(Class,SEL))objc_msgSend)(cls,SEL_initialize); }，最终走消息发送。

注：按照方法缓存和查找的顺序，分类中的initialize方法会优先调用分类中的；子类没有实现时调用父类的；父类的可能调多次（实际是子类的初始化）。

区别：调用时机不同；调用方式不同

7、消息发送和消息转发 https://juejin.im/post/5aa79411f265da237a4cb045

消息发送过程：objc_msgSend(id , SEL, ...)，首先根据消息接受者id的isa指针找到类，调用入口方法lookupMethodAndLoadCache，参数为（调用者id，接受者cls，方法名SEL）。lookUpImpOrForward为核心实现：cache_getImp先从缓存里找，再从class_rw_t的方法列表中找，都没找到开始从父类中找，找到了返回IMP。

动态方法解析：_class_resolveMethod，在resolveInstanceMethod / resolveClassMethod中利用class_addMethod将未实现的SEL绑定到已经实现的方法IMP上（class_addMethod([self class], sel, (IMP)myMethod, "v@:@");）完成动态方法解析，return YES，否则return super.xxx。

消息转发机制：当以上过程中没有返回IMP或完成处理方法，则开始启动消息转发机制

1、备援接受者：forwardingTargetForSelector中，return [Class new]，让它去Class里找。

2、完整的消息转发：- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector { } 中签名方法；forwardInvocation中转发到别的类对象去实现[anInvocation invokeWithTarget:testObj];

优劣：不太安全，方法的执行可能会被篡改；消息转发过程越往后代价越大；允许动态的处理未知的方法；增加处理消息的机会。

其他

class_copyIvarList获取所有成员变量；class_copyPropertyList获取@property生成的属性变量（对ivar的包装，加了getter，setter）

IMP、SEL、Method：SEL是方法的标识，IMP是函数指针，id (*IMP)(id, SEL, ...)，保存了方法的实现；IMP和SEL可以相互映射。Method指针指向objc_method里面保存了SEL、IMP和Type。https://www.jianshu.com/p/4a09d5ebdc2c

旧版

如果别人问你什么是Runtime

Runtime，用C和汇编编写的运行时系统，实现了OC语言的动态性，支持了面向对象。

Runtime中的基本概念

obj.h中的Class、id、SEL

typedef struct objc_class *Class; //指向“类”(objc_class)这个结构体的指针，objc_class这个结构体里又包括指向它的元类的isa。

注：如果一个类的isa指针指向的类是它自己，则这个类就是元类。isa就是类指针。

typedef struct objc_object *id; //指向“对象实例”(objc_object)的指针，而objc_object结构里为指向这个实例的类的指针（Class isa）

注：objc_object中id是灵活的对象指针，可指向任何继承NSObject的对象且不需要强制转换。与instancetype，意义相同都是万能指针，指向一个对象，但instancetype可以在编译时就判断对象的真实类型，一般作为返回值写在构造函数（初始化/赋值函数）内。

typedef struct objc_selector *SEL; //指向“方法ID”(objc_selector)的指针，是方法名和参数的的唯一ID（而method包含了名字和实现）

注：objc_method结构体中就定义了SEL，char，IMP，IMP是指向实现方法的指针，即方法的实例，利用@selector()获取，可直接调用：

IMP methodPoint = [self methodForSelector:methodId];

methodPoint();

runtime.h中定义的成员

typedef struct objc_method *Method; //指向“类中的方法”的指针

注：Method指向的objc_method结构体中包含了SEL method_name、char *method_types、IMPmethod_imp三个属性。

typedef struct objc_ivar *Ivar; //指向“类中的变量”的指针

注：Ivar指向的objc_ivar结构体中包含了char *ivar_name、char *ivar_type、int ivar_offset，64位系统下还有int space等属性。

typedef struct objc_property *objc_property_t; //属性

typedef struct objc_category *Category; //扩展方法

一些runtime方法会用到上述成员做参数或返回值，如

Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &count); //获取方法列表，作为返回值

method_exchangeImplementations(systemMethod, swizzMethod); //方法交换，作为参数

class结构体的定义

objc.h中定义了Class（结构体指针类型），其结构体的实现在runtime.h中，如下

struct objc_class {

Class isa; //Class 也有一个 isa 指针，指向其所属的元类（meta）

#if !__OBJC2__

Class super_class; //指向其超类

const char *name; //类名

long version; // 类的版本信息

long info; //类的详情

long instance_size; //该类实例对象的大小

struct objc_ivar_list *ivars; //指向该类的成员变量列表

struct objc_method_list **methodLists; //指向该类的实例方法列表，它将方法选择器和方法实现地址联系起来。methodLists 是指向 ·objc_method_list 指针的指针，也就是说可以动态修改 *methodLists 的值来添加成员方法，这也是 Category 实现的原理，同样解释了 Category 不能添加属性的原因

struct objc_cache *cache; //Runtime 系统会把被调用的方法存到 cache 中，下次查找的时候效率更高

struct objc_protocol_list *protocols; //指向该类的协议列表

#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

Runtime的常用方法及实际应用

获取属性列表（注属性property = ivar + getter + setter，ivar实例变量是用@synthesize声明的）

objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count); //count取地址，方法内部更改count获取属性个数

获取方法列表

Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &count);

获取成员变量列表

Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);

获取协议列表

__unsafe_unretained Protocol **protocolList = class_copyProtocolList([self class], &count);

实际应用

动态关联属性 / AssociatedObject（给任何NSObject对象添加自定义新属性）

NSObject+Property.h中添加新属性（newProperty），重写set方法，用objc_setAssociatedObject把属性关联给对象；重写get方法，objc_getAssociatedObject取出属性。

字典转模型 / MakeModel（将接口返回的json直接快速转化成mode，MJExtension）

NSObject添加扩展方法，modelWithDict，参数为传入字典dict和需要改变的属性名键值对字典updateDict，class_copyIvarList获取Ivar数组，循环，ivar_getName转字符串（注意成员变量默认带_，应从下标为1开始取），若源dic中无此属性值，则通过updateDict赋值，然后setValue ForKeyPath。

对象归解档 / ObjectArchive（存储属性较多的model对象时快速归解档）

model实现<NSCoding>协议中的initWithCoder和encodeWithCoder，class_copyIvarList遍历属性，ivar_getName转字符串，decodeObjectForKey解档转化成model，encodeObject: forkey归档成NSData，NSKeyedArchiver调用archivedDataWithRootObject:model归档，unarchiveObjectWithData:data解档。

方法交换 / MethodSwizzling（一般用于将系统类中的某个方法替换成自定义方法执行，如dealloc统一输出、全局埋点等）

class_getClassMethod获取当前类待替换的oriMehtod和自定义的cusMethod，然后执行method_exchangeImplementations。（直接执行前提是默认已知oriMehtod是类已经实现的方法）

方法拦截并替换 / 方法增加额外功能（如交换sendAction:to:forEvent:记录按钮点击）

class_getInstanceMethod获取两个方法oriMehtod、cusMethod（可以是不同类的），使用class_addMethod给源方法oriMehtod添加新的实现method_getImplementation(cusMethod)添加成功，class_replaceMethod替换为新方法的实现；添加失败，说明已有实现，则直接执行method_exchangeImplementations方法交换。

注：method_exchangeImplementations是当前类层级的，即交换类方法的IMP指针，而class_replaceMethod是跨类的，可以修改类。比如，如果源方法是在父类中实现的（UIButton的事件是在UIControl里实现的），则要通过addMethod添加新实现来替换。

消息发送（传递）机制

在C语言中，函数的调用是在编译的时候就决定了，编译完成直接顺序执行无二义性；而OC的函数调用实际上是消息发送的过程，编译阶段并不能决定，属于动态调用（OC编译阶段可以调用任何函数即使它未实现，但C中会因为函数未实现而报错）

[receiver message];

objc_msgSend(receiver, @selector(message)); //Build Setting -> Enable Strict Checking of objc_msgSend Calls设置为NO后可直接调用

否则请使用：( (void (*) (id, SEL, id)) objc_msgSend ) (id, selector, id); //要对objc_msgSend强制转换，变成有参数和返回值的方法

解析：objc_msgSend方法执行时，@selector()获取到方法的SEL（唯一标识），然后去实例对象receiver或类的methodlist中去寻找方法的实现IMP（此过程会用到cache缓存提高查找效率，找不到还会去父类里面去找），找到之后还会把receiver和参数传递给IMP，最后IMP的返回即为函数的返回。多个类可能有共同的一个SEL但他们的IMP可能不同，但在一个类中，SEL和IMP是一对一的。所以，消息的调用其实是通过SEL找到IMP，并执行的过程。

注：OC分别通过OC源代码、Foundation框架和NSObject类三个层级中定义的方法，对runtime中的C语言函数进行直接调用，所以通常我们只需要写OC代码。

注：1、方法缓存缓存在类对象（实例的isa）中，每个类只有一份，子类从父类中取到方法也会缓存在子类的元类中，父类的类对象调了也会在父类的元类中缓存。2、缓存的list是有顺序的，因为category中的方法在原始方法的前面，需要先被找到。

消息转发机制

概论：找不到，先将传入的SEL与现有IMP搭配；搭配不到，发给别的对象实现处理；最后启用完整的消息转发NSInvocation进行多样处理

当对象（包括实例和类对象）收到无法解析的方法时（即无法从methodlist中直接找到的SEL），会启用消息转发机制，如果不做任何处理，那程序则会以unrecognized selector sent to instance crush。而消息转发机制首先启用的，是动态方法解析。

动态方法解析：+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel / +(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel，这两个方法的目的是在对象无法找到方法时，传入那个未知的SEL，给它机会用class_addMethod去动态添加方法的实现。即可以实现未找到的SEL与现有IMP的任意搭配。

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)selector {

NSString *selectorString = NSStringFromSelector(selector);

if ([selectorString hasPrefix:@"set"]) {

class_addMethod(self, selector, (IMP)autoDictionarySetter,"v@:@");

return YES;

}

return [super resolveInstanceMethod:sel];

}

如果通过动态方法解析还是没有获取到方法的实现（return NO），则启用第二种方案，备援接受者：- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector，即把这个无法处理的消息SEL，传递给别的对象去处理。

最后，只好启用基于NSInvocation的，完整的消息转发机制：- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation，把所有未处理的target/selector/参数封装在anInvocation里并处理，处理方式多种多样（包括动态解析和备援接受者），甚至可以让一个消息触发多个对象的多个方法实现执行（转发给多个对象）。

三种方案循序渐进，代价逐渐增大。如果三种方案都无法处理这个消息的转发，则调用NSObject的doesNotRecognizeSelector抛出异常。

iOSer总要了解Runtime的