我们初次接触runtime,听起来总是那么神秘高级,各种论坛对runtime介绍数不胜数。笔者今天对"高大上"的runtime进行简单的梳理,如有不足,欢迎各位大神吐槽。
一、基本概念
- runtime是一套比较底层的纯C语言API, 属于1个C语言库, 包含了很多底层的C语言API。在我们平时编写的OC代码中, 程序运行过程时, 其实最终都是转成了runtime的C语言代码, runtime算是OC的幕后工作者。
- RunTime简称运行时,就是系统在运行的时候的一些机制，其中最主要的是消息机制。
- 对于C语言，函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数，编译完成之后直接顺序执行，无任何二义性。
- OC的函数调用成为消息发送。属于动态调用过程。在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数（事实证明，在编 译阶段，OC可以调用任何函数，即使这个函数并未实现，只要申明过就不会报错。而C语言在编译阶段就会报错)。
- 只有在真正运行的时候才会根据函数的名称找到对应的函数来调用。
二、基本结构及其继承关系
要谈runtime首先必然要先了解OC的对象以及类的结构，这非常有助与我们理解其动态性。
首先我们打开<objc/objc.h>
文件，可以看到如下定义：
#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
通过上面定义我们可以看出以下几点：
我们常用的id类型实际上一个指向objc_object结构体的指针，id通常指代一个对象，也就是说OC对象其实就一个指向objc_object结构体的指针
我们看objc_object结构体定义，得知其结构体内有一个类型为Class的字段isa，这就是我们常说的isa指针了。
再来看Class的声明，为一个指向objc_class的指针，
实际上isa就是指明当前结构体所属类型，我们可以理解为objc_object为Class类型的
接下来我们继续打开 <objc/runtime.h> ，来看objc_class声明
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;// 该类的成员变量链表
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;// 该类的成员变量链表
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;// 该类的成员变量链表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
下面说一下我们感兴趣的几个字段：
isa：这里的isa指针同样是一个指向objc_class的指针，表明该Class的类型，这里的isa指针指向的就是我们常说的meta-class了。不难看出，类本身也是一个对象
** super_class：**这个指针就是指向该class的super class，即指向父类，如果该类已经是最顶层的根类(如NSObject或NSProxy)，则super_class为NULL。
cache：用于缓存最近使用的方法。一个接收者对象接收到一个消息时，它会根据isa指针去查找能够响应这个消息的对象。在实际使用中，这个对象只有一部分方法是常用的，很多方法其实很少用或者根本用不上。这种情况下，如果每次消息来时，我们都是methodLists中遍历一遍，性能势必很差。这时，cache就派上用场了。在我们每次调用过一个方法后，这个方法就会被缓存到cache列表中，下次调用的时候runtime就会优先去cache中查找，如果cache没有，才去methodLists中查找方法。这样，对于那些经常用到的方法的调用，但提高了调用的效率。
version：我们可以使用这个字段来提供类的版本信息。这对于对象的序列化非常有用，它可是让我们识别出不同类定义版本中实例变量布局的改变。
**objc_method_list: **方法链表中存放的是该类的成员方法(-方法)，类方法(+方法)存在meta-class的objc_method_list链表中。
以下通过图来描述相应的继承关系：
注意：
所有metaclass中isa指针都指向跟metaclass,而跟metaclass则指向自身。
Root metaclass是通过继承Root class产生的,与root class结构体成员一致，也就是前面提到的结构。
不同的是Root metaclass的isa指针指向自身。
root class的super class 指向的是nil。
此时我们再来理解一下当你调用 respondsToSelector: 这样的方法的时候，实例对象只需要根据其isa指针，找到其所属的class，然后遍历其methodLists，如果没有，那么根据这个类的super_class找到其父类，再看其父类是否能相应这个方法就可以了，直到super_class为nil时，就无法相应这个方法了，return NO。
同理，当我们使用类名调用类方法(+方法)时，只需要根据class的isa指针，找到其meta-class，然后通过meta-class的methodLists找到相应的方法既可。
三、常见的作用
1. 动态的添加对象的成员变量和方法,修改属性值和方法
2. 动态交换两个方法的实现
3. 实现分类也可以添加属性
4. 实现NSCoding的自动归档和解档
5. 实现字典转模型的自动转换
6. 动态创建一个类(比如KVO的底层实现)
OC的方法调用在Runtime中具体的实现
1.OC代码调用方法
Receiver *receiver = [[Receiver alloc] init];
[receiver message];
2.在编译时RunTime会将上述代码转化成[发送消息]
objc_msgSend(receiver,@selector(message));
四、编写代码实现
通过创建Student类来示例:
Student.h 头文件
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <UIKit/UIKit.h>
@interface Student : NSObject
@property(nonatomic,copy)NSString *name;
- (void)eat;
- (void)sleep;
@end
Student.m 实现文件
#import "Student.h"
@implementation Student
- (void)eat{
NSLog(@"%@吃饭了",self.name);
}
- (void)sleep{
NSLog(@"%@睡觉了",self.name);
}
@end
1. 动态变量控制
- (void)changeVariable {
Student *student = [Student new];
student.name = @"乔布斯";
NSLog(@"%@",student.name);
unsigned int count;
Ivar *ivar = class_copyIvarList([student class], &count);
for (int i = 0; i< count; i++) {
Ivar var = ivar[i];
const char *varName = ivar_getName(var);
NSString *name = [NSString stringWithCString:varName encoding:NSUTF8StringEncoding];
if ([name isEqualToString:@"_name"]) {
object_setIvar(student, var, @"Steve Jobs");
break;
}
}
NSLog(@"%@",student.name);
}
输出结果:
2016-02-22 11:06:03.155 Day2016-02-04[9296:1003059] Steve Jobs```
######2.动态添加方法
>
void happyNewYear(id self, SEL _cmd){
NSLog(@"新年快乐");
}
注意:
1.void的前面没有+、-号，因为只是C的代码。
2.必须有两个指定参数(id self,SEL _cmd)
- (void)addMethod
{
Student *student = [Student new];
student.name = @"乔布斯";
>
class_addMethod([student class], @selector(join), (IMP)happyNewYear, "v@:");
[student performSelector:@selector(join)];
}
参数说明：
(IMP)happyNewYear 意思是happyNewYear的地址指针;
"v@:" 意思是，v代表无返回值void，如果是i则代表int；@代表 id sel; : 代表 SEL _cmd;
“v@:@@” 意思是，两个参数的没有返回值。
> 输出结果
```2016-02-22 11:10:06.379 Day2016-02-04[9296:1003059] 新年快乐```
######3. 动态为Category扩展加属性
XCode运行你在Category的.h文件申明@Property，编译通过，但运行时如果没有Runtime处理，进行赋值取值，就马上报错。
> 首先添加分类Student+Category
Student+Category.h文件
#import "Student.h"
@interface Student (Category)
@property(nonatomic,copy)NSString *firstName;
@end
Student+Category.m文件
#import "Student+Category.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation Student (Category)
const char name;
- (void)setFirstName:(NSString *)firstName {
objc_setAssociatedObject(self, &name, firstName, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
-(NSString *)firstName {
return objc_getAssociatedObject(self, &name);
}
@end
> 调用实现
- (void)addExtentionProperty
{
Student *student = [Student new];
student.firstName = @"Steve";
NSLog(@"添加属性firstName结果:%@ ",student.firstName);
}
> 输出结果:
```2016-02-22 11:21:58.765 Day2016-02-04[9354:1010756] 添加属性firstName结果:Steve ```
######4.动态交换方法实现
>
- (void)exchangeMethod
{
Student *student = [Student new];
student.name = @"乔布斯";
[student eat];
[student sleep];
>
NSLog(@"----------交换方法实现-----------");
Method m1 = class_getInstanceMethod([student class], @selector(eat));
Method m2 = class_getInstanceMethod([student class], @selector(sleep));
method_exchangeImplementations(m1, m2);
>
[student eat];
[student sleep];
}
> 输出结果:
```2016-02-22 11:30:10.068 Day2016-02-04[9424:1014697] 乔布斯吃饭了
2016-02-22 11:30:10.069 Day2016-02-04[9424:1014697] 乔布斯睡觉了
2016-02-22 11:30:10.069 Day2016-02-04[9424:1014697] ----------交换方法实现-----------
2016-02-22 11:30:10.070 Day2016-02-04[9424:1014697] 乔布斯睡觉了
2016-02-22 11:30:10.070 Day2016-02-04[9424:1014697] 乔布斯吃饭了```
参考Demo:https://github.com/524429264/Runtime-NoteOne
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