Runtime-1

1.什么是Runtime

Runtime 又叫运行时，是一套底层的C语言API 其实为iOS内部的核心之一，我们平时编写的OC代码，底层都是基于它来实现的比如

[receiver message]

底层运行时会被编译器转化为:

objc_msgSend(receiver, selector)

如果其还有参数比如：

[receiver message:(id)arg...];

底层运行时会被编译器转化为

objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)

2.为什么需要Runtime

Objective-C 是一门动态语言，它会将一些工作放在代码运行时才处理而并非编译时，也就是说，有很多类和成员变量在我们编译的时是不知道的，而在运行时，我们所编写的代码会转换成完整的确定的代码运行。因此，编译器是不够的，我们还需要一个运行时系统(Runtime system)来处理编译后的代码。Runtime 基本是用 C 和汇编写的，由此可见苹果为了动态系统的高效而做出的努力。苹果和 GNU 各自维护一个开源的 Runtime 版本，这两个版本之间都在努力保持一致

Runtime有哪些相关术语

1.SEL 在swift中是Selector类

selector是方法选择器其实作用就是和名字一样，它的数据结构是：

typedef struct objc_selector*SEL;

我们可以看出它是个映射到方法的C字符串，你可以通过Objc编译器命令@selector()或者Runtime系统的sel_registerName函数来获取一个SEL类型的方法选择器

2.id 一个参数类型他是指向某个类的实例的指针

typedef struct objc_object *id;
struct objc_object { Class isa; };

以上定义，看到 objc_object 结构体包含一个 isa 指针，根据 isa 指针就可以找到对象所属的类。注意：isa 指针在代码运行时并不总指向实例对象所属的类型，所以不能依靠它来确定类型，要想确定类型还是需要用对象的 -class 方法。PS:KVO 的实现机理就是将被观察对象的 isa 指针指向一个中间类而不是真实类型

3.Class

typedef struct objc_class *Class;

Class 其实是指向 objc_class 结构体的指针。objc_class 的数据结构如下：

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;

从 objc_class 可以看到，一个运行时类中关联了它的父类指针、类名、成员变量、方法、缓存以及附属的协议。
其中 objc_ivar_list 和 objc_method_list 分别是成员变量列表和方法列表：
// 成员变量列表

struct objc_ivar_list {
    int ivar_count 
OBJC2_UNAVAILABLE;                                          
#ifdef __LP64__
    int space  
OBJC2_UNAVAILABLE;                                              
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_ivar ivar_list[1] 
 OBJC2_UNAVAILABLE;                           
}

//方法列表

struct objc_method_list {
    struct objc_method_list *obsolete                        
OBJC2_UNAVAILABLE;
    int method_count  
OBJC2_UNAVAILABLE;                                       
#ifdef __LP64__
    int space
 OBJC2_UNAVAILABLE;                                               
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_method 
method_list[1]
OBJC2_UNAVAILABLE;                        
}

由此可见，我们可以动态修改 *methodList 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

objc_ivar_list 结构体用来存储成员变量的列表，而 objc_ivar 则是存储了单个成员变量的信息；同理，objc_method_list 结构体存储着方法数组的列表，而单个方法的信息则由 objc_method 结构体存储。
值得注意的时，objc_class 中也有一个 isa 指针，这说明 Objc 类本身也是一个对象。为了处理类和对象的关系，Runtime 库创建了一种叫做 Meta Class(元类) 的东西，类对象所属的类就叫做元类。Meta Class 表述了类对象本身所具备的元数据。

我们所熟悉的类方法，就源自于 Meta Class。我们可以理解为类方法就是类对象的实例方法。每个类仅有一个类对象，而每个类对象仅有一个与之相关的元类。

当你发出一个类似 NSObject alloc 的消息时，实际上，这个消息被发送给了一个类对象(Class Object)，这个类对象必须是一个元类的实例，而这个元类同时也是一个根元类(Root Meta Class)的实例。所有元类的 isa 指针最终都指向根元类。

所以当 [NSObject alloc] 这条消息发送给类对象的时候，运行时代码 objc_msgSend() 会去它元类中查找能够响应消息的方法实现，如果找到了，就会对这个类对象执行方法调用。

最后 objc_class 中还有一个 objc_cache ，缓存，它的作用很重要，后面会提到。

4.Method

Method 代表类中某个方法的类型

typedef struct objc_method *Method;
struct objc_method {
    SEL method_name  
OBJC2_UNAVAILABLE;                                        
    char *method_types  
OBJC2_UNAVAILABLE;                                    
    IMP method_imp       
OBJC2_UNAVAILABLE;                                   
}

objc_method 存储了方法名，方法类型和方法实现：

方法名类型为 SEL
方法类型 method_types 是个 char 指针，存储方法的参数类型和返回值类型
method_imp 指向了方法的实现，本质是一个函数指针
Ivar
Ivar 是表示成员变量的类型。

typedef struct objc_ivar *Ivar;
struct objc_ivar {
    char *ivar_name    
OBJC2_UNAVAILABLE;                                      
    char *ivar_type     
OBJC2_UNAVAILABLE;                                     
    int ivar_offset    
OBJC2_UNAVAILABLE;                                      
#ifdef __LP64__
    int space  
OBJC2_UNAVAILABLE;                                              
#endif
}

其中 ivar_offset 是基地址偏移字节