iOS底层原理——runtime

runtime

runtime 是iOS的运行时，用于实现iOS加载和调用属性和方法。

函数中load方法没有使用runtime机制，是底层直接调用的函数。load执行顺序是由编译时的文件顺序相同，先编译的先执行load，类优先于分类的顺序调用 +load 方法。

initialize

+initialize 方法是在类或类的子类收到第一条消息之前被调用的，这里所指的消息包括实例方法和类方法的调用。

也就是说 ＋initialize 方法是以懒加载的方式被调用的，如果一直没有给一个类或他的子类发送消息，那么这个类的 ＋initialize 方法是永远不会调用的。

当我们向某个类发送消息时，runtime 会调用 IMP lookUpImpOrForward(...) 这个函数在类中查找相应方法的实现或进行消息转发，打开 objc-runtime-new.h 找到这个函数：

IMP lookUpImpOrForward(Class cls, SEL sel, id inst, 
                       bool initialize, bool cache, bool resolver)
{
    Class curClass;
    IMP imp = nil;
    ...
    if (initialize  &&  !cls->isInitialized()) {
        // 类没有初始化时，对类进行初始化
        _class_initialize (_class_getNonMetaClass(cls, inst));
        // If sel == initialize, _class_initialize will send +initialize and 
        // then the messenger will send +initialize again after this 
        // procedure finishes. Of course, if this is not being called 
        // from the messenger then it won't happen. 2778172
    }

    ...
}

从中可以看到当类没有初始化时，会调用 _class_initialize(Class cls) 对类进行初始化：

void _class_initialize(Class cls)
{
    assert(!cls->isMetaClass());

    Class supercls;
    BOOL reallyInitialize = NO;

    // Make sure super is done initializing BEFORE beginning to initialize cls.
    // See note about deadlock above.
    supercls = cls->superclass;
    // 递归调用，对父类进行_class_initialize调用，确保父类的initialize方法比子类先调用
    if (supercls  &&  !supercls->isInitialized()) {
        _class_initialize(supercls);
    }
    
    ......
    
    if (reallyInitialize) {
        // We successfully set the CLS_INITIALIZING bit. Initialize the class.
        
        // Record that we're initializing this class so we can message it.
        _setThisThreadIsInitializingClass(cls);
        
        // Send the +initialize message.
        // Note that +initialize is sent to the superclass (again) if 
        // this class doesn't implement +initialize. 2157218
        if (PrintInitializing) {
            _objc_inform("INITIALIZE: calling +[%s initialize]",
                         cls->nameForLogging());
        }
        // 发送调用类方法initialize的消息
        ((void(*)(Class, SEL))objc_msgSend)(cls, SEL_initialize);

        ......
}

在这里，先是对入参的父类进行递归调用，以确保父类优先于子类初始化。

＋initialize 方法在 runtime 中是以发送消息的方式调用的，所以子类会覆盖父类的实现，分类会覆盖类的实现，多个分类只会调用一个分类的 +initialize 方法。

分类

通过runtime动态将分类的属性和方法合并到类对象，元类对象中。

扩展属性

#import "ClassName + CategoryName.h"
#import <objc/runtime.h>

static void *strKey = &strKey;

@implementation ClassName (CategoryName) 
-(void)setStr:(NSString *)str  
{  
    objc_setAssociatedObject(self, &strKey, str, OBJC_ASSOCIATION_COPY);  
}  

-(NSString *)str  
{  
    return objc_getAssociatedObject(self, &strKey);  
}

Method Swizzling

每个类都维护一个方法（Method）列表，Method则包含SEL和其对应IMP的信息，方法交换做的事情就是把SEL和IMP的对应关系断开，并和新的IMP生成对应关系。

交换前：Asel－>AImp Bsel－>BImp
交换后：Asel－>BImp Bsel－>AImp

方法交换之后，“方法的实现” 变成了 “你的处理代码” ＋ “方法的实现”

//获取通过SEL获取一个方法
class_getInstanceMethod

//获取一个方法的实现
method_getImplementation

//获取一个OC实现的编码类型
method_getTypeEncoding

//給方法添加实现
class_addMethod

//用一个方法的实现替换另一个方法的实现
class_replaceMethod

//交换两个方法的实现
method_exchangeImplementations

+ (void)swizzleMethods:(Class)class originalSelector:(SEL)origSel swizzledSelector:(SEL)swizSel {
    
    Method origMethod = class_getInstanceMethod(class, origSel);
    Method swizMethod = class_getInstanceMethod(class, swizSel);
    
    BOOL didAddMethod = class_addMethod(class, origSel, method_getImplementation(swizMethod), method_getTypeEncoding(swizMethod));
    if (didAddMethod) {
        class_replaceMethod(class, swizSel, method_getImplementation(origMethod), method_getTypeEncoding(origMethod));
    } else {
        method_exchangeImplementations(origMethod, swizMethod);
    }
}

调用过程，涉及到了isa指针

isa

arm64之前，isa是普通指针
arm64 isa采用共用体数据结构，使用位域存储更多信息，将64位数据，分开来存储信息
isa共用体中的结构体没有实际意义,只是用来描述内存中每一部分的作用
isa只有33位用来存放类地址值（shiftcls在4-36位），需要&ISA_MASK才能像之前一样访问class、meta-class
isa共用体的好处：
- 可以存放更多的信息
- 更好的利用内存空间

ps:MASK 掩码，一般用来进行按位（与&）运算。