runtime的理解（一）

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主要内容

  • runtime 是什么
  • runtime 的消息机制

是什么

*　　*OC 是在C语言的基础上进行的扩展和封装。对于C语言，调用未实现的函数在编译阶段就会报错，而对于OC语言，调用的只要是声明过的函数，在编译阶段不会报错，在运行阶段才会报错。这就是OC的动态性的一个体现，并且C语言是面向过程的语言，而OC是面向对象的编程语言，OC对C语言的这些扩展的核心就是 runtime。
*　　*runtime 简称运行时，主要由C和汇编编写，是OC面向对象和动态机制的基础，其的核心是 消息机制。在使用的过程中，我们可以参考官方Api。

消息机制

objc_class

*　　*Cocoa Touch 中几乎所有的类中都继承自 NSObject 类（另一个是 NSProxy 类），在 NSObjcet 中存在一个 Class 的 isa 指针。

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typedef struct objc_class *Class;
@interface NSObject <NSObject> {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}

*　　*Objective-C 的类也是由 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：

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struct objc_class {
    Class isa; // 指向metaclass

    Class super_class ; // 指向其父类
    const char *name ; // 类名
    long version ; // 类的版本信息，初始化默认为0，可以通过runtime函数class_setVersion和class_getVersion进行修改、读取
    long info; // 一些标识信息,如CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class ，其中包含对象方法和成员变量;CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass，其中包含类方法;
    long instance_size ; // 该类的实例变量大小(包括从父类继承下来的实例变量);
    struct objc_ivar_list *ivars; // 用于存储每个成员变量的地址
    struct objc_method_list **methodLists ; // 与 info 的一些标志位有关,如CLS_CLASS (0x1L),则存储对象方法，如CLS_META (0x2L)，则存储类方法;
    struct objc_cache *cache; // 指向最近使用的方法的指针，用于提升效率；
    struct objc_protocol_list *protocols; // 存储该类遵守的协议
}

方法选择器

*　　***@selector (SEL)：是一个SEL方法选择器。SEL** 其主要作用是快速的通过方法名字查找到对应方法的函数指针，然后调用其函数。SEL其本身是一个Int类型的地址，地址中存放着方法的名字。一个方法对应着一个SEL，所以一个类中不能存在2个名称相同的方法。

消息传递

*　　*例如执行代码： [person eat]; ，底层就是调用 [person performSelector:@selector(eat)]; 方法，然后编译器再将代码转化为objc_msgSend(person, @selector(eat));。

  1. 在 objc_msgSend 函数中。首先通过 person 的isa指针找到 person 对应的 Class。在 class 中先去 cache 中通过 SEL 查找对应函数 method，如果找到则通过 method 中的函数指针跳转到对应的函数中去执行。
  2. 若 cache 中未找到。再去 methodList 中查找。若能找到，则将method加入到cache中，以方便下次查找，并通过method中的函数指针跳转到对应的函数中去执行。
  3. 若 methodlist 中未找到，则去 superClass 中查找。若能找到，则将 method 加入到 cache 中，以方便下次查找，并通过method中的函数指针跳转到对应的函数中去执行。若依然未找到，就要消息转发。
消息传递

消息转发

*　　*消息转发包含动态方法解析、备用接收者、完整消息转发三部分，也是程序报错前最后的三次机会。

  1. 动态方法解析
    *　　*在消息传递到根类仍然找不到方法的时候，消息转发，调用 +resolveInstanceMethod: 或者 +resolveClassMethod: 方法。重写此方法，并利用 class_addMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, const char * _Nullable types) 方法来添加新的方法接受消息。

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    - (void)testDynamicMethod
    {
        [self performSelector:@selector(justTest:) withObject:@"testStr"];
        //    [DITRuntimeViewController performSelector:@selector(justClassTest:) withObject:@"classTestStr"];
    }

    + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
    {
        if (sel == @selector(justTest:))
        {
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)justTestMethod, "v@:@");
        return YES;
        }

        return [super resolveInstanceMethod:sel];
    }

    void justTestMethod(id self, SEL _cmd, id str) {
        NSLog(@"%@的%@方法动态实现了，参数为：%@", self, NSStringFromSelector(_cmd), str);
    }

    *　　关于 class_addMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, const char * _Nullable types) 方法，四个参数代表的意思，*cls : 表示给哪个类添加方法，这里是指当前控制器；SEL name: 表示要添加方法的 sel，即是传进来的参数 sel。IMP imp : 表示要添加的方法的实现，方法名可与未找到的方法的名字（sel）相同，方法的实现默认带有两个隐式参数， self : 方法调用者 _cmd : 调用方法的 SEL。types : 表示方法类型，需要用特定符号，系统提供的例子中使用的是**”v@:”**，各符号所代表的类型如下图：

    methodTypes

  2. 备用接收者
    *　　*在调用 +resolveInstanceMethod: 或者 +resolveClassMethod: 方法返回NO的时候，就会调用 - forwardingTargetForSelector: 方法，重写此方法，返回备用接收者即可。

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    #pragma mark - 备用接受者
    - (void)testForwardingReceiver
    {
        [self performSelector:@selector(justTestForwarding:) withObject:@"testStr"];
    }

    - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
    {
        if (aSelector == @selector(justTestForwarding:))
        {
            return [[DITForwardingTest alloc] init];
        }

        return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
    }

  3. 完整消息转发
    *　　*在调用 - forwardingTargetForSelector: 方法返回 nil 的时候，就会启用完整的消息转发机制。首先它会发送 -methodSignatureForSelector: 消息获得函数的参数和返回值类型。如果 -methodSignatureForSelector: 返回nil ，runtime 则会发出 -doesNotRecognizeSelector: 消息，程序报 unrecognized selector 错。如果返回了一个函数签名，runtime 就会创建一个 NSInvocation 对象并发送 -forwardInvocation: 消息给目标对象。

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    #pragma mark - 完整消息转发
    - (void)testMethodSignature
    {
        [self performSelector:@selector(justTestMethodSignature:) withObject:@"testMethodSignatureStr"];
    }

    - (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
    {
        if (aSelector == @selector(justTestMethodSignature:))
        {
            return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
        }

        return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    }

    - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
    {
        SEL sel = anInvocation.selector;
        DITForwardingTest *methodSignatureTest = [[DITForwardingTest alloc] init];

        if ([methodSignatureTest respondsToSelector:sel])
        {
            [anInvocation invokeWithTarget:methodSignatureTest];
        }
        else
        {
            [anInvocation doesNotRecognizeSelector:sel];
    //        [super forwardInvocation:anInvocation];
        }
    }

  4. 消息转发流程

    消息转发流程

Demo地址：Github