Runtime學習--轉載自http://www.saitjr.com/ios/objc-runtime.html

在iOS開發的過程中經常會提及一個東西叫做RunTime，並且在面試中RunTime也是經常被考到的問題。那麼本文就來探討下RunTime到底是什麼，他如何來使用。

環境信息

Mac OS X 10.10.2
xcode 6
iOS 8.1

一、RunTime是什麼

首先Objective-C是C語言的擴展，並加入了面向對象特性和Smalltalk式的消息傳遞機制。而這個擴展的核心就是一個用C和彙編語言寫的RunTime庫，這個庫所做的事情就是加載類信息，進行方法的分發和轉發，正是這個庫賦予了Objective-C的動態特性。

運行時很小卻很強大，並且Objc Runtime是開源的，蘋果也允許你使用RunTime裏面的東西（不會導致上不了架）。

雖然這些特性在開發中使用的較少，但是理解Objective-C的Runtime機制可以幫我們更好的瞭解這個語言，合理的運用還能在系統層面上解決一些技術問題。

二、消息機制

比如我們初始化一個NSObject對象：

NSObject *object = [[NSObject alloc] init];

事實上，調用方法其實也是在給這個對象發送一個消息，在編譯時這句話會翻譯成一個C的函數調用，即：

objc_msgSend(objc_msgSend([NSObject class],@selector(alloc)),@selector(init));

那麼，這不是把OC代碼轉換成C代碼了麼，他的動態特性體現在哪裏？對於C語言，函數的調用在編譯的時候就會去決定調用哪個函數。而OC是一種動態語言，它會儘可能的把代碼執行的決策從編譯和鏈接的時候，推遲到運行時。

給一個對象發送的一個消息並不會立即執行，而是在運行的時候再去尋找他對應的實現。那麼你就可以把消息轉發給你想要的對象，或者隨意交換一個方法的實現之類的。

那麼這個消息機制到底是怎麼運作的呢，我們就需要來了解下Objective-C的對象模型。

三、Objective-C對象模型

我們打開<objc/objc.h>文件可以看到如下對NSObject的定義：

@interface NSObject <NSObject> {
 Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;}

Objective-C是一門面向對象的語言，每一個對象都是一個類的實例，在Objective-C的內部，每個對象都有一個isa的指針，指向該對象的類。每個類描述了一系列它的實例的特點，包括成員變量的列表，成員函數的列表等，每個對象都可以接收消息，而對象可以接收的消息列表保存在它對應的類中。

我們再來看看class的定義

typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class { 
 Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;  
#if !__OBJC2__
 Class super_class     OBJC2_UNAVAILABLE; // 父類
 const char *name     OBJC2_UNAVAILABLE; // 類名
 long version          OBJC2_UNAVAILABLE; // 類的版本信息，默認爲0
 long info             OBJC2_UNAVAILABLE; // 類信息，供運行時期使用的一些位標識
 long instance_size                 OBJC2_UNAVAILABLE; // 該類的實例變量大小
 struct objc_ivar_list *ivars       OBJC2_UNAVAILABLE; // 該類的成員變量鏈表
 struct objc_method_list **methodLists     OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法定義鏈表
 struct objc_cache *cache      OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法緩存
 struct objc_protocol_list *protocols    OBJC2_UNAVAILABLE; // 協議鏈表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

發現他裏面也有一個isa指針，因爲在Objective-C語言中，每個類實際上也是一個對象，每個類也可以接收消息，例如[NSObject alloc]。那麼既然一個類也是對象，所以它也必須是另一個類的實例，這個類就是元類（metaclass）。元類保存了類方法的列表，當一個類被調用時，元類會首先查找本身是否有該類方法的實現，如果沒有，則該元類會向它的父類查找該方法。

元類也是一個對象，爲了設計上的完整，所以元類的isa指針都會指向一個根元類（root metaclass）。根元類本身的isa指針指向自己，這樣就形成了一個閉環。

所以使用objc_msgSend函數，會執行以下步驟

通過對象（類）的isa指針去找到他的class
在class的method list 找到該消息的實現
如果class中沒有改消息的實現，就繼續到它的super_class中去找
一旦找到這個這個消息的實現，那麼就去執行他的IMP

這樣的話每發送一個消息就要方法列表objc_method_list進行一次遍歷，爲了提高效率，使用了objc_cache對經常調用的函數進行緩存，再次調用時就先到objc_cache中去查找函數實現。

四、RunTime的具體應用

1.動態創建一個類

#import <objc/runtime.h>
// 自定義一個方法
void reportFunction (id self, SEL _cmd) {
 NSLog(@"This object is %p", self);
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
 @autoreleasepool {        
 // 1.動態創建對象 創建一個Person 繼承自 NSObject類
 Class newClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], “Person”, 0); 
 // 爲該類增加名爲Report的方法
 class_addMethod(newClass, @selector(report), (IMP)reportFunction, @"v@:");        
 // 註冊該類
 objc_registerClassPair(newClass);
 // 創建一個 Student 類的實例
 instantOfNewClass = [[newClass alloc] init];
 // 調用方法
 [instantOfNewClass report]; 
 }
 return 0;
}

這裏用到的Selector事實上是一個C的結構體，表示一個消息，類似於C的方法調用：

typedef struct objc_selector  *SEL;

IMP (Method Implementations)，就是一個函數指針，當你發起一個ObjC消息之後，最終它會執行的那個代碼，就是由這個函數指針指定的。

typedef id (*IMP)(id self,SEL _cmd,...);

2.關聯對象

對象在內存中的排布可以看成是一個結構體，該結構體的大小並不能動態的變化，所以無法在運行時動態的給對象增加成員變量，但是我們可以通過關聯對象的方法變相的給對象增加一個成員變量。

比如，我們想給NSObject新增一個關聯對象：
創建一個NSObject的類目AssociatedObject，在.h文件裏面聲明一個屬性

@interface NSObject (AssociatedObject)
@property (nonatomic, strong) id associatedObject; 
@end

在NSObject+AssociatedObject.m文件裏面進行關聯

#import "NSObject+AssociatedObject.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation NSObject (AssociatedObject)
@dynamic associatedObject;
- (void)setAssociatedObject:(id)object {
 // 設置關聯對象
 objc_setAssociatedObject(self, @selector(associatedObject), object, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (id)associatedObject {
 // 得到關聯對象
 return objc_getAssociatedObject(self, @selector(associatedObject));
}
@end

這樣就給NSObject新增了一個屬性，可是，這有什麼用呢？通常，我們會利用關聯對象給UIAlertView新增一個block回調，方便使用。

3.利用RunTime進行模型歸檔

對於一個有很多屬性的Person類，遵守了NSCoding協議之後，我們可以利用RunTime遍歷模型對象的所有屬性進行歸檔，關鍵代碼如下：

// 利用runtime機制進行屬性的歸檔接檔
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder {
 unsigned int count = 0;
 Ivar *ivars = class_copyIvarList([Person class], &count);
 for (int i = 0; i<count; i++) {
 // 取出i位置對應的成員變量
 Ivar ivar = ivars[i];
 // 查看成員變量
 const char *name = ivar_getName(ivar);
 // 歸檔
 NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name]; id value = [self valueForKey:key];
 [aCoder encodeObject:value forKey:key];
 }
 free(ivars);
}

- (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder {
 self = [super init];
 if (self) {
 unsigned int count = 0;
 Ivar *ivars = class_copyIvarList([Person class], &count);
 for (int i = 0; i<count; i++) {
 // 取出i位置對應的成員變量
 Ivar ivar = ivars[i];
 // 查看成員變量
 const char *name = ivar_getName(ivar);
 // 歸檔
 NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
 id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
 // 設置到成員變量身上
 [self setValue:value forKey:key];
 }
 free(ivars);
 }
 return self;
}