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  • Objective-C--Runtime机制

    个人理解:

    简单来说,Objective-C runtime是一个实现Objective-C语言的C库。对象可以用C语言中的结构体表示,而方法(methods)可以用C函数实现。事实上,他们 差不多也是这么干了,另外再加上了一些额外的特性。这些结构体和函数被runtime函数封装后,Objective-C程序员可以在程序运行时创建,检 查,修改类,对象和它们的方法。例如一个普通类,我们写好之后,Runtime会进行处理。最后变成以下结构:

    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;//设备名
        long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;//设备信息
        long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;//空间大小
        struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;//类中参数数组
        struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;//类中函数数组
        struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE; //近期使用过的方法,放入这里。快速查找
        struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;//协议数组
        #endif
    } OBJC2_UNAVAILABLE;

    通过一个结构体的方式,来存放类中的信息。

    再比如,我们调用的实例方法。从本质上来看是用C语言中的函数来实现的,但是在外面我们还是对实例方法使用结构体进行了封装。结构体如下:

    struct objc_method {
        SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;//函数名
        char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;//method_types是个char指针,存储着方法的参数类型和返回值类型。
        IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;//函数指针,指向这个函数的首地址
    }          

    在重复一下,Objective-C runtime是一个实现Objective-C语言的C库。


    几个知识点的简要概述:

    Object & Class & Meta Class

    什么是Object?

    在oc中有一个id的概念。他的定义为:

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

    Objective-C中的object在最后会被转换成C的结构体,而在这个struct中有一个 isa 指针,指向它的类别 Class。

    什么是Class?

    typedef struct objc_class *Class;
    
    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;

    上面是类在runtime中的源代码,从这看,类其实也是一个结构体。这个结构体中的isa指向一个Metaclass。

    什么是Metaclass?

    仔细一看,发现 Class isa,原来,isa(Metaclass)的源码还是类的源码:

    typedef struct objc_class *Class;
    
    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;

    Object, Class, MetaClass三者之间的关系?

    • Class存放类信息,方法数组存放实例方法;Meta Class存放类信息,方法数组存放类方法。

    • 每一个object都有一个isa指针,isa指针指向自己的Class 每个Class都有一个isa指针指向一个唯一的Meta Class

    • 每一个Meta Class的isa指针都指向最上层的Meta Class(图中的NSObject的Meta Class) 最上层的Meta
    • Class的isa指针指向自己,形成一个回路 每一个Meta Class的super class指针指向它原本Class的 Super
    • Class的Meta Class。但是最上层的Meta Class的 Super Class指向NSObject Class本身
    • 最上层的NSObject Class的super class指向 nil

    objective-C中的消息机制?

    什么是SEL?

    typedef struct objc_selector *SEL;

    SEL是一个指向objc_selector结构体的指针。而 objc_selector 的定义并没有在runtime.h中给出定义。
    编译器会根据每个方法的方法名为那个方法生成唯一的SEL。只要方法名相同,那么它的SEL就是一样的。每一个方法都对应着一个SEL。

    什么是IMP?

    typedef id (*IMP)(id, SEL, …);

    IMP本质就是一个函数指针,这个被指向的函数包含一个接收消息的对象id,调用方法的SEL,以及一些方法参数,并返回一个id。因此我们可以通过SEL获得它所对应的IMP,在取得了函数指针之后,也就意味着我们取得了需要执行方法的代码入口,这样我们就可以像普通的C语言函数调用一样使用这个函数指针。

    类中的方法存储?

    什么是方法?

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

    方法存放位置?

    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;                                                        OBJC2_UNAVAILABLE;

    在创建一个类的时候,我们将类中的实例方法存放到objc_class结构体(类的结构体,前面提到)中的objc_method_list **methodLists中。将类中的类方法存放到相应的MetaClass中的类结构中的objc_method_list **methodLists中。我们可以理解为objc_class中 method list保存了一组SEL<->IMP的映射。

    调用方法的具体步骤?

    在Objective-C中,消息直到运行时才会绑定到方法的实现上。编译器会把代码中[target doSth]转换成 objc_msgSend消息函数,这个函数完成了动态绑定的所有事情。它的运行流程如下:

    • 检查selector是否需要忽略。(ps: Mac开发中开启GC就会忽略retain,release方法。)
    • 检查target是否为nil。如果为nil,直接cleanup,然后return。(这就是我们可以向nil发送消息的原因。)
    • 然后在target的Class中根据Selector去找IMP

    寻找IMP的过程:

    objective-C中的Category?

    看Category的源码,不用想就知道这个又是一个结构体

    typedef struct objc_category *Category;
    
    struct objc_category {
        char *category_name                                      OBJC2_UNAVAILABLE;//分类名
        char *class_name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;//类名
        struct objc_method_list *instance_methods                OBJC2_UNAVAILABLE;//实例方法列表
        struct objc_method_list *class_methods                   OBJC2_UNAVAILABLE;//类方法列表
        struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;//协议列表
    }       

    运行过程:

    • 加载Category
    • 将Category加载到所属的类中
    • 将Category中的方法加载到Class或者MetaClass结构体中的方法列表中
      (具体看这里的运行代码)

    objective-C中的成员变量与属性?

    什么是成员变量?

    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
    }     

    这里我们注意第三个成员 ivar_offset。它表示基地址偏移字节。我们通过字节偏移量来获取变量的地址。(具体方式不展开)

    成员变量存放位置?

    存放在之前我们仿佛强调的objc_class中的struct objc_ivar_list *ivars中 。

    属性和成员变量的区别?

    类中的Property属性被编译器转换成了Ivar,并且自动添加了我们熟悉的Set和Get方法。


    讲解Runtime,结合代码和题目

    http://www.cocoachina.com/ios/20141224/10740.html
    刨根问底Objective-C Runtime(1)- Self & Super
    刨根问底Objective-C Runtime(2)- Object & Class & Meta Class
    刨根问底Objective-C Runtime(3)- 消息和Category
    刨根问底Objective-C Runtime(4)- 成员变量与属性

    这一系列文章中,讲的很全面,但是没有结合源代码具体来看

    Objective-C Runtime 运行时之一:类与对象

    Objective-C Runtime 运行时之二:成员变量与属性

    Objective-C Runtime 运行时之三:方法与消息

    Objective-C Runtime 运行时之四:Method Swizzling

    Objective-C Runtime 运行时之五:协议与分类

    Objective-C Runtime 运行时之六:拾遗

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/AbeDay/p/5026897.html
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