iOS中Runtime理论知识过一遍

一、Runtime简介

Runtime其实就是一套API，是一套由C、C++、汇编语言一起写成的API，给OC提供运行时。

Runtime是OC的底层，采用的是C、C++、汇编语言为OC语言提供运行时环境的支持。

Runtime System Library是用C、C++、汇编语言写的一个代码库，通过编译（Compiler）之后，生成的就是Runtime API和框架与服务，然后再供OC代码调用。

不管怎么说，关于Runtime的两篇官方文章是需要自己学习的：

1》Objective-C Runtime Programming Guide（传送门）

2》Objective-C Runtime Reference（传送门）

与运行时相对应的是编译时，编译时就是编译的时期，编译时主要的任务就是将源代码翻译一下，就是将高级语言（比如OC、Swift、Java等）编译成相应的机器语言，最终形成二进制可执行文件。然后进入到运行时，代码跑起来会被装载到内存中，这个时候代码就变“活”了，这个时候就需要一种东西来支持运行时需要的功能，这个东西就是runtime。

Runtime发展以来，一共有两个版本，一个是Legacy版本（早期版本），另一个是Modern版本（现行版本）。早期版本对应的编程接口是OC 1.0 ，现行版本对应的编程接口是OC 2.0 。早期版本用于OC 1.0，32位的Mac OS X 的平台上，现行版本用于iPhone程序和Mac OS X v10.5 及以后的系统中的64位程序。

OC程序有三种途径和运行时系统交互：1）通过OC源代码。2）通过Foundation框架中NSObject的方法。3）通过调用运行时系统给我们提供的API接口。

通过在项目运行时打断点的方式是无法调到runtime实现方法中去的，如果想跟踪runtime中方法的跳转，需要在Apple Open Source下载runtime的源码到项目中。本文使用的是10.14系统中的objc4-750版本的源代码。然后也可以去github上找相关的源代码（注释版）。

关于运行时一个很简单的认识就是，在代码中调用[obj run]时，如果run方法只是声明了，但是没实现的情况下。在command+B（编译）的时候并不会出现错误，只有在command+R（运行）的时候才会显示出错误。也就是说，方法的检测是在运行期进行的。

通过clang可以直接对OC文件进行编译，首先要cd到该OC源文件的所在文件件，比如这个OC源文件是main.m，输入的终端命令行为；

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

编译之后会发现有很多的警告，通过下面这种方式编译，警告会少很多：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o testMain.c++

 通过对一个简单的OC代码编译为c++代码：

Person *person = [[Person alloc] init];

[person run];

编译为C++后为：

Person *person = ((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
        
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("run"));

由此可知，1）在OC中任何方法的本质就是发送消息objc_msgSend。2）通过下面截图中显示的Person的定义，可知OC对象的本质就是结构体。

 

然后消息的组成是：消息接受者、方法编号。

消息的接受者就是：

((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person

方法编号：

sel_registerName("run"))

也就是说，

 person对象调用run方法的模型模型就是：

void runIMP(id self, SEL_cmd) {

}

IMP值的是函数实现的指针，IMP是通过sel找到的。

上面的

sel_registerName("run")

或者看起来比较陌生，其实它和@selector(run)是一个意思。

上面提到的是向对象发送消息，那么类方法是怎样的编译底层呢，向父类发送实例方法消息和向父类发送类方法消息又是怎样的呢？

// 类方法编译底层
id cls = [Person class];
void *pointA = &cls;
[(__bridge id)pointA walk];
objc_msgSend(objc_getClass("Person"), sel_registerName("run"));

、

// 向父类发消息（对象方法）
struct objc_super mySuper;
mySuper.receiver = s;
mySuper.super_class = class_getSuperclass([s class]);
objc_msgSendSuper(&mySuper, @selector(run));

、

// 向父类发消息（类方法）
struct objc_super myClassSuper;
myClassSuper.receiver = [s class];
myClassSuper.super_class = class_getSuperclass(object_getClass([s class]));
objc_msgSendSuper(&myClassSuper, sel_registerName("run"));

objc_msgSend发送消息有两种方式，一种是快速的方式，实现的方式是用缓存中的汇编cache_t，找相应的IMP哈希表，如果没有找到就通过另外一个复杂的过程，也就是第二种方式，慢速的方式，通过C语言慢慢地找，找到后会把这个IMP放到缓存中，

-----未完待续，2021年6月14日