Runtime

id和Class

#if !OBJC_TYPES_DEFINED
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
#endif

Class是一个指向objc_class结构体的指针，而id是一个指向objc_object结构体的指针，其中的isa是一个指向objc_class结构体的指针。其中的id就是所说的对象，Class就是所说的类

objc_class

typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class { 
 Class isa                                 OBJC_ISA_AVAILABILITY; // metaclass
#if !__OBJC2__
 Class super_class                         OBJC2_UNAVAILABLE; // 父类
 const char *name                          OBJC2_UNAVAILABLE; // 类名
 long version                              OBJC2_UNAVAILABLE; // 类的版本信息，默认为0，可以通过runtime函数class_setVersion或者class_getVersion进行修改、读取
 long info                                 OBJC2_UNAVAILABLE; // 类信息，供运行时期使用的一些位标识，如CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class，其中包含实例方法和变量;CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass，其中包含类方法;
 long instance_size                        OBJC2_UNAVAILABLE; // 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              OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的成员变量地址列表
 struct objc_method_list **methodLists     OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法地址列表，与 info 的一些标志位有关，如CLS_CLASS (0x1L)，则存储实例方法，如CLS_META (0x2L)，则存储类方法;
 struct objc_cache *cache                  OBJC2_UNAVAILABLE; // 缓存最近使用的方法地址，用于提升效率；
 struct objc_protocol_list *protocols      OBJC2_UNAVAILABLE; // 存储该类声明遵守的协议的列表
#endif
}
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

类与对象的区别就是类比对象多了很多特征成员，类也可以当做一个objc_object来对待，也就是说类和对象都是对象，分别称作类对象（class object）和实例对象（instance object），这样就可以区别对象和类

isa

objc_object（实例对象）中isa指针指向的类结构称为class（也就是该对象所属的类）其中存放着普通成员变量与动态方法（“-”开头的方法）；此处isa指针指向的类结构称为metaclass，其中存放着static类型的成员变量与static类型的方法（“+”开头的方法）

super_class

该类的父类的指针，如果该类是根类（如NSObject或NSProxy），那么super_class就为nil,所有的metaclass中isa指针都是指向根metaclass，而根metaclass则指向自身。根metaclass是通过继承根类产生的，与根class结构体成员一致，不同的是根metaclass的isa指针指向自身

SEL

typedef struct objc_selector *SEL;

struct objc_selector {
    char *name;                       OBJC2_UNAVAILABLE;// 名称
    char *types;                      OBJC2_UNAVAILABLE;// 类型
};

SEL是selector在Objective-C中的表示类型。selector可以理解为区别方法的ID。

IMP

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

IMP是“implementation”的缩写，它是由编译器生成的一个函数指针发起一个消息后（下文介绍），这个,函数指针决定了最终执行哪段代码。

Method

typedef struct objc_method *Method;

struct objc_method {
    SEL method_name                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法名
    char *method_types                OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法类型
    IMP method_imp                    OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法实现
}

方法名method_name类型为SEL
方法类型method_types是一个char指针，存储着方法的参数类型和返回值类型
方法实现method_imp的类型为IMP

Ivar

typedef struct objc_ivar *Ivar;

struct objc_ivar {
    char *ivar_name                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量名
    char *ivar_type                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量类型
    int ivar_offset                   OBJC2_UNAVAILABLE; // 基地址偏移字节
#ifdef __LP64__
    int space                         OBJC2_UNAVAILABLE; // 占用空间
#endif
}

objc_property_t

typedef struct objc_property *objc_property_t;

typedef struct {
    const char *name; // 名称
    const char *value;  // 值（通常是空的）
} objc_property_attribute_t;

objc_property是内置的类型，与之关联的还有一个objc_property_attribute_t，它是属性的attribute，也就是其实是对属性的详细描述，包括属性名称、属性编码类型、原子类型/非原子类型等

Cache

typedef struct objc_cache *Cache

struct objc_cache {
    unsigned int mask                   OBJC2_UNAVAILABLE;
    unsigned int occupied               OBJC2_UNAVAILABLE;
    Method buckets[1]                   OBJC2_UNAVAILABLE;
};

mask: 指定分配cache buckets的总数。在方法查找中，Runtime使用这个字段确定数组的索引位置。
occupied: 实际占用cache buckets的总数。
buckets: 指定Method数据结构指针的数组。这个数组可能包含不超过mask+1个元素。需要注意的是，指针可能是NULL，表示这个缓存bucket没有被占用，另外被占用的bucket可能是不连续的。这个数组可能会随着时间而增长。
objc_msgSend每调用一次方法后，就会把该方法缓存到cache列表中，下次的时候，就直接优先从cache列表中寻找，如果cache没有，才从methodLists中查找方法

Catagory

typedef struct objc_category *Category;

struct objc_category {
    char *category_name                           OBJC2_UNAVAILABLE; // 类别名称
    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
}

Objective-C的消息传递

在面向对象编程中，对象调用方法叫做发送消息。在编译时，程序的源代码就会从对象发送消息转换成Runtime的objc_msgSend函数调用

[receiver oneMethod]; => runtime => objc_msgSend(receiver, selector);

Runtime会根据类型自动转换成下列某一个函数

objc_msgSend:普通的消息都会通过该函数发送
objc_msgSend_stret:消息中有数据结构作为返回值（不是简单值）时，通过此函数发送和接收返回值
objc_msgSendSuper:和objc_msgSend类似，这里把消息发送给父类的实例
objc_msgSendSuper_stret:和objc_msgSend_stret类似，这里把消息发送给父类的实例并接收返回值
当消息被发送到实例对象时，是如图所示处理的

objc_msgSend函数的调用过程

• 检测这个selector是不是要忽略的

• 检测这个target是不是nil对象。nil对象发送任何一个消息都会被忽略掉

• 调用实例方法时，它会首先在自身isa指针指向的类（class）methodLists中查找该方法，如果找不到则会通过class的super_class指针找到父类的类对象结构体，然后从methodLists中查找该方法，如果仍然找不到，则继续通过super_class向上一级父类结构体中查找，直至根class；

• 当调用某个某个类方法时，它会首先通过自己的isa指针找到metaclass，并从其中methodLists中查找该类方法，如果找不到则会通过metaclass的super_class指针找到父类的metaclass对象结构体，然后从methodLists中查找该方法，如果仍然找不到，则继续通过super_class向上一级父类结构体中查找，直至根metaclass

都找不到就会进入动态方法解析

消息动态解析

• 通过resolveInstanceMethod：方法决定是否动态添加方法。如果返回Yes则通过class_addMethod动态添加方法，消息得到处理，结束；如果返回No，则进入下一步

• 这步会进入forwardingTargetForSelector:方法，用于指定备选对象响应这个selector，不能指定为self。如果返回某个对象则会调用对象的方法，结束。如果返回nil，则进入第三步

• 这步要通过methodSignatureForSelector:方法签名，如果返回nil，则消息无法处理。如果返回methodSignature，则进入下一步

• 这步调用forwardInvocation：方法，可以通过anInvocation对象做很多处理，比如修改实现方法，修改响应对象等，如果方法调用成功，则结束。如果失败，则进入doesNotRecognizeSelector方法，若没有实现这个方法，那么就会crash

Object-C = C + runtime