iOS - Runtime

RunTime，运行时，就是系统在运行的时候的一些机制，最主要的是消息机制。
C语言，函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数，编译完成之后直接顺序执行，无任何二义性。
OC语言，函数调用属于动态调用，即消息发送。
在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数（事实证明，在编 译阶段，OC可以调用任何函数，即使这个函数并未实现，只要申明过就不会报错。而C语言在编译阶段就会报错）。
只有在真正运行的时候才会根据函数的名称找 到对应的函数来调用。

一，基本原理

那OC是怎么实现动态调用的呢？下面我们来看看OC通过发送消息来达到动态调用的秘密。假如在OC中写了这样的一个代码：

[obj makeText];

其中obj是一个对象，makeText是一个函数名称。在编译时RunTime会将上述代码转化成

objc_msgSend(obj,@selector(makeText));

1.obj

首先我们来看看obj这个对象，iOS中的obj都继承于NSObject。

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

在NSObjcet中存在一个Class的isa指针。然后我们看看Class：

typedef struct objc_class *Class;
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
}

Class isa：指向metaclass，也就是静态的Class。
一个Obj对象中的isa会指向普通的Class，这个Class中存储普通成员变量和对 象方法（“-”开头的方法），
普通Class中的isa指针指向静态Class，静态Class中存储static类型成员变量和类方法（“+”开头的方 法）。
Class super_class:指向父类，如果这个类是根类，则为NULL。
下面一张图片很好的描述了类和对象的继承关系：

注意：所有metaclass中isa指针都指向根metaclass，而根metaclass则指向自身。Root metaclass是通过继承Root class产生的。与root class结构体成员一致，也就是前面提到的结构。不同的是Root metaclass的isa指针指向自身。

2.@selector (makeText)

这是一个SEL方法选择器。SEL其主要作用是快速的通过方法名字（makeText）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类型的一个地址，地址中存放着方法的名字。对于一个类中。每一个方法对应着一个SEL。所以iOS类中不能存在2个名称相同 的方法，即使参数类型不同，因为SEL是根据方法名字生成的，相同的方法名称只能对应一个SEL。

消息发送之后是动态查找对应的方法。
首先，编译器将代码[obj makeText];转化为objc_msgSend(obj, @selector (makeText));，在objc_msgSend函数中。首先通过obj的isa指针找到obj对应的class。在Class中先去cache中 通过SEL查找对应函数method（猜测cache中method列表是以SEL为key通过hash表来存储的，这样能提高函数查找速度），若 cache中未找到。再去methodList中查找，若methodlist中未找到，则取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。