曾經(jīng)覺得Objc特別方便上手，面對(duì)著 Cocoa 中大量 API，只知道簡單的查文檔和調(diào)用。還記得初學(xué) Objective-C 時(shí)把[receiver message]當(dāng)成簡單的方法調(diào)用，而無視了“發(fā)送消息”這句話的深刻含義。其實(shí)[receiver message]會(huì)被編譯器轉(zhuǎn)化為：
objc_msgSend(receiver, selector)
如果消息含有參數(shù)，則為：
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)
如果消息的接收者能夠找到對(duì)應(yīng)的selector，那么就相當(dāng)于直接執(zhí)行了接收者這個(gè)對(duì)象的特定方法；否則，消息要么被轉(zhuǎn)發(fā)，或是臨時(shí)向接收者動(dòng)態(tài)添加這個(gè)selector對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容，要么就干脆玩完崩潰掉。
現(xiàn)在可以看出[receiver message]真的不是一個(gè)簡簡單單的方法調(diào)用。因?yàn)檫@只是在編譯階段確定了要向接收者發(fā)送message這條消息，而receive將要如何響應(yīng)這條消息，那就要看運(yùn)行時(shí)發(fā)生的情況來決定了。
Objective-C 的 Runtime 鑄就了它動(dòng)態(tài)語言的特性，這些深層次的知識(shí)雖然平時(shí)寫代碼用的少一些，但是卻是每個(gè) Objc 程序員需要了解的。
SEL
objc_msgSend函數(shù)第二個(gè)參數(shù)類型為SEL，它是selector在Objc中的表示類型（Swift中是Selector類）。selector是方法選擇器，可以理解為區(qū)分方法的 ID，而這個(gè) ID 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是SEL:
typedef struct objc_selector *SEL;
其實(shí)它就是個(gè)映射到方法的C字符串，你可以用 Objc 編譯器命令@selector()或者 Runtime 系統(tǒng)的sel_registerName函數(shù)來獲得一個(gè)SEL類型的方法選擇器。不同類中相同名字的方法所對(duì)應(yīng)的方法選擇器是相同的，即使方法名字相同而變量類型不同也會(huì)導(dǎo)致它們具有相同的方法選擇器，于是 Objc 中方法命名有時(shí)會(huì)帶上參數(shù)類型
id
objc_msgSend第一個(gè)參數(shù)類型為id，大家對(duì)它都不陌生，它是一個(gè)指向類實(shí)例的指針：
typedef struct objc_object *id;
那objc_object又是啥呢：
struct objc_object { Class isa; };
objc_object結(jié)構(gòu)體包含一個(gè)isa指針，根據(jù)isa指針就可以順藤摸瓜找到對(duì)象所屬的類。
PS:isa指針不總是指向?qū)嵗龑?duì)象所屬的類，不能依靠它來確定類型，而是應(yīng)該用class方法來確定實(shí)例對(duì)象的類。因?yàn)?code>KVO的實(shí)現(xiàn)機(jī)理就是將被觀察對(duì)象的isa指針指向一個(gè)中間類而不是真實(shí)的類，這是一種叫做 isa-swizzling的技術(shù)，詳見<a >官方文檔</a>
Class
之所以說isa是指針是因?yàn)镃lass其實(shí)是一個(gè)指向objc_class結(jié)構(gòu)體的指針：
typedef struct objc_class *Class;```
而`objc_class`就是我們摸到的那個(gè)瓜，里面的東西多著呢：
```objectivec
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;
可以看到運(yùn)行時(shí)一個(gè)類還關(guān)聯(lián)了它的超類指針，類名，成員變量，方法，緩存，還有附屬的協(xié)議。
PS:OBJC2_UNAVAILABLE之類的宏定義是蘋果在 Objc 中對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行版本進(jìn)行約束的黑魔法，為的是兼容非Objective-C 2.0的遺留邏輯，但我們?nèi)阅軓闹蝎@得一些有價(jià)值的信息，有興趣的可以查看源代碼。
Objective-C 2.0 的頭文件雖然沒暴露出objc_class結(jié)構(gòu)體更詳細(xì)的設(shè)計(jì)，我們依然可以從Objective-C 1.0 的定義中小窺端倪：
在objc_class結(jié)構(gòu)體中：ivars是objc_ivar_list指針；methodLists是指向objc_method_list指針的指針。也就是說可以動(dòng)態(tài)修改*methodLists的值來添加成員方法，這也是Category實(shí)現(xiàn)的原理，同樣解釋了Category不能添加屬性的原因。而最新版的 Runtime 源碼對(duì)這一塊的<a >描述</a>已經(jīng)有很大變化，可以參考下美團(tuán)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的深入理解<a >Objective-C：Category</a>。
PS：任性的話可以在Category中添加@dynamic的屬性，并利用運(yùn)行期動(dòng)態(tài)提供存取方法或干脆動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)；或者干脆使用關(guān)聯(lián)度對(duì)象（AssociatedObject）
其中objc_ivar_list和objc_method_list分別是成員變量列表和方法列表：
struct objc_ivar_list {
int ivar_count OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_ivar ivar_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
} OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list {
struct objc_method_list *obsolete OBJC2_UNAVAILABLE;
int method_count OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
}
如果你C語言不是特別好，可以直接理解為objc_ivar_list結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)著objc_ivar數(shù)組列表，而objc_ivar結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)了類的單個(gè)成員變量的信息；同理objc_method_list結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)著objc_method數(shù)組列表，而objc_method結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)了類的某個(gè)方法的信息。
最后要提到的還有一個(gè)objc_cache，顧名思義它是緩存，它在objc_class的作用很重要，在后面會(huì)講到。
不知道你是否注意到了objc_class中也有一個(gè)isa對(duì)象，這是因?yàn)橐粋€(gè) ObjC 類本身同時(shí)也是一個(gè)對(duì)象，為了處理類和對(duì)象的關(guān)系，runtime 庫創(chuàng)建了一種叫做元類 (Meta Class) 的東西，類對(duì)象所屬類型就叫做元類，它用來表述類對(duì)象本身所具備的元數(shù)據(jù)。類方法就定義于此處，因?yàn)檫@些方法可以理解成類對(duì)象的實(shí)例方法。每個(gè)類僅有一個(gè)類對(duì)象，而每個(gè)類對(duì)象僅有一個(gè)與之相關(guān)的元類。當(dāng)你發(fā)出一個(gè)類似[NSObject alloc]的消息時(shí)，你事實(shí)上是把這個(gè)消息發(fā)給了一個(gè)類對(duì)象 (Class Object) ，這個(gè)類對(duì)象必須是一個(gè)元類的實(shí)例，而這個(gè)元類同時(shí)也是一個(gè)根元類 (root meta class) 的實(shí)例。所有的元類最終都指向根元類為其超類。所有的元類的方法列表都有能夠響應(yīng)消息的類方法。所以當(dāng) [NSObject alloc] 這條消息發(fā)給類對(duì)象的時(shí)候，objc_msgSend()會(huì)去它的元類里面去查找能夠響應(yīng)消息的方法，如果找到了，然后對(duì)這個(gè)類對(duì)象執(zhí)行方法調(diào)用。
上圖實(shí)線是super_class 指針，虛線是isa指針。 有趣的是根元類的超類是NSObject，而isa指向了自己，而NSObject的超類為nil，也就是它沒有超類。
Method
Method是一種代表類中的某個(gè)方法的類型。
typedef struct objc_method *Method;
而objc_method在上面的方法列表中提到過，它存儲(chǔ)了方法名，方法類型和方法實(shí)現(xiàn)：
struct objc_method {
SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;
} OBJC2_UNAVAILABLE;
- 方法名類型為
SEL，前面提到過相同名字的方法即使在不同類中定義，它們的方法選擇器也相同。 - 方法類型
method_types是個(gè)char指針，其實(shí)存儲(chǔ)著方法的參數(shù)類型和返回值類型。 -
method_imp指向了方法的實(shí)現(xiàn)，本質(zhì)上是一個(gè)函數(shù)指針，后面會(huì)詳細(xì)講到。
Ivar
Ivar是一種代表類中實(shí)例變量的類型。
typedef struct objc_ivar *Ivar;
而objc_ivar在上面的成員變量列表中也提到過:
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
} OBJC2_UNAVAILABLE;
可以根據(jù)實(shí)例查找其在類中的名字，也就是“反射”：
-(NSString *)nameWithInstance:(id)instance {
unsigned int numIvars = 0;
NSString *key=nil;
Ivar * ivars = class_copyIvarList([self class], &numIvars);
for(int i = 0; i < numIvars; i++) {
Ivar thisIvar = ivars[i];
const char *type = ivar_getTypeEncoding(thisIvar);
NSString *stringType = [NSString stringWithCString:type encoding:NSUTF8StringEncoding];
if (![stringType hasPrefix:@"@"]) {
continue;
}
if ((object_getIvar(self, thisIvar) == instance)) {//此處若 crash 不要慌！
key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(thisIvar)];
break;
}
}
free(ivars);
return key;
}
class_copyIvarList 函數(shù)獲取的不僅有實(shí)例變量，還有屬性。但會(huì)在原本的屬性名前加上一個(gè)下劃線。
IMP
IMP在objc.h中的定義是：
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);
它就是一個(gè)<a >函數(shù)指針</a>，這是由編譯器生成的。當(dāng)你發(fā)起一個(gè) ObjC消息之后，最終它會(huì)執(zhí)行的那段代碼，就是由這個(gè)函數(shù)指針指定的。而IMP這個(gè)函數(shù)指針就指向了這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)。既然得到了執(zhí)行某個(gè)實(shí)例某個(gè)方法的入口，我們就可以繞開消息傳遞階段，直接執(zhí)行方法。
你會(huì)發(fā)現(xiàn)IMP指向的方法與objc_msgSend函數(shù)類型相同，參數(shù)都包含id和SEL類型。每個(gè)方法名都對(duì)應(yīng)一個(gè)SEL類型的方法選擇器，而每個(gè)實(shí)例對(duì)象中的SEL對(duì)應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)肯定是唯一的，通過一組id和SEL參數(shù)就能確定唯一的方法實(shí)現(xiàn)地址；反之亦然。
Cache
在runtime.h中Cache的定義如下：
typedef struct objc_cache *Cache
還記得之前objc_class結(jié)構(gòu)體中有一個(gè)struct objc_cache *cache吧，它到底是緩存啥的呢，先看看objc_cache的實(shí)現(xiàn)：
struct objc_cache {
unsigned int mask /* total = mask + 1 */ OBJC2_UNAVAILABLE;
unsigned int occupied OBJC2_UNAVAILABLE;
Method buckets[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
};
Cache為方法調(diào)用的性能進(jìn)行優(yōu)化，通俗地講，每當(dāng)實(shí)例對(duì)象接收到一個(gè)消息時(shí)，它不會(huì)直接在isa指向的類的方法列表中遍歷查找能夠響應(yīng)消息的方法，因?yàn)檫@樣效率太低了，而是優(yōu)先在Cache中查找。Runtime 系統(tǒng)會(huì)把被調(diào)用的方法存到Cache中（理論上講一個(gè)方法如果被調(diào)用，那么它有可能今后還會(huì)被調(diào)用），下次查找的時(shí)候效率更高。這根計(jì)算機(jī)組成原理中學(xué)過的 CPU繞過主存先訪問Cache的道理挺像，而我猜蘋果為提高Cache命中率應(yīng)該也做了努力吧。
Property
@property標(biāo)記了類中的屬性，這個(gè)不必多說大家都很熟悉，它是一個(gè)指向objc_property結(jié)構(gòu)體的指針：
typedef struct objc_property *Property;
typedef struct objc_property *objc_property_t;//這個(gè)更常用
可以通過class_copyPropertyList和protocol_copyPropertyList方法來獲取類和協(xié)議中的屬性：
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
objc_property_t *protocol_copyPropertyList(Protocol *proto, unsigned int *outCount)
返回類型為指向指針的指針，哈哈，因?yàn)閷傩粤斜硎莻€(gè)數(shù)組，每個(gè)元素內(nèi)容都是一個(gè)objc_property_t指針，而這兩個(gè)函數(shù)返回的值是指向這個(gè)數(shù)組的指針。舉個(gè)例子，先聲明一個(gè)類：
interface Lender : NSObject {
float alone;
}
@property float alone;
@end
你可以用下面的代碼獲取屬性列表：
id LenderClass = objc_getClass("Lender");
unsigned int outCount;
objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(LenderClass, &outCount);
你可以用property_getName函數(shù)來查找屬性名稱：
const char *property_getName(objc_property_t property)
你可以用class_getProperty和protocol_getProperty通過給出的名稱來在類和協(xié)議中獲取屬性的引用：
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)
objc_property_t protocol_getProperty(Protocol *proto, const char *name, BOOL isRequiredProperty, BOOL isInstanceProperty)
你可以用property_getAttributes函數(shù)來發(fā)掘?qū)傩缘拿Q和@encode類型字符串：
const char *property_getAttributes(objc_property_t property)
把上面的代碼放一起，你就能從一個(gè)類中獲取它的屬性啦：
id LenderClass = objc_getClass("Lender");
unsigned int outCount, i;
objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(LenderClass, &outCount);
for (i = 0; i < outCount; i++) {
objc_property_t property = properties[i];
fprintf(stdout, "%s %s\n", property_getName(property), property_getAttributes(property));
}
對(duì)比下class_copyIvarList 函數(shù)，使用 class_copyPropertyList 函數(shù)只能獲取類的屬性，而不包含成員變量。但此時(shí)獲取的屬性名是不帶下劃線的。
