一、前言

1、什么是靜態(tài)語言：
所謂靜態(tài)語言，就是在程序運(yùn)行前決定了所有的類型判斷，類的所有成員、方法，在編譯階段就確定好了內(nèi)存地址。即所有類對象只能訪問屬于自己的成員變量和方法，否則編譯器會直接報(bào)錯(cuò)。

2、什么是動態(tài)語言：
所謂動態(tài)語言，指類型的判斷、類的成員變量、方法的內(nèi)存地址，都是在程序的運(yùn)行階段才最終確定，并且還能動態(tài)的添加成員變量和方法。也就意味著你調(diào)用一個(gè)不存在的方法時(shí)，編譯也能通過，甚至一個(gè)對象它是什么類型的并不是表面我們所看到的那樣，只有運(yùn)行之后才能決定其真正的類型。


3、什么是運(yùn)行時(shí):
所謂運(yùn)行時(shí)，就是程序在運(yùn)行時(shí)做的一些事。蘋果提供了一套純C語言的api，即Runtime。

二、Runtime數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
在Objective-C中，使用 [receiver message] 語法時(shí)，并不會馬上執(zhí)行 receiver 對象的 message 方法的代碼，而是向 receiver 發(fā)送一條 message 消息，這條消息可能有 receiver 來處理，也可能轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象來處理，也可能假裝沒有接收到這條消息而沒有處理。

[receiver message] 被編譯器轉(zhuǎn)化為： id objc_msgSend（id self， SEL op, … ）;

1、SEL:
SEL 是函數(shù) objc_msgSend 第二個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)類型，表示方法選擇器。

// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;

// 獲取一個(gè)SEL類型的方法選擇器
SEL sel1 = @selector(funcname);
SEL sel2 = sel_registerName("funcname");

// 將SEL轉(zhuǎn)化為字符串
NSString *funcString = NSStringFromSelector(sel1);

2、id:
id 是 objc_msgSend 第一個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)類型，id 是通用類型指針，能夠表示任何對象，它其實(shí)就是一個(gè)指向 objc_object 結(jié)構(gòu)體指針，它包含一個(gè) Class isa 成員，根據(jù) isa 指針就可以順藤摸瓜找到對象所屬的類

/// 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;

3、Class:
isa 指針的數(shù)據(jù)類型就是 Class， Class 表示對象所屬的類， Class 其實(shí)也是一個(gè) objc_class 結(jié)構(gòu)體指針。

/// An opaque type that represents an Objective-C 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;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

• isa 表示一個(gè)對象的Class。
• super_class 表示示例對象對應(yīng)的父類。
• name 表示類名。
• ivars 表示多個(gè)成員變量，它指向 objc_ivar_list 結(jié)構(gòu)體，objc_ivar_list 其實(shí)就是一個(gè)鏈表，存儲多個(gè) objc_ivar，而 objc_ivar 結(jié)構(gòu)體存儲類的單個(gè)成員變量信息。
• methodLists 表示方法列表，它指向 objc_method_list 結(jié)構(gòu)體的二級指針， objc_method_list也是一個(gè)鏈表，存儲多個(gè)objc_method，而objc_method結(jié)構(gòu)體存儲類的某個(gè)方法的信息（可以動態(tài)修改 *methodLists的值來添加成員方法，也是Category的實(shí)現(xiàn)原理，同樣也解析Category不能添加實(shí)例變量的原因）。
• cache 用來緩存經(jīng)常訪問的方法，它指向 objc_cache 結(jié)構(gòu)體。
• protocols 用來表示遵循哪些協(xié)議。

4、Method:
Method 表示類中的某個(gè)方法，它指向 objc_method 結(jié)構(gòu)體指針，它存儲了方法名（method_name），方法類型（method_types），方法實(shí)現(xiàn)（method_imp）等信息

/// An opaque type that represents a method in a class definition.
typedef struct objc_method *Method;

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

5、Ivar:
Ivar 表示類中的實(shí)例變量，它指向 objc_ivar 結(jié)構(gòu)體指針，包含了變量名（ivar_name），變量類型（ivar_type）等信息。

/// An opaque type that represents an instance variable.
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
} 

6、IMP:
IMP 本質(zhì)上就是一個(gè)函數(shù)指針，指向方法的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)你向某個(gè)對象發(fā)送一條消息，可以由這個(gè)函數(shù)指針指定方法的實(shí)現(xiàn)，它最終就會執(zhí)行那段代碼，這樣可以繞開消息傳遞階段而去執(zhí)行另一個(gè)方法實(shí)現(xiàn)。

 /// A pointer to the function of a method implementation. 
#if !OBJC_OLD_DISPATCH_PROTOTYPES
typedef void (*IMP)(void /* id, SEL, ... */ ); 
#else
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...); 
#endif

7、Cache:
Cache 其實(shí)就是一個(gè)存儲 Method 的鏈表，用來緩存經(jīng)常調(diào)用的方法，主要是為了優(yōu)化方法調(diào)用的性能，當(dāng)調(diào)用方法時(shí)，優(yōu)先在Cache查找，如果沒有找到，再到 methodLists 查找。

三、消息發(fā)送

在Objective-C中，任何方法的調(diào)用，本質(zhì)都是發(fā)送消息。也就是說，我們OC調(diào)用一個(gè)方法是，其實(shí)質(zhì)就是轉(zhuǎn)換為Runtime中的一個(gè)函數(shù) objc_msgSend()，這個(gè)函數(shù)的作用是向obj對象，發(fā)送了一條消息，告訴它，你該去執(zhí)行某個(gè)方法。


1、objc_msgSend函數(shù):

• 當(dāng)對象 receiver 調(diào)用方法 message 時(shí)，首先根據(jù)對象 receiver 的 isa 指針查找它對應(yīng)的類 class。
• 優(yōu)先在類 class 的 Cache 中查找 message 方法。
• 如果沒找到，就在類的 methodLists 中搜索方法。
• 如果還沒有找到，就使用 super_class 指針到父類中的 methodLists 查找。
• 一旦找到 message 這個(gè)方法，就執(zhí)行它實(shí)現(xiàn)的 IMP。
• 如果還沒找到，有可能消息轉(zhuǎn)發(fā)，也有可能忽略了該方法。

四、消息轉(zhuǎn)發(fā)

[receiver message] 調(diào)用方法時(shí)，如果 message 方法在 receiver 對象的類繼承體系中，沒有找到方法，一般情況下，程序在運(yùn)行時(shí)就會Crash掉，拋出 unrecognized selector sent to.. 類似的異常信息。但在拋出異常之前，還有三次機(jī)會按以下順序讓你拯救程序。

• Method Resolution: 由于Method Resolution不能像消息轉(zhuǎn)發(fā)那樣可以交給其他對象處理，所以只適用于在原來的類中代替掉。
• Fast Forwarding: 可以將消息處理轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象，使用范圍更廣，不只是限于原來的對象。
• Normal Forwarding: 跟Fast Forwarding一樣可以消息轉(zhuǎn)發(fā)，但它能能過NSInvocation對象獲取更多消息發(fā)送的信息，如：target、selector、arguments和返回值等信息。

1、Method Resolution:
Objective-C在運(yùn)行時(shí)調(diào)用 + resolveInstanceMethod: 或 + resolveClassMethod: 方法，讓你添加方法的實(shí)現(xiàn)。如果你添加方法并返回YES，那系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)就會重新啟動一次消息發(fā)送的過程。如果返回NO，運(yùn)行時(shí)就跳轉(zhuǎn)到下一步： 消息轉(zhuǎn)發(fā)（Message Forwarding）

 // 1、正常情況下
@interface Message : NSObject
- (void)sendMessage:(NSString *)word;
@end

@implementation Message
- (void)sendMessage:(NSString *)word {
    NSLog(@"normal way : send message = %@",word);
}
@end

// 2、注釋掉 sendMessage 的實(shí)現(xiàn)方法后，覆蓋 resolveInstanceMethod 方法：
@interface Message : NSObject
- (void)sendMessage:(NSString *)word;
@end

@implementation Message
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(sendMessage:)) {
        class_addMethod([self class],
                        sel,
                        imp_implementationWithBlock(^(id self, NSString *word){
            NSLog(@"method resolution way : send message = %@",word);
        }), "v@*");
    }
    return YES;
}
@end

其中 v@* 表示方法的返回值和參數(shù)，詳情參考 Type Encodings 。

2、Fast Forwarding:
如果目標(biāo)對象實(shí)現(xiàn) - forwardingTargetForSelector: 方法，系統(tǒng)會在運(yùn)行時(shí)調(diào)用這個(gè)方法，只要這個(gè)方法返回的不是nil或者self，也會重啟消息發(fā)送的過程，把該消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象來處理。否則，就會繼續(xù)Normal Forwarding.

// 3、注釋掉 sendMessage 的實(shí)現(xiàn)方法后，覆蓋 forwardingTargetForSelector 方法：
@interface Message : NSObject
- (void)sendMessage:(NSString *)word;
@end

@implementation Message
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(sendMessage:)) {
        return [[MessageForwarding alloc] init];
    }
    return nil;
}
@end

// 轉(zhuǎn)發(fā)給該對象處理
@interface MessageForwarding : NSObject
- (void)sendMessage:(NSString *)word;
@end

@implementation MessageForwarding
- (void)sendMessage:(NSString *)word {
    NSLog(@"fast forwarding way : send message = %@",word);
}
@end

3、Normal Forwarding:
如果沒有使用Fast Forwarding來消息轉(zhuǎn)發(fā)，最后只有使用 Normal Forwarding來進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)。

它首先調(diào)用 - methodSignatureForSelector: 方法來獲取函數(shù)的參數(shù)和返回值。如果返回nili，程序會Crash掉，并拋出unrecognized selector sent to instance異常信息。如果返回一個(gè)函數(shù)簽名，系統(tǒng)就會創(chuàng)建一個(gè)NSInvocation對象并調(diào)用 - forwardInvocation: 方法。

// 4、注釋掉 sendMessage 的實(shí)現(xiàn)方法后，通過 methodSignatureForSelector 方法獲取函數(shù)簽名，并通過 forwardInvocation 方法來轉(zhuǎn)發(fā)處理：

@interface Message : NSObject
- (void)sendMessage:(NSString *)word;
@end

@implementation Message
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    NSMethodSignature *methodSignature = [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    if (!methodSignature) {
        methodSignature = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:*"];
    }
    return methodSignature;
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    MessageForwarding *messageForwarding = [[MessageForwarding alloc] init];
    if ([messageForwarding respondsToSelector:anInvocation.selector]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:messageForwarding];
    }
}
@end

// 轉(zhuǎn)發(fā)給該對象處理
@interface MessageForwarding : NSObject
- (void)sendMessage:(NSString *)word;
@end

@implementation MessageForwarding
- (void)sendMessage:(NSString *)word {
    NSLog(@"fast forwarding way : send message = %@",word);
}
@end

五、我們可以用運(yùn)行時(shí)做什么

1、互換方法的實(shí)現(xiàn):
因?yàn)?selector 和 IMP 之間的關(guān)系是在運(yùn)行時(shí)才決定的，所以我們可以通過 void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2) 方法來改變 selector 和 IMP 的對應(yīng)關(guān)系。

@implementation NSObject (ExchangeMethod)

// 此方法會在此類第一次被加進(jìn)內(nèi)存是調(diào)用，且僅調(diào)用一次
+ (void)load {
    // 獲取系統(tǒng)的dealloc方法
    Method m1 = class_getInstanceMethod(self, NSSelectorFromString(@"dealloc"));
    // 獲取自己聲明的my_dealloc
    Method m2 = class_getInstanceMethod(self, @selector(my_dealloc));
    
    // 交換兩個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)，即調(diào)用dealloc方法時(shí)，會實(shí)現(xiàn)my_dealloc，調(diào)用my_dealloc方法時(shí)，才會調(diào)用
    method_exchangeImplementations(m1, m2);
}

- (void)my_dealloc {
    // do something
    NSLog(@"my_dealloc");
    
    // 這里需要調(diào)用自己，調(diào)用自己就是調(diào)用原來的dealloc進(jìn)行釋放操作
    [self my_dealloc];
}

@end

2、動態(tài)添加方法:
動態(tài)語言調(diào)用一個(gè)沒有的方法時(shí)，編譯階段不會報(bào)錯(cuò)，但是運(yùn)行時(shí)便會拋出異常閃退，但我們可以動態(tài)為某個(gè)了添加方法。這里用到的其實(shí)就是上面提到的，消息轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)的拯救程序機(jī)制。

3、動態(tài)添加屬性:
有時(shí)我們想為系統(tǒng)的類或者一些不便修改的第三方框架的類，增加一些自定義的屬性，以滿足開發(fā)的需求。比如使用類目，但是類目只能為一個(gè)類添加方法，不能添加屬性。這是便可用到下面的方法：

#import "UIView+TintColor.h"
#import <objc runtime="runtime">


@implementation UIView (TintColor)

- (nullable NSString *)tintColorName {
    return objc_getAssociatedObject(self, @selector(tintColorName));
}

- (void)setTintColorName:(NSString *)tintColorName {
    if (!tintColorName || tintColorName.length == 0) {
        return;
    }
    UIColor *color;
    SEL sel = NSSelectorFromString(tintColorName);
    if ([UIColor respondsToSelector:sel]) {
        color = [UIColor performSelector:sel];
    }
    if (!color) {
        return;
    }
    self.tintColor = color;
    
    objc_setAssociatedObject(self,
                             @selector(tintColorName),
                             tintColorName,
                             OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

@end

4、獲取類中所有的成員變量和屬性:
在開發(fā)中，有時(shí)會遇到想要改變系統(tǒng)自帶類的某一個(gè)值，卻找不到與之對應(yīng)的api，便可用運(yùn)行時(shí)來獲取該類的所有成員變量。

// 獲取類中所有的成員變量
Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount) 
// 獲取類中所有的屬性
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)

unsigned int count;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList([UIButton class], &count);
    for (NSInteger i = 0; i < count; i++) {
        // 取出成員變量
        Ivar ivar = ivars[i];
        // 獲取屬性名字
        NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
        // 獲取屬性類型
        NSString *type = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
        
        NSLog(@"%@:%@",type,name);
    }

六、結(jié)束語

將XCode升級到6后，報(bào)Too many arguments to function call, expected 0, have *，在XCode5.1里能編譯通過的，到xcode6就報(bào)錯(cuò)

objc_msgSend(self.beginRefreshingTaget, self.beginRefreshingAction, self);

Too many arguments to function call, expected 0, have *

解決辦法：
選中項(xiàng)目 - Project - Build Settings - Enable Strict Checking of objc_msgSend Calls 將其設(shè)置為 NO 即可