// 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; 

實(shí)際上*id就是結(jié)構(gòu)體objc_object的別名。而id則是一個(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。需要注意的是id 是一個(gè)指針，所以在使用id的時(shí)候不需要加星號。

NSString *str = [[NSString alloc] init];

這里我們定義的對象str，實(shí)際上同樣是一個(gè)objc_object結(jié)構(gòu)體指針。

• Class
  isa指針的數(shù)據(jù)類型是Class，Class表示對象所屬的類。

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

可以查看到Class其實(shí)就是一個(gè)objc_class結(jié)構(gòu)體指針。class類型和id類型一樣，本身繼承于指針類型，用于儲(chǔ)存類對象的指針，故在聲明class類型變量時(shí)和id一樣不需要*號。

NSString *str = [[NSString alloc] init];
Class c = [str Class];

這里我們定義的c，實(shí)際上同樣是一個(gè)objc_class結(jié)構(gòu)體指針。
查看到objc_class結(jié)構(gòu)體定義如下：

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 *` */  

OC的類其實(shí)也是一個(gè)對象，即類對象，意思就是你可以向一個(gè)類發(fā)送消息。為了可以調(diào)用類方法，這個(gè)類的isa指針必須指向一個(gè)包含這些類方法的類結(jié)構(gòu)體，也就是元類(meta-class)的概念。meta-class之所以重要，是因?yàn)樗４嬷鴦?chuàng)建類對象以及類方法所需的所有信息。每個(gè)類都會(huì)有一個(gè)單獨(dú)的meta-class，因?yàn)槊總€(gè)類的類方法基本不可能完全相同。
任何NSObject繼承體系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作為自己所屬的類。所有的meta-class使用基類的meta-class作為它們的父類，而基類的meta-class也是屬于它自己，也就是說基類的meta-class的isa指針指向它自己。

meta圖解說明.png

上圖實(shí)線是super_class指針，虛線是isa指針。有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要解釋以下：
1.Root class (class)其實(shí)就是NSObject，NSObject是沒有超類的，所以Root class(class)的superclass指向nil。
2.每個(gè)Class都有一個(gè)isa指針指向唯一的Meta class
3.Root class(meta)的superclass指向Root class(class)，也就是NSObject，形成一個(gè)回路。
4.每個(gè)Meta class的isa指針都指向Root class (meta)。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *p = [[Person alloc] init];
        Class c1 = [p class];
        Class c2 = [Person class];
        //輸出 1
        NSLog(@"%d", c1 == c2);
    }
    return 0;
}

由此可見，類對象是單例。對于Person這個(gè)類對象來說，只有一個(gè)，所有類對象均是如此。
介紹兩個(gè)函數(shù)：

OBJC_EXPORT BOOL class_isMetaClass(Class cls) 
    OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0);
    
OBJC_EXPORT Class object_getClass(id obj) 
    OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0);

class_isMetaClass用于判斷Class對象是否為元類，object_getClass用于獲取對象的isa指針指向的對象。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *p = [[Person alloc] init];
        //輸出1
        NSLog(@"%d", [p class] == object_getClass(p));
        //輸出0
        NSLog(@"%d", class_isMetaClass(object_getClass(p)));
        //輸出1
        NSLog(@"%d", class_isMetaClass(object_getClass([Person class])));
        //輸出0
        NSLog(@"%d", object_getClass(p) == object_getClass([Person class]));
    }
    return 0;
}

由上看出，實(shí)例的isa指針指向類，類的isa指針指向元類。

super_class表示實(shí)例對象對應(yīng)的父類；
name表示類名，我們可以在運(yùn)行期，通過這個(gè)名稱查找到該類（通過：id objc_getClass(const char *aClassName)）或該類的 metaclass（id objc_getMetaClass(const char *aClassName)）；
ivars表示多個(gè)成員變量，它指向objc_ivar_list結(jié)構(gòu)體。在runtime.h可以看到它的定義：

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;  
}  

objc_ivar_list其實(shí)就是一個(gè)鏈表，存儲(chǔ)多個(gè)objc_ivar，而objc_ivar結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)類的單個(gè)成員變量信息。
（* struct objc_ivar ivar_list[1] 這個(gè)稱為結(jié)構(gòu)體數(shù)組，顧名思義，結(jié)構(gòu)數(shù)組是指能夠存放多個(gè)結(jié)構(gòu)體類型(objc_ivar)的一種數(shù)組(ivar_list)形式。）
methodLists表示方法列表，它指向objc_method_list結(jié)構(gòu)體的二級指針，可以動(dòng)態(tài)修改methodLists的值來添加成員方法，也是Category實(shí)現(xiàn)原理，同樣也解釋Category不能添加屬性的原因。
Category只能在運(yùn)行時(shí)中添加屬性。代碼如下：

///例如可能是這樣的使用
  static const void *propertyKey = &propertyKey;
  /// 將value通過運(yùn)行時(shí)綁定到self
  objc_setAssociatedObject(self, propertyKey, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
  /// 將value在運(yùn)行時(shí)中通過propertyKey取出綁定的值
  id value = objc_getAssociatedObject(self, propertyKey);

在runtime.h可以看到它的定義

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;  
}  

同理，objc_method_list也是一個(gè)鏈表，存儲(chǔ)多個(gè)objc_method，而objc_method結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)類的某個(gè)方法的信息。
cache用來緩存經(jīng)常訪問的方法，它指向objc_cache結(jié)構(gòu)體，后面會(huì)重點(diǎn)講到。
protocols表示類遵循哪些協(xié)議。

• Method
  Method表示類中的某個(gè)方法，在runtime.h文件中找到它的定義：

/// 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;  
}  

其實(shí)Method就是一個(gè)指向objc_method結(jié)構(gòu)體指針，它存儲(chǔ)了方法名(method_name)、方法類型(method_types)和方法實(shí)現(xiàn)(method_imp)等信息。而method_imp的數(shù)據(jù)類型是IMP，它是一個(gè)函數(shù)指針，后面會(huì)重點(diǎn)提及。

• Ivar
  Ivar表示類中的實(shí)例變量，在runtime.h文件中找到它的定義：

/// 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  
}  

Ivar其實(shí)就是一個(gè)指向objc_ivar結(jié)構(gòu)體指針，它包含了變量名(ivar_name)、變量類型(ivar_type)等信息。

• IMP
  在上面講Method時(shí)就說過，IMP本質(zhì)上就是一個(gè)函數(shù)指針，指向方法的實(shí)現(xiàn)，在objc.h找到它的定義：

/// 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

當(dāng)你向某個(gè)對象發(fā)送一條信息，可以由這個(gè)函數(shù)指針來指定方法的實(shí)現(xiàn)，它最終就會(huì)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)。

• cache
  顧名思義，Cache主要用來緩存，那它緩存什么呢？我們先在runtime.h文件看看它的定義

typedef struct objc_cache *Cache                             OBJC2_UNAVAILABLE;  
struct objc_cache {  
    unsigned int mask /* total = mask + 1 */                 OBJC2_UNAVAILABLE;  
    unsigned int occupied                                    OBJC2_UNAVAILABLE;  
    Method buckets[1]                                        OBJC2_UNAVAILABLE;  
};  

Cache其實(shí)就是一個(gè)存儲(chǔ)Method的鏈表，主要是為了優(yōu)化方法調(diào)用的性能。當(dāng)對象receiver調(diào)用方法message時(shí)，首先根據(jù)對象receiver的isa指針查找到它對應(yīng)的類，然后在類的methodLists中搜索方法，如果沒有找到，就使用super_class指針到父類中的methodLists查找，一旦找到就調(diào)用方法。如果沒有找到，有可能消息轉(zhuǎn)發(fā)，也可能忽略它。但這樣查找方式效率太低，因?yàn)橥粋€(gè)類大概只有20%的方法經(jīng)常被調(diào)用，占總調(diào)用次數(shù)的80%。所以使用Cache來緩存經(jīng)常調(diào)用的方法，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。

消息發(fā)送

• objc_msgSend函數(shù)
  在前面已經(jīng)提過，當(dāng)某個(gè)對象使用語法[receiver message]來調(diào)用某個(gè)方法時(shí)，其實(shí)[receiver message]被編譯器轉(zhuǎn)化為：

id objc_msgSend ( id self, SEL op, ... );  

現(xiàn)在讓我們看一下objc_msgSend它具體是如何發(fā)送消息：
1.首先根據(jù)receiver對象的isa指針獲取它對應(yīng)的class；
2.優(yōu)先在class的cache查找message方法，如果找不到，再到methodLists查找；
3.如果沒有在class找到，再到super_class查找；
4.一旦找到message這個(gè)方法，就執(zhí)行它實(shí)現(xiàn)的IMP。

• self與super
  為了讓大家更好地理解self和super，借用sunnyxx博客的iOS程序員6級考試一道題目：下面的代碼分別輸出什么？

@implementation Son : Father  
-(id)init  
{  
    self = [super init];  
    if (self)  
    {  
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));  
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));  
    }  
    return self;  
}  
@end  

self表示當(dāng)前這個(gè)類的對象，而super是一個(gè)編譯器標(biāo)示符，和self指向同一個(gè)消息接受者(son)。在本例中，無論是[self class]還是[super class]，接受消息者都是Son對象，但super與self不同的是，self調(diào)用class方法時(shí)，是在子類Son中查找方法，而super調(diào)用class方法時(shí)，是在父類Father中查找方法。
當(dāng)調(diào)用[self class]方法時(shí)，會(huì)轉(zhuǎn)化為objc_msgSend函數(shù)，這個(gè)函數(shù)定義如下：

id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)  

這時(shí)會(huì)從當(dāng)前Son類的方法列表中查找，如果沒有，就到Father類查找，還是沒有，最后在NSObject類查找到。我們可以從NSObject.mm文件中看到- (Class)class的實(shí)現(xiàn)：

-(Class)class {  
    return object_getClass(self);  
}  

所以NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));會(huì)輸出Son。
當(dāng)調(diào)用[super class]方法時(shí)，會(huì)轉(zhuǎn)化為objc_msgSendSuper，這個(gè)函數(shù)定義如下：

id objc_msgSendSuper(struct objc_super *super, SEL op, ...) 

objc_msgSendSuper函數(shù)第一個(gè)參數(shù)super的數(shù)據(jù)類型是一個(gè)指向objc_super的結(jié)構(gòu)體，從message.h文件中查看它的定義：

/// Specifies the superclass of an instance.   
struct objc_super {  
    /// Specifies an instance of a class.  
    __unsafe_unretained id receiver;  
  
    /// Specifies the particular superclass of the instance to message.   
#if !defined(__cplusplus)  &&  !__OBJC2__  
    /* For compatibility with old objc-runtime.h header */  
    __unsafe_unretained Class class;  
#else  
    __unsafe_unretained Class super_class;  
#endif  
    /* super_class is the first class to search */  
};  
#endif 

結(jié)構(gòu)體包含兩個(gè)成員，第一個(gè)是receiver，表示某個(gè)類的實(shí)例。第二個(gè)是super_class表示當(dāng)前類的父類。
這時(shí)首先會(huì)構(gòu)造出objc_super結(jié)構(gòu)體，這個(gè)結(jié)構(gòu)體第一個(gè)成員是self，第二個(gè)成員是(id)class_getSuperclass(objc_getClass("Son"))，實(shí)際上該函數(shù)會(huì)輸出Father。然后在Father類查找class方法，查找不到，最后在NSObject查到。此時(shí)，內(nèi)部使用objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))去調(diào)用，與[self class]調(diào)用相同，所以結(jié)果還是Son。
Method Resolution
Fast Forwarding
Normal Forwarding
我的理解：objc_super結(jié)構(gòu)體中receiver是son,superclass是father,而objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))內(nèi)部是使用objc_super中的receiver作為消息發(fā)送者，也就是son調(diào)用NSObject中的class方法，所以結(jié)果是son。

方法解析與消息轉(zhuǎn)發(fā)

[receiver message]調(diào)用方法時(shí)，如果在message方法在receiver對象的類繼承體系中沒有找到方法，那怎么辦？一般情況下，程序在運(yùn)行時(shí)就會(huì)Crash掉，拋出unrecognized selector sent to…類似這樣的異常信息。但在拋出異常之前，還有三次機(jī)會(huì)按以下順序讓你拯救程序。
1.Method Resolution 即所屬類動(dòng)態(tài)方法解析
2.Fast Forwarding 即備援接受者
3.Normal Forwarding

• Method Resolution首先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(huì)重新啟動(dòng)一次消息發(fā)送的過程。
  舉一個(gè)簡單例子，定義一個(gè)類Message，它主要定義一個(gè)方法sendMessage，下面就是它的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：

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

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

如果我在viewDidLoad方法中創(chuàng)建Message對象并調(diào)用sendMessage方法：

-(void)viewDidLoad {  
    [super viewDidLoad];  
    Message *message = [Message new];  
    [message sendMessage:@"Sam Lau"];  
}  

控制臺(tái)會(huì)打印以下信息：

normal way : send message = Sam Lau

但現(xiàn)在我將原來sendMessage方法實(shí)現(xiàn)給注釋掉，覆蓋resolveInstanceMethod方法：

#pragma mark - Method Resolution  
/// override resolveInstanceMethod or resolveClassMethod for changing sendMessage method implementation  
+(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;  
} 

控制臺(tái)就會(huì)打印以下信息：

method resolution way : send message = Sam Lau

該方法主要原型為
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types);
方法名為給class添加方法，返回一個(gè)Bool類型返回值。第一個(gè)參數(shù)為需要添加方法的類，第二個(gè)參數(shù)為實(shí)例方法的名字也就是+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel方法中的參數(shù)sel，第三個(gè)參數(shù)為IMP類型的變量也就是函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。需要傳一個(gè)C函數(shù)，該函數(shù)至少要有兩個(gè)變量，一個(gè)是id self，一個(gè)是SEL _cmd，也可以傳字符串。
另一種寫法。

void dynamicAdditionMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
    //實(shí)現(xiàn)
    NSLog(@"dynamicAdditionMethodIMP");
}
class_addMethod([self class], name, (IMP)dynamicAdditionMethodIMP, "v@:");

第四個(gè)參數(shù)傳入一個(gè)字符串"v@*，它表示方法的參數(shù)和返回值，詳情請參考Type Encodings。
如果resolveInstanceMethod方法返回NO，運(yùn)行時(shí)就跳轉(zhuǎn)到下一步：消息轉(zhuǎn)發(fā)(Message Forwarding)。

• Fast Forwarding
  當(dāng)對象所屬類不能動(dòng)態(tài)添加方法后，runtime就會(huì)詢問當(dāng)前的接受者是否有其他對象可以處理這個(gè)未知的selector。方法就是：

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;

如果目標(biāo)對象實(shí)現(xiàn)- forwardingTargetForSelector:方法，系統(tǒng)就會(huì)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self，也會(huì)重啟消息發(fā)送的過程，把這消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象來處理。否則，就會(huì)繼續(xù)Normal Fowarding。
繼續(xù)上面Message類的例子，將sendMessage和resolveInstanceMethod方法注釋掉，然后添加forwardingTargetForSelector方法的實(shí)現(xiàn)：

#pragma mark - Fast Forwarding  
-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector  
{  
    if (aSelector == @selector(sendMessage:)) {  
        return [MessageForwarding new];  
    }  
    return nil;  
}  

此時(shí)還缺一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)消息的類MessageForwarding，這個(gè)類的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)如下：

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

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

此時(shí)，控制臺(tái)會(huì)打印以下信息：

fast forwarding way : send message = Sam Lau

這里叫Fast，是因?yàn)檫@一步不會(huì)創(chuàng)建NSInvocation對象，但Normal Forwarding會(huì)創(chuàng)建它，所以相對于更快點(diǎn)。

• 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，如果返回為nil，程序會(huì)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(huì)創(chuàng)建一個(gè)NSInvocation對象并調(diào)用-forwardInvocation:方法。
  繼續(xù)前面的例子，將forwardingTargetForSelector方法注釋掉，添加methodSignatureForSelector和forwardInvocation方法的實(shí)現(xiàn)：

#pragma mark - Normal Forwarding  
-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector  
{  
    NSMethodSignature *methodSignature = [super methodSignatureForSelector:aSelector];  
    if (!methodSignature) {  
        methodSignature = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:*"];  
    }  
    return methodSignature;  
}  
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation  
{  
    MessageForwarding *messageForwarding = [MessageForwarding new];  
    if ([messageForwarding respondsToSelector:anInvocation.selector]) {  
        [anInvocation invokeWithTarget:messageForwarding];  
    }  
}  

三種方法的選擇

Runtime提供三種方式來將原來的方法實(shí)現(xiàn)代替掉，那該怎樣選擇它們呢？

• 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來處理，所以只適用于在原來的類中代替掉。
• Fast Forwarding
  它可以將消息處理轉(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
  它跟Fast Forwarding一樣可以消息轉(zhuǎn)發(fā)，但它能通過NSInvocation對象獲取更多消息發(fā)送的信息，例如：target、selector、arguments和返回值等信息。

Associated Objects

如果我們想對系統(tǒng)的類添加方法時(shí)，可以使用擴(kuò)展，但是添加屬性時(shí)，只能使用繼承。如果不想使用繼承，則可以用runtime來關(guān)聯(lián)對象，這與我們自定義類的添加屬性不同。本質(zhì)上是使用類別進(jìn)行擴(kuò)展，通過添加get方法和set方法從而在使用時(shí)可以使用點(diǎn)方法使用。與普通使用方法一致。
同時(shí)當(dāng)使用Category對某個(gè)類進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，有時(shí)需要存儲(chǔ)屬性，Category是不支持的，這時(shí)需要使用Associated Objects來給已存在的類Category添加自定義的屬性。Associated Objects提供三個(gè)C語言API來向?qū)ο筇砑印@取和刪除關(guān)聯(lián)值：

• void objc_setAssociatedObject (id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy )
• id objc_getAssociatedObject (id object, const void *key )
• void objc_removeAssociatedObjects (id object )

其中objc_AssociationPolicy是個(gè)枚舉類型，它可以指定Objc內(nèi)存管理的引用計(jì)數(shù)機(jī)制。

  typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {  
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,           /**< Specifies a weak reference to the associated object. */  
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object.  
                                            *   The association is not made atomically. */  
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,   /**< Specifies that the associated object is copied.  
                                            *   The association is not made atomically. */  
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,       /**< Specifies a strong reference to the associated object. 
                                            *   The association is made atomically. */  
    OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403          /**< Specifies that the associated object is copied. 
                                            *   The association is made atomically. */  
};  

下面有個(gè)關(guān)于NSObject+AssociatedObject Category添加屬性associatedObject的示例代碼：
NSObject+AssociatedObject.h

@interface NSObject (AssociatedObject)  
@property (strong, nonatomic) id associatedObject;  
@end 

NSObject+AssociatedObject.m

@implementation NSObject (AssociatedObject)  
- (void)setAssociatedObject:(id)associatedObject  
{  
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(associatedObject), associatedObject, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);  
}  
- (id)associatedObject  
{  
    return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);  
}  
@end 

Associated Objects的key要求是唯一并且是常量，而SEL是滿足這個(gè)要求的，所以上面的采用隱藏參數(shù)_cmd作為key。
一個(gè)給scrollview添加refreshView的實(shí)際用例：

@interface UIScrollView (Refresh)  
@property (nonatomic) RefreshView * refreshView;  
@end  

#import <objc/runtime.h>  
static char kRefreshView;  
@implementation UIScrollView (Refresh)  
@dynamic refreshView;  
  
- (void)setRefreshView:(RefreshView *)aView {  
      
    objc_setAssociatedObject(self, &kRefreshView, aView, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);  
}  
  
  
- (RefreshView *)refreshView {  
      
    return objc_getAssociatedObject(self, &kRefreshView);  
}  
  
@end  

GetClass

得到一個(gè)實(shí)例的類。代碼如下：

#import "ViewController.h"  
#import <objc/runtime.h>  
#import "Person.h"  
  
@interface ViewController ()  
  
@end  
  
@implementation ViewController  
  
- (void)viewDidLoad {  
    [super viewDidLoad];  
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.  
      
      
    Person * p1 = [[Person alloc] init];  
      
    Class c1 = object_getClass(p1);  
    NSLog(@"%@", c1);  
    Person * p2 = [[[c1 class] alloc] init];  
    NSLog(@"%@", p2.name);  
      
} 

isKindOfClass和isMemberOfClass

先看看isKindOfClass和isMemberOfClass在Object.mm中的實(shí)現(xiàn)：

- (BOOL)isKindOf:aClass
{
     Class cls;
     for (cls = isa; cls; cls = cls->superclass)
          if (cls == (Class)aClass)
               return YES;
     return NO;
}

- (BOOL)isMemberOf:aClass
{
     return isa == (Class)aClass;
}

可以看到isKindOfClass是取自身指針isa與參數(shù)指針做對比，如果相等返回YES，如果不等則取其superClass指針，直到superClass為空為止，循環(huán)結(jié)束返回空。

int main(int argc, const char * argv[]) {
     @autoreleasepool {
          BOOL res1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
          BOOL res2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
          BOOL res3 = [(id)[Sark class] isKindOfClass:[Sark class]];
          BOOL res4 = [(id)[Sark class] isMemberOfClass:[Sark class]];
          NSLog(@"%d %d %d %d", res1, res2, res3, res4);
     }
     return 0;
}

//輸出
2014-11-05 14:45:08.474 Test[9412:721945] 1 0 0 0

res1中NSObject的isa指針指向NSOject的meta-class，繼續(xù)循環(huán)，meta-class的superClass是NSObject所以為ture;
res3中Sark的isa指針指向sark的meta-class，接下來指向NSObject的meta-class，再接下來指向NSObject;
res2中NSObject的isa指針指向NSOject的meta-class，與NSObject不一致；
res4中Sark的isa指針指向sark的meta-class，與Sark不一致。
注意上面是類與類相比。下面是類的實(shí)例與類相比：

Person *person = [[Person alloc] init];  
Teacher *teacher = [[Teacher alloc] init];  
  
//YES   
if ([teacher isKindOfClass:[Teacher class]]) {  
    NSLog(@"teacher 是 Teacher類或Teacher的子類");  
}  
//YES   
if ([teacher isKindOfClass:[Person class]]) {  
    NSLog(@"teacher 是 Person類或Person的子類");  
}  
//YES   
if ([teacher isKindOfClass:[NSObject class]]) {  
    NSLog(@"teacher 是 NSObject類或NSObject的子類");  
} 

// YES   
if ( [teacher respondsToSelector: @selector( setName: )] == YES ) {  
    NSLog(@"teacher responds to setSize: method" );  
}  
  
// NO   
if ( [teacher respondsToSelector: @selector( abcde )] == YES ) {  
    NSLog(@"teacher responds to nonExistant method" );  
}  
  
// YES   
if ( [Teacher respondsToSelector: @selector( alloc )] == YES ) {  
    NSLog(@"teacher class responds to alloc method\n" );  
}  

Method Swizzling

Method Swizzling就是在運(yùn)行時(shí)將一個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)代替為另一個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)。由于Foundation等框架都是閉源的，我們沒有辦法直接修改代碼，通常情況下只能通過繼承，類別，關(guān)聯(lián)屬性等手段添加屬性和實(shí)例方法，較為繁瑣。而Method Swizzling可以通過將一個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)代替另一個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到修改閉源代碼的目的。
例如一個(gè)想要統(tǒng)計(jì)每個(gè)頁面出現(xiàn)的次數(shù)，如果在所有頁面的viewWillAppear中都添加統(tǒng)計(jì)代碼，則太過繁瑣。那我們使用一個(gè)類別，并自定義一個(gè)方法替代系統(tǒng)的viewWillAppear，在其中做統(tǒng)計(jì)，并在統(tǒng)計(jì)結(jié)束后調(diào)用系統(tǒng)的viewWillAppear即可。

@interface UIViewController (MyUIViewController)

@end

@implementation UIViewController(MyUIViewController)
+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        
        SEL originalSelector = @selector(viewWillAppear:);
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod([self class], originalSelector);
        
        SEL exchangeSelector = @selector(myViewWillAppear:);
        Method exchangeMethod = class_getInstanceMethod([self class], exchangeSelector);
        
        method_exchangeImplementations(originalMethod, exchangeMethod);
    });
}

- (void)myViewWillAppear:(BOOL)animated {
    //這里實(shí)際上是調(diào)用系統(tǒng)的viewWillAppear，不會(huì)遞歸調(diào)用。
    [self myViewWillAppear:animated];
    NSLog(@"MyViewWillAppear %@", [self class]);
}

使用load實(shí)現(xiàn)預(yù)加載。使用GCD的dispatch_once_t保證只會(huì)交換一次不會(huì)重復(fù)交換。使用method_exchangeImplementations來實(shí)現(xiàn)交換。
將上述代碼放入工程中就可以打印所有viewcontroller的加載情況。

Aspect-Oriented Programming(AOP)

類似記錄日志、身份驗(yàn)證、緩存等事務(wù)非常瑣碎，與業(yè)務(wù)邏輯無關(guān)，很多地方都有，又很難抽象出一個(gè)模塊，這種程序設(shè)計(jì)問題，業(yè)界給它們起了一個(gè)名字叫橫向關(guān)注點(diǎn)(Cross-cutting concern)，AOP作用就是分離橫向關(guān)注點(diǎn)(Cross-cutting concern)來提高模塊復(fù)用性，它可以在既有的代碼添加一些額外的行為(記錄日志、身份驗(yàn)證、緩存)而無需修改代碼。

runtime如何實(shí)現(xiàn)weak置為nil

runtime對注冊的類會(huì)進(jìn)行布局，對于weak修飾的對象會(huì)放入一個(gè)hash表中，用weak指向的對象內(nèi)存地址作為key。當(dāng)此對象的引用計(jì)數(shù)為0的時(shí)候會(huì)dealloc，假如weak指向的對象內(nèi)存地址是a，那么就會(huì)以a為鍵在這個(gè)weak表中搜索，找到所有以a為鍵的weak對象，從而設(shè)置為nil。

NSString *name = [[NSString alloc] initWithString: @"Jiaming Chen"];
__weak NSString *weakStr = name;

當(dāng)為weakStr這一weak類型的對象賦值時(shí)，編譯器會(huì)根據(jù)name的地址為key去查找weak哈希表，該表項(xiàng)的值為一個(gè)數(shù)組，將weakStr對象的地址加入到數(shù)組中，當(dāng)name變量超出變量作用域或引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，會(huì)執(zhí)行dealloc函數(shù)，在執(zhí)行該函數(shù)時(shí)，編譯器會(huì)以name變量的地址去查找weak哈希表的值，并將數(shù)組里所有 weak對象全部賦值為nil。

總結(jié)

雖然在平時(shí)項(xiàng)目不是經(jīng)常用到Objective-C的Runtime特性，但當(dāng)你閱讀一些iOS開源項(xiàng)目時(shí)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)很多時(shí)候都會(huì)用到。所以深入理解Objective-C的Runtime數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制有助于你更容易地閱讀和學(xué)習(xí)開源項(xiàng)目。