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Runtime
参考资料：http://www.jianshu.com/p/19f280afcb24
类和对象
Objective-C语言是一门动态语言，它将很多静态语言在编译和链接时期做的事放到了运行时来处理。这种动态语言的优势在于：我们写代码时更具灵活性，如我们可以把消息转发给我们想要的对象，或者随意交换一个方法的实现等。
这种特性意味着Objective-C不仅需要一个编译器，还需要一个运行时系统来执行编译的代码。对于Objective-C来说，这个运行时系统就像一个操作系统一样：它让所有的工作可以正常的运行。这个运行时系统即Objc Runtime。Objc Runtime其实是一个Runtime库，它基本上是用C和汇编写的，这个库使得C语言有了面向对象的能力。
runtime 概念
Objective-C 是基于 C 的，它为 C 添加了面向对象的特性。它将很多静态语言在编译和链接时期做的事放到了 runtime 运行时来处理，可以说 runtime 是我们 Objective-C 幕后工作者。
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runtime（
简称运行时），是一套 纯C(C和汇编写的) 的API。而 OC 就是 运行时机制，也就是在运行时候的一些机制，其中最主要的是 消息机制。 -
对于 C 语言，函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数。
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OC的函数调用成为消息发送，属于 动态调用过程。在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数，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。
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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，只要声明过就不会报错，只有当运行的时候才会报错，这是因为OC是运行时动态调用的。而 C 语言 调用未实现的函数 就会报错
Runtime库主要做下面几件事：
封装：在这个库中，对象可以用C语言中的结构体表示，而方法可以用C函数来实现，另外再加上了一些额外的特性。这些结构体和函数被runtime函数封装后，我们就可以在程序运行时创建，检查，修改类、对象和它们的方法了。
找出方法的最终执行代码：当程序执行[object doSomething]时，会向消息接收者(object)发送一条消息(doSomething)，runtime会根据消息接收者是否能响应该消息而做出不同的反应。这将在后面详细介绍。
Objective-C runtime目前有两个版本：Modern runtime和Legacy runtime。Modern Runtime 覆盖了64位的Mac OS X Apps，还有 iOS Apps，Legacy Runtime 是早期用来给32位 Mac OS X Apps 用的，也就是可以不用管就是了。
类与对象基础数据结构
Class
Objective-C类是由Class类型来表示的，它实际上是一个指向objc_class结构体的指针。它的定义如下：
typedef struct objc_class *Class;
查看objc/runtime.h中objc_class结构体的定义如下：
1 struct objc_class { 2 Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; 3 4 #if !__OBJC2__ 5 Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE; // 父类 6 const char *name OBJC2_UNAVAILABLE; // 类名 7 long version OBJC2_UNAVAILABLE; // 类的版本信息，默认为0 8 long info OBJC2_UNAVAILABLE; // 类信息，供运行期使用的一些位标识 9 long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的实例变量大小 10 struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的成员变量链表 11 struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法定义的链表 12 struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法缓存 13 struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE; // 协议链表 14 #endif 15 16 } OBJC2_UNAVAILABLE;
在这个定义中，下面几个字段是我们感兴趣的
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isa：需要注意的是在Objective-C中，所有的类自身也是一个对象，这个对象的Class里面也有一个isa指针，它指向metaClass(元类)，我们会在后面介绍它。
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super_class：指向该类的父类，如果该类已经是最顶层的根类(如NSObject或NSProxy)，则super_class为NULL。
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cache：用于缓存最近使用的方法。一个接收者对象接收到一个消息时，它会根据isa指针去查找能够响应这个消息的对象。在实际使用中，这个对象只有一部分方法是常用的，很多方法其实很少用或者根本用不上。这种情况下，如果每次消息来时，我们都是methodLists中遍历一遍，性能势必很差。这时，cache就派上用场了。在我们每次调用过一个方法后，这个方法就会被缓存到cache列表中，下次调用的时候runtime就会优先去cache中查找，如果cache没有，才去methodLists中查找方法。这样，对于那些经常用到的方法的调用，但提高了调用的效率。
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version：我们可以使用这个字段来提供类的版本信息。这对于对象的序列化非常有用，它可是让我们识别出不同类定义版本中实例变量布局的改变。
runtime 常见作用
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动态交换两个方法的实现
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动态添加属性
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实现字典转模型的自动转换
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发送消息
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动态添加方法 (面试用到)
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拦截并替换方法
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实现 NSCoding 的自动归档和解档
动态添加方法
应用场景：如果一个类方法非常多，加载类到内存的时候也比较耗费资源，需要给每个方法生成映射表，可以使用动态给某个类，添加方法解决。
注解：OC 中我们很习惯的会用懒加载，当用到的时候才去加载它，但是实际上只要一个类实现了某个方法，就会被加载进内存。当我们不想加载这么多方法的时候，就会使用到 runtime 动态的添加方法。
实现NSCoding的自动归档和解档
如果你实现过自定义模型数据持久化的过程，那么你也肯定明白，如果一个模型有许多个属性，那么我们需要对每个属性都实现一遍encodeObject 和 decodeObjectForKey方法，如果这样的模型又有很多个，这还真的是一个十分麻烦的事情。下面来看看简单的实现方式。
runtime 消息机制
我们写 OC 代码，它在运行的时候也是转换成了 runtime 方式运行的。任何方法调用本质：就是发送一个消息（用 runtime发送消息，OC 底层实现通过 runtime 实现）。
消息机制原理：对象根据方法编号SEL去映射表查找对应的方法实现。
每一个 OC 的方法，底层必然有一个与之对应的 runtime 方法。
示例代码：OC 方法-->runtime 方法
说明: eat(无参) 和 run(有参) 是 Person模型类中的私有方法「可以帮我调用私有方法」；
1 // Person *p = [Person alloc]; 2 // 底层的实际写法 3 Person *p = objc_msgSend(objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc")); 4 5 // p = [p init]; 6 p = objc_msgSend(p, sel_registerName("init")); 7 8 // 调用对象方法（本质：让对象发送消息） 9 //[p eat]; 10 11 // 本质：让类对象发送消息 12 objc_msgSend(p, @selector(eat)); 13 objc_msgSend([Person class], @selector(run:),20); 14 15 //--------------------------- <#我是分割线#> ------------------------------// 16 // 也许下面这种好理解一点 17 18 // id objc = [NSObject alloc]; 19 id objc = objc_msgSend([NSObject class], @selector(alloc)); 20 21 // objc = [objc init]; 22 objc = objc_msgSend(objc, @selector(init));
runtime 方法调用流程「消息机制」
面试：消息机制方法调用流程
- 怎么去调用
eat方法，对象方法：(保存到类对象的方法列表) ，类方法：(保存到元类(Meta Class)中方法列表)。- 1.OC 在向一个对象发送消息时，
runtime库会根据对象的isa指针找到该对象对应的类或其父类中查找方法。。 - 2.注册方法编号（这里用方法编号的好处，可以快速查找）。
- 3.根据方法编号去查找对应方法。
- 4.找到只是最终函数实现地址，根据地址去方法区调用对应函数。
- 1.OC 在向一个对象发送消息时，
- 补充：一个
objc对象的isa的指针指向什么？有什么作用？- 每一个对象内部都有一个isa指针，这个指针是指向它的真实类型，根据这个指针就能知道将来调用哪个类的方法。
runtime 下Class的各项操作
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获取属性列表
1 objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count); 2 for (unsigned int i=0; i<count; i++) { 3 const char *propertyName = property_getName(propertyList[i]); 4 NSLog(@"property---->%@", [NSString stringWithUTF8String:propertyName]); 5 }
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获取方法列表1 Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &count); 2 for (unsigned int i; i<count; i++) { 3 Method method = methodList[i]; 4 NSLog(@"method---->%@", NSStringFromSelector(method_getName(method))); 5 }
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获取成员变量列表
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1 Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count); 2 for (unsigned int i; i<count; i++) { 3 Ivar myIvar = ivarList[i]; 4 const char *ivarName = ivar_getName(myIvar); 5 NSLog(@"Ivar---->%@", [NSString stringWithUTF8String:ivarName]); 6 }
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获取协议列表
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1 __unsafe_unretained Protocol **protocolList = class_copyProtocolList([self class], &count); 2 for (unsigned int i; i<count; i++) { 3 Protocol *myProtocal = protocolList[i]; 4 const char *protocolName = protocol_getName(myProtocal); 5 NSLog(@"protocol---->%@", [NSString stringWithUTF8String:protocolName]); 6 }
现在有一个Person类，和person创建的xiaoming对象,有test1和test2两个方法
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获得类方法
1 Class PersonClass = object_getClass([Person class]); 2 SEL oriSEL = @selector(test1); 3 Method oriMethod = _class_getMethod(xiaomingClass, oriSEL);
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获得实例方法 -
1 Class PersonClass = object_getClass([xiaoming class]); 2 SEL oriSEL = @selector(test2); 3 Method cusMethod = class_getInstanceMethod(xiaomingClass, oriSEL);
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添加方法 -
BOOL addSucc = class_addMethod(xiaomingClass, oriSEL, method_getImplementation(cusMethod), method_getTypeEncoding(cusMethod));
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替换原方法实现 -
class_replaceMethod(toolClass, cusSEL, method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));
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交换两个方法的实现
method_exchangeImplementations(oriMethod, cusMethod);
runtime 几个参数概念
1、objc_msgSend
这是个最基本的用于发送消息的函数。其实编译器会根据情况在objc_msgSend， objc_msgSend_stret,，objc_msgSendSuper， 或 objc_msgSendSuper_stret 四个方法中选择一个来调用。如果消息是传递给超类，那么会调用名字带有 Super 的函数；如果消息返回值是数据结构而不是简单值时，那么会调用名字带有stret的函数。
2、SELobjc_msgSend函数第二个参数类型为SEL，它是selector在Objc中的表示类型（Swift中是Selector类）。selector是方法选择器，可以理解为区分方法的 ID，而这个 ID 的数据结构是SEL:typedef struct objc_selector *SEL;
其实它就是个映射到方法的C字符串，你可以用 Objc 编译器命令@selector()``或者 Runtime 系统的sel_registerName函数来获得一个SEL类型的方法选择器。
3、id
objc_msgSend第一个参数类型为id，大家对它都不陌生，它是一个指向类实例的指针：typedef struct objc_object *id;
那objc_object又是啥呢：struct objc_object { Class isa; };objc_object结构体包含一个isa指针，根据isa指针就可以顺藤摸瓜找到对象所属的类。
4、runtime.h里Class的定义
1 struct objc_class { 2 Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;//每个Class都有一个isa指针 3 4 #if !__OBJC2__ 5 Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;//父类 6 const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;//类名 7 long version OBJC2_UNAVAILABLE;//类版本 8 long info OBJC2_UNAVAILABLE;//!*!供运行期使用的一些位标识。如：CLS_CLASS (0x1L)表示该类为普通class; CLS_META(0x2L)表示该类为metaclass等(runtime.h中有详细列出) 9 long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;//实例大小 10 struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;//存储每个实例变量的内存地址 11 struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;//!*!根据info的信息确定是类还是实例，运行什么函数方法等 12 struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;//缓存 13 struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;//协议 14 #endif 15 16 } OBJC2_UNAVAILABLE; 17 18
可以看到运行时一个类还关联了它的超类指针，类名，成员变量，方法，缓存，还有附属的协议。
在objc_class结构体中：`ivars是objc_ivar_list指针；methodLists是指向objc_method_list指针的指针。也就是说可以动态修改*methodLists的值来添加成员方法，这也是Category`实现的原理。
什么是 method swizzling（俗称黑魔法）
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简单说就是进行方法交换
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在
Objective-C中调用一个方法，其实是向一个对象发送消息，查找消息的唯一依据是selector的名字。利用Objective-C的动态特性，可以实现在运行时偷换selector对应的方法实现，达到给方法挂钩的目的 -
每个类都有一个方法列表，存放着方法的名字和方法实现的映射关系，
selector的本质其实就是方法名，IMP有点类似函数指针，指向具体的Method实现，通过selector就可以找到对应的IMP。
- 交换方法的几种实现方式
- 利用
method_exchangeImplementations交换两个方法的实现 - 利用
class_replaceMethod替换方法的实现 - 利用
method_setImplementation来直接设置某个方法的IMP。
交换方法
- 利用
Runtime