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来源：互联网发布：淘宝账号免费注册编辑：程序博客网时间：2024/04/27 13:31

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Runtime系统是一个由一系列C语言函数和数据结构组成的动态共享库，即通过面向过程语言C实现Objective-C语言的面向对象特性。 
1 、概述 
         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。 
      Objective-C runtime目前有两个版本： 
      1) Modern Runtime ：在Objective-C 2.0 引进，覆盖了64位的Mac OS X Apps，还有 iOS Apps； 
      2) 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。 
      这两个版本最大的区别在于当你更改一个类的实例变量的布局时，在早期版本中你需要重新编译它的子类，而现行版就不需要。 
2、类与对象 
2.1 面向对象模型 
         在面向对象编程模型中，主要围绕两种结构进行设计和编程：类与对象。 
2.1.1 对象 
         对象是人们要进行研究的任何事物，从最简单的整数到复杂的飞机等均可看作对象，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件。 
         对象实现了数据和操作的结合，使数据和操作封装于对象的统一体中： 
           1) 数据：一个对象用数据值来描述它的状态。 
           2) 操作：用于改变对象的状态，对象及其操作就是对象的行为。 
2.1.2 类 
       具有相同特性（数据元素）和行为（功能）的对象的抽象就是类。因此，对象的抽象是类，类的具体化就是对象，也可以说类的实例是对象，类实际上就是一种数据类型。 
2.2 数据结构 
         由于Objective-C底层是通过C语言实现，但C语言又不存在类和对象。为了描述面向对象的特性，所以Objective-C使用C语言的结构体来表示类和对象，即Objective-C语言中的类和对象本身是由结构体表示。 
2.2.1 类结构 
        Objective-C的类是由Class类型来表示的，它实际上是一个指向objc_class结构体的指针。可以在［3］项目Public Headers/runtime.h目录下发现有如下定义： 
定义 21：objc_class结构体 
<div>
<table style="background-color: #f2dbdb; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr style="height: 23px">
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
typedef struct objc_class Class;
</td>
</tr>
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
struct objc_class 
{ 
          Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; 
#if !OBJC2 
          Class super_class //父类 
          const char name //类名 
          long version //类的版本信息，默认为0 
          long info //类信息，供运行期使用的一些位标识 
          long instance_size //该类的实例变量大小 
          struct objc_ivar_list *ivars //该类的成员变量链表 
          struct objc_method_list **methodLists //方法定义的链表 
          struct objc_cache cache //方法缓存 
          struct objc_protocol_list protocols //协议链表 
#endif 
} OBJC2_UNAVAILABLE;
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
在这个定义中，下面几个字段是我们感兴趣的 
      1) 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)，在后面会介绍它。 
      2) 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。 
2.2.2 对象结构 
      在Objective-C中的对象由objc_object结构体表示，它的定义如下(objc/objc.h)： 
定义 22：objc_object结构体 
<div>
<table style="background-color: #f2dbdb; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
struct objc_object 
{ 
          Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; 
};
</td>
</tr>
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
typedef struct objc_object id;
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
       可以看到，这个结构体只有一个成员，即指向其类的isa指针。这样，当向一个Objective-C对象发送消息时，运行时库会根据实例对象的isa指针找到这个实例对象所属的类。Runtime库会在类的方法列表及父类的方法列表中去寻找与消息对应的selector指向的方法。找到后即运行这个方法。 
2.3 Objective-C设计模型 
      C++模型中有两种结构：静态成员和非静态成员。静态成员属于整个类所有的对象包括类，任何对象都可以操作；而非静态成员只属于实例化后的某个对象，是对象所独有的，若未实例化则无法访问。 
       类似C++模型，Objective-C模型也有两种操作实例的方式：实例方法和类方法。若要操作实例方法需要将类进行实例化为对象，然后通过对象来操作方法；若要操作类方法，则不需要实现化，直接通过类即可操作类方法。 
       由于Objective-C模型存在实例操作方法和类操作方法，所以runtime系统需要某种方式来存储这两种方法： 
       1) 对象实例：该实例只是一种连续的二进制数据流（即void类型），用于存放对象中的数据（即Objective-C成员变量），并且对象实例的二进制数据流中第一个数据类型永远为objc_class指针（命名为isa），之后才存放其它数据成员，之后其它数据成员占多大的字节由类实例（即objc_class对象）类定义。 
      2)类实例：该实例是objc_class结构体的实例化对象，是对象实例的一种"导航"，其存放对象实例的所有信息，包括二进制数据流的分配和对象实例提供的操作方法等各种。 
    3)元类实例：该实例也是objc_class结构体的实例化对象，不同的是该实例是类实例的"导航"，其存放类实例的所有信息，当要操作类方法时，就通过元类实例来操作类实例。 
 

<div align="center"><img style="width: 511px; height: 64px" alt="" src="http://images2015.cnblogs.com/blog/499013/201604/499013-20160424095407226-150451552.png" width="919" height="129" /></div>
 图 21 Objective-C实例关系图 
 2.3.1 对象实例 
2.3.1.1 内存空间布局 
    对象实例其实是一种连续的二进制数据流（即void类型），其存放两种内容：objc_class指针和Objective-C对象的所有数据。而对象数据如何在二进制数据中组织，及对象的操作方法则存放在类实例中，并且创建的对象实例的大小由类实例中的instance_size值决定。 

<div align="center"><img style="width: 127px; height: 98px" alt="" src="http://images2015.cnblogs.com/blog/499013/201604/499013-20160424095718663-992565854.png" width="127" height="98" /></div>
 图 22 对象实例内存空间布局 
如创建创建一个MyClass对象，其内存空间布局如表 21所示： 
<div>
<table style="background-color: #fde9d9; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
@interface MyClass 
{ 
int age; 
float height; 
} 
@end
</td>
</tr>
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px"> </td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
 
表 21 MyClass对象实例的内存布局 
<div style="text-align: center">
<table style="border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 54px">
<col style="width: 101px">
<col style="width: 101px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr style="background: #4f81bd; height: 22px">
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px" valign="middle">
序号
</td>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px" valign="middle">
成员
</td>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px" valign="middle">
字节占用大小
</td>
</tr>
<tr style="background: #dbe5f1; height: 22px">
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px" valign="middle">
0 
</td>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
objc_class isa
</td>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px" valign="middle">
8
</td>
</tr>
<tr style="height: 22px">
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px" valign="middle">
1 
</td>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
int age
</td>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px" valign="middle">
4 
</td>
</tr>
<tr style="background: #dbe5f1; height: 22px">
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px" valign="middle">
2 
</td>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
float height
</td>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px" valign="middle">
4 
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
 2.3.1.2 创建对象实例 
    当创建Objective-C对象时，runtime通过malloc创建一块堆空间，然后再强制转换为objc_object类型，最后初始化其isa。可在runtime.h文件中发现其创建的过程：class_createInstance() --> _class_createInstance() --> _class_createInstanceFromZone() 
<div>
<div class="cnblogs_code">
<div> 1 id  _class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void zone) 
 2 {    ... 
 3     size = cls->alignedInstanceSize() + extraBytes;   //获取对象实例的空间大小 
 4     bytes = calloc(1, size);     //创建内存空间 
 5     ... 
 6     return objc_constructInstance(cls, bytes); 
 7 } 
 8 id  objc_constructInstance(Class cls, void bytes)  
 9 { 
10     ... 
11     id obj = (id)bytes;  //将void＊类型强制转换为objc_object类型 
12     obj->initIsa(cls);   //初始化objc_object结构体中的isa成员 
13     ...         
14     return obj; 
15 }</div>
</div>
</div>
 2.3.1.3 访问成员变量 
       访问成员变量首先通过对象实例中的isa指针，获取objc_class对象中指定变量的信息；然后再访问对象实例中的某块内存。 
     1) 获取变量信息 
    变量的信息都存储在类实例（即objc_class对象）中，所以根据对象实例（即objc_object对象）中的isa指针索引到类实例，然后遍历类实例中定义了变量。可在runtime.h文件中的 class_getInstanceVariable方法查看其过程： 
<div>
<div class="cnblogs_code">
<div> 1 Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char name) 
 2 { 
 3     if (!cls  ||  !name) return nil; 
 4     return _class_getVariable(cls, name, nil); 
 5 } 
 6 Ivar _class_getVariable(Class cls, const char name, Class memberOf) 
 7 { 
 8     for (; cls != Nil; cls = cls->superclass) {   //遍历继承结构所有的变量 
 9         int i; 
10         for (i = 0; i < cls->ivars->ivar_count; i++) { 
11             old_ivar ivar = &cls->ivars->ivar_list[i]; 
12             if (ivar->ivar_name  &&  0 == strcmp(name, ivar->ivar_name)) {  //比较是否与指定的变量相同 
13                 if (memberOf) memberOf = cls; 
14                 return (Ivar)ivar; 
15             } 
16         } 
17     } 
18     return nil; 
19 }</div>
</div>
</div>
      2) 获取实例内容 
     根据objc_class对象中定义的变量信息，可计算出变量的偏移量，从而获取变量的地址，最后可获取或设置objc_object对象中的变量值。如runtime.h文件中的object_getIvar和object_setIvar方法： 
<div class="cnblogs_code">
<div> 1 id object_getIvar(id obj, Ivar ivar) 
 2 {        ... 
 3         ptrdiff_t ivar_offset = ivar_getOffset(ivar);  //获取变量的偏移量 
 4         id idx = (id )((char )obj + ivar_offset);  //计算变量的起始地址，并强制转换为id＊类型。 
 5         ... 
 6         return idx; 
 7  } 
 8 void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value) 
 9 {        ... 
10         ptrdiff_t ivar_offset = ivar_getOffset(ivar);  //获取变量的偏移量 
11         id location = (id )((char )obj + ivar_offset);  //计算变量的起始地址，并强制转换为id＊类型。 
12         ... 
13         location = value;  //设置为指定值 
14         ... 
15 }</div>
</div>
2.3.2 类实例 
2.3.2.1 内存空间布局 
       类实例是objc_class结构体的实例化对象，若创建的类是基类，则创建实例大小为sizeof(objc_class)；若创建的类不是基类，则其实例创建的内存空间大小是由isa指针的元类（即objc_class对象）决定。 
       其中每个Objective-C类只实例化一个类实例，所有该类型的对象实例中的isa指针都指向该类实例。一般由编译器自动实例化。如下所示，不同的对象拥有同一个类实例： 
<div class="cnblogs_code">
<div> 1 -(void)testMetaClass 
 2 { 
 3     MyClass myClass1 = [[MyClass alloc] init]; 
 4     Class isa1 = [myClass1 class]; 
 5     NSLog(@"object1 is %p.", myClass1); 
 6     NSLog(@"object1 isa pointer: %p", isa1); 
 7      
 8     MyClass myClass2 = [[MyClass alloc] init]; 
 9     Class isa2 = [myClass2 class]; 
10     NSLog(@"object2 is %p.", myClass2); 
11     NSLog(@"object2 isa pointer: %p", isa2); 
12 } 
13 2016-02-18 20:30:02.808 runtimeProject[1052:78156] object1 is 0x7fda02c1d100. 
14 2016-02-18 20:30:02.808 runtimeProject[1052:78156] object1 isa pointer: 0x1069a13e0 
15 2016-02-18 20:30:02.808 runtimeProject[1052:78156] object2 is 0x7fda02d25d00. 
16 2016-02-18 20:30:02.809 runtimeProject[1052:78156] object2 isa pointer: 0x1069a13e0</div>
</div>
 2.3.2.2 创建类实例 
       创建类实例，同样是申请其内存空间占用的大小；然后强制转换为objc_class＊；最后对类实例的成员进行初始化。可在runtime.h文件中查看objc_allocateClassPair方法创建一个没有任何成员的类实例的实现： 
<div class="cnblogs_code">
<div> 1 Class objc_allocateClassPair(Class supercls, const char name,  size_t extraBytes) 
 2 { 
 3     Class cls, meta; 
 4     // Allocate new classes.  
 5     if (supercls) {  //有父类 
 6         cls = (Class) calloc(1, supercls->ISA()->alignedInstanceSize() + extraBytes); 
 7         meta = (Class) calloc(1, supercls->ISA()->ISA()->alignedInstanceSize() + extraBytes); 
 8     } else {  //无父类 
 9         cls = (Class) calloc(1, sizeof(objc_class) + extraBytes); 
10         meta = (Class) calloc(1, sizeof(objc_class) + extraBytes); 
11     } 
12  
13     objc_initializeClassPair(supercls, name, cls, meta); 
14     return cls; 
15 } 
16 Class objc_initializeClassPair(Class supercls, const char name, Class cls, Class meta) 
17 { 
18     // Connect to superclasses and metaclasses 
19     cls->initIsa(meta); 
20     set_superclass(cls, supercls, YES); 
21  
22     // Set basic info 
23     cls->name = strdup(name); 
24     meta->name = strdup(name); 
25     cls->version = 0; 
26     meta->version = 7; 
27     cls->info = CLS_CLASS | CLS_CONSTRUCTING | CLS_EXT | CLS_LEAF; 
28     meta->info = CLS_META | CLS_CONSTRUCTING | CLS_EXT | CLS_LEAF; 
29  
30     // Set instance size based on superclass. 
31     if (supercls) { 
32         cls->instance_size = supercls->instance_size; 
33         meta->instance_size = supercls->ISA()->instance_size; 
34     } else { 
35         cls->instance_size = sizeof(Class);  // just an isa 
36         meta->instance_size = sizeof(objc_class); 
37     } 
38      
39     // No ivars. No methods. Empty cache. No protocols. No layout. Empty ext. 
40     cls->ivars = nil; 
41     cls->methodLists = nil; 
42     cls->cache = (Cache)&_objc_empty_cache; 
43     cls->protocols = nil; 
44     cls->ivar_layout = &UnsetLayout; 
45     cls->ext = nil; 
46     allocateExt(cls); 
47     cls->ext->weak_ivar_layout = &UnsetLayout; 
48  
49     meta->ivars = nil; 
50     meta->methodLists = nil; 
51     meta->cache = (Cache)&_objc_empty_cache; 
52     meta->protocols = nil; 
53     meta->ext = nil; 
54      
55     return cls; 
56 }</div>
</div>
 2.3.2.3 添加成员变量 
       objc_allocateClassPair方法只创建了一个没有任何成员的类实例，若要添加变量可以调用class_addIvar方法。由于类实例是对象实例操作的导航对象，若往类实例中添加了新变量，则需要修改objc_class对象中的instance_size成员值。可查看runtime.h文件中的class_addIvar方法实现： 
<div class="cnblogs_code">
<div> 1 BOOL class_addIvar(Class cls, const char name, size_t size, uint8_t alignment, const char type) 
 2 { 
 3         old_ivar_list old = cls->ivars; 
 4         size_t oldSize; 
 5         int newCount; 
 6         old_ivar ivar; 
 7         ... 
 8         // 创建新的地址空间，并复制原来变量链表中的内容 
 9         cls->ivars = (old_ivar_list ) calloc(oldSize+sizeof(old_ivar), 1); 
10         if (old) memcpy(cls->ivars, old, oldSize); 
11         if (old  &&  malloc_size(old)) free(old); 
12         cls->ivars->ivar_count = newCount; 
13         ivar = &cls->ivars->ivar_list[newCount-1]; 
14  
15         // 设置新添加变量的内容 
16         ivar->ivar_name = strdup(name); 
17         ivar->ivar_type = strdup(type); 
18         ivar->ivar_offset = (int)cls->instance_size; 
19  
20         cls->instance_size += (long)size;  // 加长对象实例的大小 
21  
22     return result; 
23 }</div>
</div>
2.3.3 元类实例 
2.3.3.1 内存空间布局 
       元类实例也是objc_class结构体的实例化对象，并且其创建过程也可在objc_allocateClassPair方法中进行，同时同一个类的所有对象拥有同一个元类实例。不同的是该实例是类实例的"导航"，其存放类实例的所有信息，当要操作类方法时，就通过元类实例来操作类实例。 
2.3.3.2 三实例的关系 
       对于同一个类中的对象实例、类实例和元类实例之间存在紧密的联系，其中对象实例存在多个，而类实例和元类实例是只存在一个。由定义 21和定义 22可知，objc_object结构体存在isa指针，而objc_class结构体存在isa和superclass指针，三实例就是通过这些指针进行联系的，如图 22所示是三者的关系图。 

<div align="center">
<div align="center"><img alt="" src="http://images2015.cnblogs.com/blog/499013/201604/499013-20160424091900179-1711364331.png" /></div>
</div>
 图 23 三实例之间的关系 
注意： 
       1) root class为基类，一般NSObject为基类，若创建的类不基础任何类，则所创建的类为基类。 
       2) 所有元类的isa指针都指向root class的元类实例，包括root class meta本身。 
       3) class meta的superclass指针指向父类的meta，但root class meta的superclass指针则指向root class。 
       4) root class的superclass指针为空。 
2.4 简单示例 
2.4.1 动态创建类和对象 
       本例在运行时，动态创建一个类，并添加一个方法；接着创建给类的一个实例对象。在类的方法中输出其对象实例、类实例、元类实例、基元类实例等地址，从而验证图 22所示关系图的正确性。 
<div>
<div class="cnblogs_code">
<div> 1 void ReportFunction(id self, SEL _cmd) 
 2 { 
 3     NSLog(@"This object is %p.", self); 
 4     NSLog(@"Class is %@, and super is %@.", [self class], [self superclass]); 
 5      
 6     Class currentClass = [self class]; 
 7     for (int i = 1; i < 5; i++) 
 8     { 
 9         NSLog(@"Following the isa pointer %d times gives %p", i, currentClass); 
10         currentClass = object_getClass(currentClass); 
11     } 
12      
13     NSLog(@"NSObject's class is %p", [NSObject class]); 
14     NSLog(@"NSObject's meta class is %p", object_getClass([NSObject class])); 
15 } 
16 -(void) report 
17 { 
18     Class newClass = objc_allocateClassPair([NSError class], "RuntimeErrorSubclass", 0); 
19     class_addMethod(newClass, @selector(report), (IMP)ReportFunction, "v@:");//"v@:"用于描述所添加方法的参数类型。v表示方法的返回参数类型，@表示第一个参数的类型，:表示第二个参数的类型。更多类型可参考Objective-C Runtime Programming Guide > Type Encodings. 
20     objc_registerClassPair(newClass); 
21      
22     id instanceOfNewClass = [[newClass alloc] initWithDomain:@"someDomain" code:0 userInfo:nil]; 
23     [instanceOfNewClass performSelector:@selector(report)]; 
24     [instanceOfNewClass release]; 
25 } 
26 -(void) main 
27 { 
28     [self report]; 
29     return; 
30 } 
31 2016-02-22 19:37:41.173 runtimeProject[882:81773] This object is 0x7fd5c8c02d30. 
32 2016-02-22 19:37:41.174 runtimeProject[882:81773] Class is RuntimeErrorSubclass, and super is NSError. 
33 2016-02-22 19:37:41.174 runtimeProject[882:81773] Following the isa pointer 1 times gives 0x7fd5c8c03180 
34 2016-02-22 19:37:41.174 runtimeProject[882:81773] Following the isa pointer 2 times gives 0x7fd5c8c048c0 
35 2016-02-22 19:37:41.174 runtimeProject[882:81773] Following the isa pointer 3 times gives 0x103ada198 
36 2016-02-22 19:37:41.175 runtimeProject[882:81773] Following the isa pointer 4 times gives 0x103ada198 
37 2016-02-22 19:37:41.175 runtimeProject[882:81773] NSObject's class is 0x103ada170 
38 2016-02-22 19:37:41.175 runtimeProject[882:81773] NSObject's meta class is 0x103ada198</div>
</div>
</div>
2.4.2 类与对象的操作函数 
       本例采用静态方式创建一个类，然后采用动态方式输出该类的信息。 
<div class="cnblogs_code">
<div>  1 @interface MyClass : NSObject<NSCopying, NSCoding> 
  2 @property (nonatomic, strong) NSArray array; 
  3 @property (nonatomic, copy) NSString string; 
  4  
  5 - (void)method1; 
  6 - (void)method2; 
  7 + (void)classMethod1; 
  8 @end 
  9 -(void) main 
 10 { 
 11     @autoreleasepool { 
 12         MyClass myClass = [[MyClass alloc] init]; 
 13         unsigned int outCount = 0; 
 14         Class cls = myClass.class; 
 15         // 类名 
 16         NSLog(@"class name: %s", class_getName(cls)); 
 17         NSLog(@"=========================================================="); 
 18         // 父类 
 19         NSLog(@"super class name: %s", class_getName(class_getSuperclass(cls))); 
 20         NSLog(@"=========================================================="); 
 21          
 22         // 是否是元类 
 23         NSLog(@"MyClass is %@ a meta-class", (class_isMetaClass(cls) ? @"" : @"not")); 
 24         NSLog(@"=========================================================="); 
 25          
 26         Class meta_class = objc_getMetaClass(class_getName(cls)); 
 27         NSLog(@"%s's meta-class is %s", class_getName(cls), class_getName(meta_class)); 
 28         NSLog(@"=========================================================="); 
 29          
 30         // 变量实例大小 
 31         NSLog(@"instance size: %zu", class_getInstanceSize(cls)); 
 32         NSLog(@"=========================================================="); 
 33          
 34         // 成员变量 
 35         Ivar ivars = class_copyIvarList(cls, &outCount); 
 36         for (int i = 0; i < outCount; i++) { 
 37             Ivar ivar = ivars[i]; 
 38             NSLog(@"instance variable's name: %s at index: %d", ivar_getName(ivar), i); 
 39         } 
 40         free(ivars); 
 41          
 42         Ivar string = class_getInstanceVariable(cls, "_string"); 
 43         if (string != NULL) { 
 44             NSLog(@"instace variable %s", ivar_getName(string)); 
 45         } 
 46          
 47         NSLog(@"=========================================================="); 
 48         // 属性操作 
 49         objc_property_t  properties = class_copyPropertyList(cls, &outCount); 
 50         for (int i = 0; i < outCount; i++) { 
 51             objc_property_t property = properties[i]; 
 52             NSLog(@"property's name: %s", property_getName(property)); 
 53         } 
 54          
 55         free(properties); 
 56  
 57         objc_property_t array = class_getProperty(cls, "array"); 
 58         if (array != NULL) { 
 59             NSLog(@"property %s", property_getName(array)); 
 60         } 
 61  
 62         NSLog(@"=========================================================="); 
 63         // 方法操作 
 64         Method methods = class_copyMethodList(cls, &outCount); 
 65         for (int i = 0; i < outCount; i++) { 
 66             Method method = methods[i]; 
 67             NSLog(@"method's signature: %s", method_getName(method)); 
 68         } 
 69  
 70         free(methods); 
 71         Method method1 = class_getInstanceMethod(cls, @selector(method1)); 
 72         if (method1 != NULL) { 
 73             NSLog(@"method %s", method_getName(method1)); 
 74         } 
 75  
 76         Method classMethod = class_getClassMethod(cls, @selector(classMethod1)); 
 77         if (classMethod != NULL) { 
 78             NSLog(@"class method : %s", method_getName(classMethod)); 
 79         } 
 80          
 81         NSLog(@"MyClass is%@ responsd to selector: method3WithArg1:arg2:", class_respondsToSelector(cls, @selector(method3WithArg1:arg2:)) ? @"" : @" not"); 
 82         IMP imp = class_getMethodImplementation(cls, @selector(method1)); 
 83         imp(); 
 84          
 85         NSLog(@"=========================================================="); 
 86         // 协议 
 87         Protocol  __unsafe_unretained  protocols = class_copyProtocolList(cls, &outCount); 
 88         Protocol  protocol; 
 89         for (int i = 0; i < outCount; i++) { 
 90             protocol = protocols[i]; 
 91             NSLog(@"protocol name: %s", protocol_getName(protocol)); 
 92         } 
 93          
 94         NSLog(@"MyClass is%@ responsed to protocol %s", class_conformsToProtocol(cls, protocol) ? @"" : @" not", protocol_getName(protocol)); 
 95         NSLog(@"=========================================================="); 
 96     } 
 97 } 
 98 2016-02-22 19:51:02.403 runtimeProject[1017:91880] class name: MyClass 
 99 2016-02-22 19:51:02.404 runtimeProject[1017:91880] ========================================================== 
100 2016-02-22 19:51:02.404 runtimeProject[1017:91880] super class name: NSObject 
101 2016-02-22 19:51:02.404 runtimeProject[1017:91880] ========================================================== 
102 2016-02-22 19:51:02.404 runtimeProject[1017:91880] MyClass is not a meta-class 
103 2016-02-22 19:51:02.404 runtimeProject[1017:91880] ========================================================== 
104 2016-02-22 19:51:02.404 runtimeProject[1017:91880] MyClass's meta-class is MyClass 
105 2016-02-22 19:51:02.405 runtimeProject[1017:91880] ========================================================== 
106 2016-02-22 19:51:02.405 runtimeProject[1017:91880] instance size: 24 
107 2016-02-22 19:51:02.405 runtimeProject[1017:91880] ========================================================== 
108 2016-02-22 19:51:02.405 runtimeProject[1017:91880] instance variable's name: _array at index: 0 
109 2016-02-22 19:51:02.405 runtimeProject[1017:91880] instance variable's name: _string at index: 1 
110 2016-02-22 19:51:02.405 runtimeProject[1017:91880] instace variable _string 
111 2016-02-22 19:51:02.405 runtimeProject[1017:91880] ========================================================== 
112 2016-02-22 19:51:02.406 runtimeProject[1017:91880] property's name: array 
113 2016-02-22 19:51:02.406 runtimeProject[1017:91880] property's name: string 
114 2016-02-22 19:51:02.406 runtimeProject[1017:91880] property array 
115 2016-02-22 19:51:02.406 runtimeProject[1017:91880] ========================================================== 
116 2016-02-22 19:51:02.406 runtimeProject[1017:91880] method's signature: method1 
117 2016-02-22 19:51:02.407 runtimeProject[1017:91880] method's signature: method2 
118 2016-02-22 19:51:02.407 runtimeProject[1017:91880] method's signature: method3WithArg1:arg2: 
119 2016-02-22 19:51:02.407 runtimeProject[1017:91880] method's signature: setArray: 
120 2016-02-22 19:51:02.407 runtimeProject[1017:91880] method's signature: string 
121 2016-02-22 19:51:02.407 runtimeProject[1017:91880] method's signature: setString: 
122 2016-02-22 19:51:02.407 runtimeProject[1017:91880] method's signature: array 
123 2016-02-22 19:51:02.408 runtimeProject[1017:91880] method method1 
124 2016-02-22 19:51:02.408 runtimeProject[1017:91880] class method : classMethod1 
125 2016-02-22 19:51:02.408 runtimeProject[1017:91880] MyClass is responsd to selector: method3WithArg1:arg2: 
126 2016-02-22 19:51:02.408 runtimeProject[1017:91880] call method method1 
127 2016-02-22 19:51:02.409 runtimeProject[1017:91880] ========================================================== 
128 2016-02-22 19:51:02.409 runtimeProject[1017:91880] protocol name: NSCopying 
129 2016-02-22 19:51:02.409 runtimeProject[1017:91880] protocol name: NSCoding 
130 2016-02-22 19:51:02.409 runtimeProject[1017:91880] MyClass is responsed to protocol NSCoding 
131 2016-02-22 19:51:02.410 runtimeProject[1017:91880] ==========================================================</div>
</div>
3、成员变量与属性 
3.1 数据结构 
3.1.1 Ivar 
      Ivar是表示实例变量的类型，其实际是一个指向objc_ivar结构体的指针，其定义如下： 
<div>
<table style="background-color: #f2dbdb; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
typedef struct objc_ivar Ivar;
</td>
</tr>
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
struct objc_ivar { 
char ivar_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量名 
char ivar_type OBJC2_UNAVAILABLE; // 变量类型 
int ivar_offset OBJC2_UNAVAILABLE; // 基地址偏移字节 
#ifdef LP64 
int space OBJC2_UNAVAILABLE; 
#endif 
} 
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
       objc_ivar结构体中的ivar_type成员描述了变量的类型，而runtime系统定义了一套标识符来描述Objective-C语言中的每种类型。通过@encode编译器指令，可从Objective-C类型的编译为runtime标识符，即@encode返回这个类型的字符串编码。这些类型可以是诸如int、指针这样的基本类型，也可以是结构体、类等类型。事实上，任何可以作为sizeof()操作参数的类型都可以用于@encode()。所有编码类型可参考在［2］Type Encoding小节。 
    一个数组的类型编码位于方括号中；其中包含数组元素的个数及元素类型。如所示： 
<div>
<div class="cnblogs_code">
<div>1 float a[] = {1.0, 2.0, 3.0}; 
2 NSLog(@"array encoding type: %s", @encode(typeof(a))); 
3 2016-02-25 20:00:28.489 runtimeProject[977:88513] array encoding type: [3f]</div>
</div>
</div>
      另外对于属性而言，还会有一些特殊的类型编码，以表明属性是只读、拷贝、retain等等，详情可以参考［2］Property Type String小节。 
3.1.2 objc_property_t 
      objc_property_t是表示Objective-C声明的属性的类型，及定义了objc_property_attribute_t，为属性的特性(attribute)。如下所示： 
<div>
<table style="background-color: #f2dbdb; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
typedef struct objc_property objc_property_t;
</td>
</tr>
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
typedef struct { 
const char name; /**< The name of the attribute / 
const char value; /**< The value of the attribute (usually empty) / 
} objc_property_attribute_t;
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
 4、方法与消息 
4.1 数据结构 
4.1.1 SEL 
      1) 定义 
     SEL又叫选择器，用于标识一个方法。Objective-C在编译时，会依据每一个方法的名字生成一个唯一的整型标识(Int类型的地址)，这个标识就是SEL。如下是SEL的定义： 
定义 41 SEL结构体定义 
<div>
<table style="border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr style="background: #f2dbdb">
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
typedef struct objc_selector SEL;
</td>
</tr>
<tr style="background: #fde9d9">
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
SEL sel1 = @selector(method1); 
NSLog(@"sel : %p", sel1); 
</td>
</tr>
<tr style="background: #fde9d9">
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
2014-10-30 18:40:07.518 RuntimeTest[52734:466626] sel : 0x100002d72 
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
注意： 
        可以通过sel_registerName函数动态添加一个新的SEL，并且不能将C类型的字符串直接转换为SEL，需要通过@selector()宏定义进行转换。     
        2)SEL关系 
       SEL在runtime中是唯一的，即只要方法或函数的名字相同，那么生成的SEL标识值就一样。所以在Objective-C同一个类(及类的继承体系)中，不能存在2个同名的方法，即使参数类型不同也不行。相同的方法只能对应一个SEL。这也就导致了Objective-C语言中不存在函数多态，如在某个类中定义以下两个方法，将发生编译错误： 
<div>
<table style="background-color: #fde9d9; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
- (void)setWidth:(int)width; 
- (void)setWidth:(double)width; 
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
       当然，不同的类可以拥有相同的selector，这个没有问题。不同类的实例对象执行相同的selector时，会在各自的方法列表中去根据selector去寻找自己对应的IMP。 
4.1.2 IMP 
      IMP实际上是一个函数指针，指向函数实现的首地址。即IMP是一个函数的通用实现结构体，表示一个函数的实现，其定义如下： 
定义 42 IMP结构体定义 
<div>
<table style="background-color: #f2dbdb; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
id (IMP)(id, SEL, ...)
</td>
</tr>
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
第一个参数：指向self的指针(如果是实例方法，则是类实例的内存地址；如果是类方法，则是指向元类的指针)； 
第二个参数：方法选择器(selector)； 
后续参数：为方法的实际参数列表。
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
 4.1.3 Method 
       函数由两部分组成：函数声明和函数实现。函数声明由SEL结构体表示，而函数实现由IMP结构体表示。在runtime中采用Method结构体来描述类的函数，其定义如下： 
定义 43 Method结构体定义 
<div>
<table style="background-color: #f2dbdb; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
typedef struct objc_method Method;
</td>
</tr>
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
struct objc_method { 
SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE; 
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE; 
IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE; 
} 
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
      可以看到该结构体中包含一个SEL和IMP，实际上相当于在SEL和IMP之间作了一个映射。有了SEL，我们便可以找到对应的IMP，从而调用方法的实现代码。 
4.2 消息发送 
4.2.1 发送流程 
       在Objective-C中，消息直到运行时才会绑定到方法的实现上。如当执行"[receiver message]"语句时，会被转换为"objc_msgSend(receiver, selector)"语句。而objc_msgSend函数在runtime的声明为： 
<div>
<table style="background-color: #f2dbdb; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
</td>
</tr>
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
self参数：指向对象实例的地址； 
op参数：为方法名的转换标识； 
后续参数：方法的参数。
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
        objc_msgSend函数通过receiver实例和selector标识符就能找到相应方法的实现（IMP），从而调用对象的方法。这个搜索对象方法实现的过程就是搜索selector标识符的过程，如图 41所示。 
      1) 首先，从当前receiver实例中，获取isa指针，并获取objc_class结构体对象。 
      2) 接着，从objc_class对象的cache methodLists查找是否有selector。 
      3) 若无，从objc_class对象的methodLists查找是否有selector。 
      4) 若无，从objc_class对象的super_class指针所指向的父类中，继续查找。 
      5) 以此类推，直至找到，则调用objc_method结构体的method_imp成员，即调用方法的实现。 
      6) 最后再找不到，就会进入动态方法解析和消息转发的机制。 

<div align="center"><img alt="" src="http://images2015.cnblogs.com/blog/499013/201604/499013-20160424100205929-1592812079.png" /></div>
 图 41 Messaging Framework 
4.3 消息转发 
       当一个对象能接收一个消息时，就会走正常的方法调用流程。但如果一个对象接收到无法处理的消息时，它会按序调用该对象的如下方法： 
       1) resolveInstanceMethod 或 resolveClassMethod 
       2) forwardingTargetForSelector 
       3) forwardInvocation 
       若上述方法中，仍无法处理消息，那么将抛出一个异常错误，如下所示： 
<div>
<table style="background-color: #fde9d9; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[MyClass report]: unrecognized selector sent to instance 0x7ff3134a81c0'
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
 

<div align="center"><img alt="" src="http://images2015.cnblogs.com/blog/499013/201604/499013-20160424100329554-1082021940.png" /></div>
 图 42 消息的处理流程 
4.3.1 动态方法解析 
       若对象接收到未知的消息时，首先会调用所属类的类方法+resolveInstanceMethod:(实例方法)或者+resolveClassMethod:(类方法)，从两个方法中查找是否存在所接收的消息，若返回YES表示存在，系统会再次向该对象发送消息。 
       可以在上述两方法中调用class_addMethod函数，向某个类动态添加新方法和实现，其声明为： 
<div>
<table style="background-color: #f2dbdb; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr style="height: 24px">
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char types)
</td>
</tr>
<tr style="height: 24px">
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
cls参数：为添加到某类。 
name参数：响应消息的名字，即name=@selector(methodName)。 
imp参数：为方法的实现地址，即函数的地址。被添加方法至少要有两个参数，参数类型为id和SEL。 
types参数：是一个字符串数组，描述所添加的方法的返回值类型、参数列表的数值类型，
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
注意： 
        当resolveInstanceMethod或resolveClassMethod方法返回YES后，系统会再次发送消息，若此时仍无法响应消息，将抛出异常错误。 
        如下是重载某类的resolveInstanceMethod方法，类实现动态添加方法，也可以参考2.4.1动态创建类和对象例子。 
<div class="cnblogs_code">
<div> 1 void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) {    //被添加的方法 
 2     // implementation .... 
 3 } 
 4 @implementation MyClass 
 5 + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL 
 6 { 
 7     if (aSEL == @selector(resolveThisMethodDynamically)) { 
 8           class_addMethod([self class], aSEL, (IMP) dynamicMethodIMP, "v@:"); 
 9           return YES;  //表示找到，让其重新调用。 
10     } 
11     return [super resolveInstanceMethod:aSEL];  //若找不到，则往父类中查找是否存在aSEL消息的响应方法 
12 } 
13 @end</div>
</div>
4.3.2 备用接收者 
       如果上述resolveInstanceMethod或resolveClassMethod方法返回NO后，则Runtime会继续调以下方法： 
<div>
<table style="background-color: #f2dbdb; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector 
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
       如果一个对象实现了这个方法，并返回一个非nil的结果，则这个返回的对象会作为消息的新接收者，且消息会被分发到这个对象。当然这个对象不能是self自身，否则就是出现无限循环。当然，如果我们没有指定相应的对象来处理aSelector，则应该调用父类的实现来返回结果。 
4.3.3 完整消息转发 
       如果上述forwardingTargetForSelector返回nil，则Runtime会继续调以下方法： 
<div>
<table style="background-color: #f2dbdb; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation )anInvocation 
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
forwardInvocation:方法的实现有两个任务： 
       1) 定位可以响应封装在anInvocation中的消息的对象。这个对象不需要能处理所有未知消息。 
       2) 使用anInvocation作为参数，将消息发送到选中的对象。anInvocation将会保留调用结果，运行时系统会提取这一结果并将其发送到消息的原始发送者。 
       还有一个很重要的问题，我们必须重写以下方法： 
<div>
<table style="background-color: #f2dbdb; border-collapse: collapse" border="0" align="center">
<colgroup>
<col style="width: 590px"></colgroup>
<tbody valign="top">
<tr>
<td style="padding-left: 7px; padding-right: 7px">
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</div>
       消息转发机制使用从这个方法中获取的信息来创建NSInvocation对象。因此我们必须重写这个方法，为给定的selector提供一个合适的方法签名。 
备注： 
       个人感觉，没必要到第三步来处理未知的消息，这个太麻烦了，能处理的操作直接在上述两步完成即可。 
5、参考文献 
       [1].Objective-C Runtime Reference 
       [2].Objective-C Runtime Programming Guide 
       [3].<a href="http://opensource.apple.com/tarballs/objc4/">Objective-C 源码</a> 
       [4].<a href="http://southpeak.github.io/blog/archives/">《Objective-C Runtime 运行时》序列文章 </a>
       [5].<a href="http://justsee.iteye.com/blog/2163777">《Objective-C Runtime》博客</a> 
       [6].<a href="http://blog.csdn.net/windyitian/article/details/19810875">详解Objective-C的meta-class</a> 
       [7].<a href="http://chun.tips/blog/2014/11/05/bao-gen-wen-di-objective%5Bnil%5Dc-runtime(1)%5Bnil%5D-self-and-super/">刨根问底Objective－C Runtime</a>

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