iOS 底层系列 - Runtime1. 对象如何找到对应的方法去调用根据对象的isa去对应的类查找方法,isa:判断

一、问题

1. 对象如何找到对应的方法去调用

根据对象的isa去对应的类查找方法,isa:判断去哪个类查找对应的方法指向方法调用的类。根据传入的方法编号SEL，里面有个哈希列表，在列表中找到对应方法Method(方法名) 。根据方法名(函数入口)找到函数实现，函数实现在方法区。

2. SEL、isa、super、cmd

SEL:
- 一种类型,表示方法名称,类似字符串(可互转)
IMP：
- 定义为 id (*IMP) (id, SEL, …)。
- 这样说来， IMP是一个指向函数的指针，这个被指向的函数包括id(“self”指针)，调用的SEL（方法名），再加上一些其他参数.说白了IMP就是实现方法
ISA:
- 在方法底层对应的objc_msgSend调用时,会根据isa找到对象所在的类对象,类对象中包含了调度表(dispatch table),该表将类的sel和方法的实际内存地址关联起来
super_class:
- 每一个类中还包含了一个super_class指针,用来指向父类对象。
cmd：
- 在Objective-C的方法中表示当前方法的selector，正如同self表示当前方法调用的对象实例

3. 能否向运行时创建的类中添加实例变量？

不能

因为编译后的类已经注册在runtime中，类结构体中的objc_ivar_list 实例变量的链表和 instance_size 实例变量的内存大小已经确定，
运行时创建的类是可以添加实例变量，调用 class_addIvar函数，但是得在调用objc_allocateClassPair之后，objc_registerClassPair之前，原因同上。
源码如下：

 Class newClass = objc_allocateClassPair( [NSError class], "RuntimeErrorSubclass", 0 );

 class_addMethod(newClass, @selector(report), （IMP) ReportFunction, "v@:");

 objc_registerClassPair(newClass);

4. class方法和objc_getClass方法有什么区别?

当参数obj为Object实例对象 object_getClass(obj)与[obj class]输出结果一直，均获得isa指针，即指向类对象的指针。
当参数obj为Class类对象 object_getClass(obj)返回类对象中的isa指针，即指向元类对象的指针；[obj class]返回的则是其本身。
当参数obj为Metaclass类对象 object_getClass(obj)返回元类对象中的isa指针，因为元类对象的isa指针指向根类，所有返回的是根类对象的地址指针；[obj class]返回的则是其本身。
obj为Rootclass类对象 object_getClass(obj)返回根类对象中的isa指针，因为跟类对象的isa指针指向Rootclass‘s metaclass(根元类)，即返回的是根元类的地址指针；[obj class]返回的则是其本身。

总结：

经上面初步的探索得知，object_getClass(obj)返回的是obj中的isa指针；而[obj class]则分两种情况：一是当obj为实例对象时，[obj class]中class是实例方法：- (Class)class，返回的obj对象中的isa指针；二是当obj为类对象（包括元类和根类以及根元类）时，调用的是类方法：+ (Class)class，返回的结果为其本身。

5. runtime 中，SEL和IMP的区别?

每个类对象都有一个方法列表，方法列表存储方法名、方法实现、参数类型，SEL是方法名(编号)，IMP指向方法实现的首地址

6. iOS中isKindOfClass和isMemberOfClass 底层

7. 为什么要设计metaclass

元类的存在巧妙的简化了实例方法和类方法的调用流程，大大提升了消息发送的效率。
通过元类就可以，让各类各司其职，实例对象就干存储属性值的事，类对象存储实例方法列表，元类对象存储类方法列表。

8. _objc_msgForward 函数是做什么的，直接调用它将会发生什么？

_objc_msgForward 是 IMP 类型，用于消息转发的：当向一个对象发送一条消息，但它并没有实现的时候，_objc_msgForward 会尝试做消息转发。

详解：_objc_msgForward 在进行消息转发的过程中会涉及以下这几个方法：

resolveInstanceMethod:方法 (或resolveClassMethod:)。
forwardingTargetForSelector:方法
methodSignatureForSelector:方法
forwardInvocation:方法

doesNotRecognizeSelector: 方法

9. 讲一下 OC 的消息机制

OC中的方法调用其实都是转成了objc_msgSend 函数的调用，给 receiver（方法调用者）发送了一条消息（selector方法名）
objc_msgSend底层有3大阶段，消息发送（当前类、父类中查找）
- 动态方法解析（可以通过 runtime 添加方法）
- 消息转发（指定一个对象实现）
- 完整消息转发（可以做任何事）

10. IMP、SEL、Method的区别和使用场景

Method：是objc_method类型指针，它是一个结构体，包含 IMP，SEL。

IMP：是方法的实现，即：一段c函数。
SEL：是方法名。

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

11. class、objc_getClass、object_getclass 方法有什么区别?

+ (Class)class {
return self; 本身
}

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

Class object_getClass(id obj)
{
    if (obj) return obj->getIsa(); ISA 指向
    else return Nil;
}

二、Runtime 知识

1. 什么是 Runtime

OC是一门动态性比较强的编程语言，允许很多操作推迟到程序运行时再进行，OC的动态性就是由Runtime来支撑和实现的。 Runtime 基本是用 C/C++和汇编写的一套 API，封装了很多动态性相关的函数平时编写的OC代码，底层都是转换成了Runtime API进行调用。 runtime 的源码是开源的，源码在：opensource.apple.com/tarballs/ob…

2. Runtime API 平时项目哪些地方会用到

利用关联对象（AssociatedObject）给分类添加属性
遍历类的所有成员变量（修改textfield的占位文字颜色、字典转模型、自动归档解档）
交换方法实现（交换系统的方法）
利用消息转发机制解决方法找不到的异常问题。
HOOK 方法进行埋点记录等。

3. 位域

4. Class 的结构

（1）class_rw_t

class_rw_t里面包含了类的：

方法列表 methods
属性列表 properties
协议信息 protocols
只读信息 class_ro_t

methods，protocols, properties 最后会合并 class_ro_t 里面的 baseMethodList, baseProtocols, baseProperties，汇总到class_rw_t 。

（2）class_ro_t

class_ro_t 和 class_rw_t 的主要区别是 class_ro_t 是只读的包含：
- 成员变量 ivars
- 类名 name
- 方法列表 baseMethodList
- 属性列表 baseProperties
- 协议信息 baseProtocols

（3）method_t

method_t是对方法\函数的封装，里面包含
- 函数名 name(SEL 类型)
- 指向函数的指针 imp
- 函数参数返回值编码 types

1. IMP

IMP 是一个函数指针，这个被指向的函数包含一个接收消息的对象id(self 指针)
调用方法的选标 SEL (方法名)，以及不定个数的方法参数，并返回一个id。
也就是说 IMP 是消息最终调用的执行代码，是方法真正的实现代码。

2. SEL

SEL代表 方法\函数名，一般叫做选择器，底层结构跟 char * 类似，可以说 SEL 就是方法编号。

可以通过 @selector() 和 sel_registerName() 获得。可以通过sel_getName()和NSStringFromSelector()转成字符串。

3. types

types 包含了函数返回值、参数编码的字符串。

3.1 Type Encoding 编码表示

三、方法缓存

Class内部结构中有个方法缓存 （cache_t）用 散列表（哈希表）来缓存曾经调用过的方法，可以 提高方法的查找速度.
缓存查找
- objc-cache.mm
- bucket_t * cache_t::find(cache_key_t k, id receiver)

缓存查找原理

通过 & Mask 找到具体的 bucket 缓存。

四、objc_msgSend 消息发送

源码跟读

消息转发

消息发送流程

1，首先去该类的方法 cache 中查找，如果找到了就返回它；
2，如果没有找到，就去该类的方法列表中查找。如果在该类的方法列表中找到了，则将 IMP 返回，并将它加入cache中缓存起来。
3，如果在该类的方法列表中没找到对应的 IMP，在通过该类结构中的 super_class指针在其父类结构的方法列表中去查找，直到在某个父类的方法列表中找到对应的IMP，返回它，并加入cache中。
4，如果在自身以及所有父类的方法列表中都没有找到对应的 IMP，则进入下文中要讲的 动态方法解析 。

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