Runtime

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runtime

OC是动态编程语言，有很多运行时/动态特性，不仅需要编译环境，还需要一个运行时系统（runtime system）来执行编译好的代码，运行时系统相当于OC的操作系统，完成对象生成、释放时的内存管理，为发来的消息查找对应的处理方法等。

OC语言编译后都是Runtime形式的C++代码，runtime即运行时，

类（Class）和对象：

  • objc_object代表类的实例对象，是一个结构体，成员仅有Class类型的isa；
  • objc_class 是一个结构体继承自objc_object，包含了 Class类型的isa，Class的父类，Class的name，Class的成员变量（链表结构体），Class的方法定义（链表结构体methodLists），Class的方法的缓存（cache），Class的协议（链表结构体）
  • 类定义：类（Class）是一个指向objc_class结构体的指针 typedef struct objc_class *Class;
    综上可以知道，isa是一个指向objc_class结构体的指针，通过isa可以得到Class的各种信息；而该结构体是继承自objc_object，说明objc_class也是一个对象。则可以通过isa在这条继承链上查找需要的信息。类的实例对象obj的isa指向类，类的isa指向元类，直至根NSObject。而NSObject的isa指向自身。

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消息发送机制

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  • 方法名(selector)被编译后会被一个数据类型为SEL（消息选择器）的内部标识符替代
    • 通过@selector 可以操作编译后的selector
    • performSelector:(SEL)selector
    • SEL类型就相当于方法名，根据消息接收者的不同来动态执行不同的方法；通过SEL类型来指定要执行的方法，这就是OC发送消息的方式，也是通过这样实现了OC的动态性
      • 对象收到消息后，执行哪个方法是动态决定的。所有的实例变量都存在isa；当收到消息后，运行时系统会检查类内是否有和这个消息选择器名字一样的方法，如果有就执行，没有就通过类对象中指向父类的isa找父类是否有，没有则逐层向父类找，直到根，找不到就提示执行时错误。
      • 如果每次收到消息都要查找对应的方法，消息发送过程开销很大；针对这个情况，运行时系统内部缓存一个散列表，来记录和消息选择器对应的方法、方法被定义在何处等信息；下次收到同样的消息时，找缓存即可
      • NSObject定义了可以动态查询一个对象是否能够响应某个选择器的方法

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  • 具象来说：代码编译完，调用方法会被转换为Runtime形式代码 objc_msgSend(p, SEL op, ...),指向接收者p，发送方法名为op的消息，后面带的为参数列表。
    • 当对象收到消息时，即调用了类的实例方法，如[obj getName]//obj是某个类的对象，getName是实例方法; 会通过对象的isa指针找到类的methodLists，查找是否有对应的方法，如果没有会顺着继承关系向父类的methodLists查找，直至根类。【查找本质就是遍历methodLists链表，将SEL与methodLists结构体中的name字段进行对比，相等则将IMP指针返回】
    • 当类对象收到消息时，即调用类的类方法，如[classA getClassName];// classA是类，getClassName是类方法，会通过类对象的isa指针找到元类的methodLists，查找是否有对应的方法，若无，会沿着元类的继承关系向上查找，直到根类。
    • 在这个过程中，若找到这个方法，会存到类结构的obj_cache中,方便下次查找使用。

当找不到方法时，正常情况下runtime会抛出异常，但在抛出异常前，runtime会进行三次消息转发

消息转发

第一次消息转发（动态方法解析）

  • 转发到以下方法：在重写类的这两个类方法，按消息类别重写对应的方法，
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {} (实例方法)
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {}  (类方法)

// 如找不到**类A**的实例方法resolveMethodDynamically，则第一次转发到resolveInstanceMethod，若resolveInstanceMethod内处理了（class_addMethod）且放回YES，则可以找到消息响应
void dynamicIMP()//方法实现
{
    NSLog(@"动态解析方法");
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(**SEL**)sel//重写类的resolveInstanceMethod
{
    if (sel == @selector**(resolveMethodDynamically)) {
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)dynamicIMP , "v@:");
        return YES;//返回YES
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

第二次消息转发（完整的消息转发机制）

上述代码块表示了第一次转发，成功，若resolveInstanceMethod 方法return NO，则进入完整的消息转发机制；分为快速消息转发和普通消息转发

  • 第二次消息转发（快速消息转发）
    • 若实现了forwardingTargetForSelector，系统会进入该方法处理消息，把之前没办法处理的消息（找不到的方法）转发给别的对象处理
- (id)forwardingTargetForSelector:(**SEL**)aSelector  //在类A内实现该方法
{
    if (aSelector == @selector(resolveMethodDynamically)) {
        return [Dog new];   // 返回别的一个类的对象，该类内实现了resolveMethodDynamically
    }
    return nil;
}
  • 第三次消息转发（普通消息转发） -若上一步也没对消息进行处理，会进入最后一步，系统会调用methodSignatureForSelector返回一个方法签名，获取函数的参数和返回值（若返回nil会抛出出异常），然后系统调用forwardInvocation，在这个方法中将消息转发给方法内指定的单个或多个对象
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {}


- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
    if (aSelector == @selector(resolveMethodDynamically)) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
    SEL sel = anInvocation.selector;
    Dog *dog = [Dog new];    // 创建一个别的类的实例对象去转发消息
        if ([dog respondsToSelector:sel]) {
            [anInvocation invokeWithTarget:dog];
        }
    Student *student = [Student new];   // 可以创建多个类的实例对象去转发消息
    if ([student respondsToSelector:sel]) {
            [anInvocation invokeWithTarget:student]; // 转发给student处理
        }
}

总结

  1. 动态方法解析：由于Method Resolution不能像消息转发那样可以交给其他对象来处理，所以只适用于在原来的类中代替掉。
  2. 快速消息转发：其他对象，使用范围更广，不只是限于原来的对象。
  3. 普通消息转发：它一样可以消息转发，但它能通过NSInvocation对象获取更多消息发送的信息，例如：target、selector、arguments和返回值等信息。可以转发给多个对象

同时需要注意的是，消息转发过程中，步骤越往后，处理消息的代价就越大，最好能在第一步就处理完，这样的话，运行期系统可以将此方法缓存。如果这个类的实例还会再接收到同名选择子，那么根本无须再次启动消息转发流程。

参考链接

zhuanlan.zhihu.com/p/487502836 // 涉及汇编 www.jianshu.com/p/ee19f969c… // 理论 + 代码 www.jianshu.com/p/54f031110… // 理论 + 代码 juejin.cn/post/692135… // 实践

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