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搬运- 方便自己查找 Runtime

starsky1996 2018-08-06 13:40 原文

方便自己查找

SEL

它是selector在 Objc 中的表示(Swift 中是 Selector 类)。selector 是方法选择器，其实作用就和名字一样，日常生活中，我们通过人名辨别谁是谁，注意 Objc 在相同的类中不会有命名相同的两个方法。selector 对方法名进行包装，以便找到对应的方法实现。
它的数据结构是：

typedef struct objc_selector *SEL;

我们可以看出它是个映射到方法的 C 字符串，你可以通过 Objc 编译器器命令@selector() 或者 Runtime 系统的 sel_registerName 函数来获取一个 SEL 类型的方法选择器。

注意：
不同类中相同名字的方法所对应的 selector 是相同的，由于变量的类型不同，所以不会导致它们调用方法实现混乱。

我们说明一下各个值的作用：

  • OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN：表示弱引用关联，通常是基本数据类型，如int、float
  • OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC：表示强（strong）引用关联对象
  • OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC：表示关联对象copy
  • OBJC_ASSOCIATION_RETAIN：表示强（strong）引用关联对象，但不是线程安全的
  • OBJC_ASSOCIATION_COPY：表示关联对象copy，但不是线程安全的

id

id 是一个参数类型，它是指向某个类的实例的指针。objc_object定义如下：

typedef struct objc_object *id;

struct objc_object {
    Class isa;
};

以上定义，看到 objc_object 结构体包含一个 isa 指针，根据 isa 指针就可以找到对象所属的类。

注意：
isa 指针在代码运行时并不总指向实例对象所属的类型，所以不能依靠它来确定类型，要想确定类型还是需要用对象的 -class 方法。例如[NSString class];

Class

typedef struct objc_class *Class;

Class 其实是指向 objc_class 结构体的指针。objc_class 的数据结构如下：

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;

从 objc_class 可以看到，一个运行时类中关联了它的父类指针、类名、成员变量、方法、缓存以及附属的协议。

其中 objc_ivar_list 和 objc_method_list 分别是成员变量列表和方法列表：

// 成员变量列表
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;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;

// 方法列表
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;
}

由此可见，我们可以动态修改 *methodList 的值来添加成员方法，这也是 Category 实现的原理，同样解释了 Category 不能添加属性的原因。

objc_ivar_list 结构体用来存储成员变量的列表，而 objc_ivar 则是存储了单个成员变量的信息；同理，objc_method_list 结构体存储着方法数组的列表，而单个方法的信息则由 objc_method 结构体存储。

值得注意的时，objc_class 中也有一个 isa 指针，这说明 Objc 类本身也是一个对象。为了处理类和对象的关系，Runtime 库创建了一种叫做 Meta Class(元类) 的东西，类对象所属的类就叫做元类。 Meta Class 表述了类对象本身所具备的元数据。

我们所熟悉的类方法，就源自于 Meta Class。 我们可以理解为类方法就是类对象的实例方法。每个类仅有一个类对象，而每个类对象仅有一个与之相关的元类。

当你发出一个类似[NSObject alloc] (类方法) 的消息时，实际上，这个消息被发送给了一个类对象(Class Object)，这个类对象必须是一个元类的实例，而这个元类同时也是一个根元类(Root Meta Class)的实例。所有元类的 isa 指针最终都指向根元类。

所以当[NSObject alloc] 这条消息发送给类对象的时候，运行时代码 objc_msgSend() 会去它元类中查找能够响应消息的方法实现，如果找到了，就会对这个类对象执行方法调用。
image

上图实现是 super_class 指针，虚线时 isa 指针。而根元类的父类是 NSObject，isa指向了自己。而 NSObject 没有父类。

最后 objc_class 中还有一个 objc_cache ，缓存，它的作用很重要，后面会提到。

IMP

IMP在objc.h中的定义是：

typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);

它就是一个函数指针，这是由编译器生成的。当你发起一个 ObjC 消息之后，最终它会执行的那段代码，就是由这个函数指针指定的。而 IMP 这个函数指针就指向了这个方法的实现。
如果得到了执行某个实例某个方法的入口，我们就可以绕开消息传递阶段，直接执行方法，这在后面 Cache 中会提到。
你会发现 IMP 指向的方法与 objc_msgSend 函数类型相同，参数都包含 id 和 SEL 类型。每个方法名都对应一个 SEL 类型的方法选择器，而每个实例对象中的 SEL 对应的方法实现肯定是唯一的，通过一组 id和 SEL 参数就能确定唯一的方法实现地址。
而一个确定的方法也只有唯一的一组 id 和 SEL 参数。

消息

一些 Runtime 术语讲完了，接下来就要说到消息了。体会苹果官方文档中的 messages aren’t bound to method implementations until Runtime。消息直到运行时才会与方法实现进行绑定。

这里要清楚一点，objc_msgSend 方法看清来好像返回了数据，其实objc_msgSend 从不返回数据，而是你的方法在运行时实现被调用后才会返回数据。下面详细叙述消息发送的步骤(如下图)：

image

  • 首先检测这个 selector 是不是要忽略。比如 Mac OS X 开发，有了垃圾回收就不理会 retain，release 这些函数。
  • 检测这个 selector 的 target 是不是 nil，Objc 允许我们对一个 nil 对象执行任何方法不会 Crash，因为运行时会被忽略掉。
  • 如果上面两步都通过了，那么就开始查找这个类的实现 IMP(方法实现的指针)，先从 cache 里查找，如果找到了就运行对应的函数去执行相应的代码。
  • 如果 cache 找不到就找类的方法列表中是否有对应的方法。
  • 如果类的方法列表中找不到就到父类的方法列表中查找，一直找到 NSObject 类为止。
  • 如果还找不到，就要开始进入动态方法解析了，后面会提到。

在消息的传递中，编译器会根据情况在 objc_msgSend ， objc_msgSend_stret ， objc_msgSendSuper ， objc_msgSendSuper_stret 这四个方法中选择一个调用。如果消息是传递给父类，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，会调用名字带有 stret 的函数。

++self 实在方法运行时被动态传入的++

当 objc_msgSend 找到方法对应实现时，它将直接调用该方法实现，并将消息中所有参数都传递给方法实现，同时，它还将传递两个隐藏参数：

  • 接受消息的对象(self 所指向的内容，当前方法的对象指针)
  • 方法选择器(_cmd 指向的内容，当前方法的 SEL 指针)
objc_msgSend(void /* id self, SEL op, ... */ )

因为在源代码方法的定义中，我们并没有发现这两个参数的声明。它们时在代码被编译时被插入方法实现中的。尽管这些参数没有被明确声明，在源代码中我们仍然可以引用它们。

这两个参数中， self更实用。它是在方法实现中访问消息接收者对象的实例变量的途径。

其流程是这样的：

  • 第一步：+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel实现方法，指定是否动态添加方法。若返回NO，则进入下一步，若返回YES，则通过class_addMethod函数动态地添加方法，消息得到处理，此流程完毕。
  • 第二步：在第一步返回的是NO时，就会进入- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法，这是运行时给我们的第二次机会，用于指定哪个对象响应这个selector。不能指定为self。若返回nil，表示没有响应者，则会进入第三步。若返回某个对象，则会调用该对象的方法。
  • 第三步：若第二步返回的是nil，则我们首先要通过- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector指定方法签名，若返回nil，则表示不处理。若返回方法签名，则会进入下一步。
  • 第四步：当第三步返回方法方法签名后，就会调用- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation方法，我们可以通过anInvocation对象做很多处理，比如修改实现方法，修改响应对象等
  • 第五步：若没有实现- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation方法，那么会进入- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector方法。若我们没有实现这个方法，那么就会crash，然后提示打不到响应的方法。到此，动态解析的流程就结束了。

runtime Method

// 函数调用，但是不接收返回值类型为结构体  
method_invoke  
// 函数调用，但是接收返回值类型为结构体  
method_invoke_stret  
// 获取函数名  
method_getName  
// 获取函数实现IMP  
method_getImplementation  
// 获取函数type encoding  
method_getTypeEncoding  
// 复制返回值类型  
method_copyReturnType  
// 复制参数类型  
method_copyArgumentType  
// 获取返回值类型  
method_getReturnType  
// 获取参数个数  
method_getNumberOfArguments  
// 获取函数参数类型  
method_getArgumentType  
// 获取函数描述  
method_getDescription  
// 设置函数实现IMP  
method_setImplementation  
// 交换函数的实现IMP  
method_exchangeImplementations

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