iOS的runtime运行时机制

本文转自http://www.cnblogs.com/guoxiao/p/3583432.html

最近一直在研究runtime运行时机制的问题，我想可能也有很多人不太清楚这个问题吧？在这里跟大家沟通分享下我对与runtime机制的理解。

  要理解runtime，首先我们要了解类和对象的内部结构，下面将首先介绍下OC中类与对象的结构层次。

  一、首先，从 runtime.h头文件中找到对 class 与 object 的定义

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa;
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;

  由此可见，Class是一个指向objc_class结构体的指针，而id是一个指向objc_object结构体的指针，其成员isa是一个指向objec_class结构体的指针。

  二、下面我们再看看头文件中关于objc_class的定义

struct objc_class {
        Class isa; // 指向metaclass
        
        Class super_class ; // 指向其父类
        const char *name ; // 类名
        long version ; // 类的版本信息，初始化默认为0，可以通过runtime函数class_setVersion和class_getVersion进行修改、读取
        long info; // 一些标识信息,如CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class ，其中包含对象方法和成员变量;CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass，其中包含类方法;
        long instance_size ; // 该类的实例变量大小(包括从父类继承下来的实例变量);
        struct objc_ivar_list *ivars; // 用于存储每个成员变量的地址
        struct objc_method_list **methodLists ; // 与 info 的一些标志位有关,如CLS_CLASS (0x1L),则存储对象方法，如CLS_META (0x2L)，则存储类方法;
        struct objc_cache *cache; // 指向最近使用的方法的指针，用于提升效率；
        struct objc_protocol_list *protocols; // 存储该类遵守的协议
    }

  由此可见，类比对象的结构体中多了众多的成员，下面详细介绍下objec_class中各成员：

isa：objec_object（对象）中isa指针指向的类结构称为class（也就是该对象所属的类），其中存放着普通成员变量与对象方法 （“-”开头的方法）；然而此处isa指针指向的类结构称为metaclass，其中存放着static类型的成员变量与static类型的方法 （“+”开头的方法）。

super_class： 指向该类的父类的指针，如果该类是根类（如NSObject或NSProxy），那么super_class就为NULL。

  下面，我们通过一幅图可以看清楚OC中类与对象的继承层次关系：

注意：所有的metaclass中isa指针都是指向根metaclass，而根metaclass则指向自身。根metaclass是通过继承根类产生的，与根class结构体成员一致，不同的是根metaclass的isa指针指向自身。

1、当我们调用某个对象的对象方法时，它会首先在自身isa指针指向的类（class）methodLists中查找该方法，如果找不到则会通过class的super_class指针找到其父类，然后从其methodLists中查找该方法，如果仍然找不到，则继续通过 super_class向上一级父类结构体中查找，直至根class；

2、当我们调用某个类方法时，它会首先通过自己的isa指针找到metaclass，并从其methodLists中查找该类方法，如果找不到则会通过metaclass的super_class指针找到父类的metaclass结构体，然后从methodLists中查找该方法，如果仍然找不到，则继续通过super_class向上一级父类结构体中查 找，直至根metaclass；

  经过以上介绍，相信你已经对OC中对象与类的结构层次有了进一步的认识。后面将会介绍如何使用runtime机制。

由于OC是运行时语言，只有在程序运行时，才会去确定对象的类型，并调用类与对象相应的方法。利用runtime机制让我们可以在程序运行时动态修改类、对象中的所有属性、方法。

  下面就介绍运行时一种很简单的使用方式，将字典对象转为模型。当然，你可能会问，我用KVO直接调用 setValuesForKeysWithDictionary:方法，传入一个字典一样可以快速将字典转模型啊，但是这种方法有它的弊端，只有遍历某个模型中所有的成员变量，然后通过成员变量从字典中取出对应的值并赋值最为稳妥，否则，当模型中的属性数量与字典中的key的数量不一样时，就会报错。而且，由于runtime是更底层的语言，我们编写的OC代码在运行时，编译器内部会先转为C和C++的代码，然后再执行，因而运用runtime机制，程序的性能也会更好。说了这么多，下面就初步认识一下runtime的强大。

  首先，我们定义一个类

@interface Person : NSObject{
    CGFloat height;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, strong) NSNumber *age;
@property (nonatomic, assign) int no;

@end

  然后，我们在其它文件中使用这个类，注意在使用之前，要包含 #import <objc/message.h>

 下面通过一小段代码来获取到上面这个类中所有的成员变量

unsigned int outCount = 0;
    Ivar *vars = class_copyIvarList([Lender class], &outCount); // 获取到所有的成员变量列表
    
    // 遍历所有的成员变量
    for (int i = 0; i < outCount; i++) {
        Ivar ivar = vars[i]; // 取出第i个位置的成员变量
        
        const char *propertyName = ivar_getName(ivar); // 获取变量名
        const char *propertyType = ivar_getTypeEncoding(ivar); // 获取变量编码类型
        printf("---%s--%s\n", propertyName, propertyType);

    }

打印结果：

---height--f
---_name--@"NSString"
---_age--@"NSNumber"
---_no--i

可见，通过上面几句简单的代码就可以获取到某个类中所有变量的名称和类型，然后通过object_setIvar()方法为具体某个对象的某个成员变量赋值。

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