OC Runtime

Objective-C

　　Objective-C 扩展了 C 语言，并加入了面向对象特性和 Smalltalk 式的消息传递机制。而这个扩展的核心是一个用 C 和 编译语言 写的 Runtime 库。它是 Objective-C 面向对象和动态机制的基石。

　　Objective-C 是一个动态语言，这意味着它不仅需要一个编译器，也需要一个运行时系统来动态得创建类和对象、进行消息传递和转发。理解 Objective-C 的 Runtime 机制可以帮我们更好的了解这个语言，适当的时候还能对语言进行扩展，从系统层面解决项目中的一些设计或技术问题。

　　要了解runtime，就让我们先来了解它的核心－消息传递机制

消息传递（Messaging）

　　Smalltalk 的核心不是面向对象，面向对象只是 the lesser ideas，消息传递才是 the big idea。

在很多语言中，比如c，调用一个方法其死后就是跳到内存中的某一点并开始执行一段代码，没有任何动态的特性，因为在编译时就决定好了，而在oc中，[object foo]语法并不会立即执行foo方法的代码，它是在运行时给object发送一条foo的消息，这个消息也许会又object来处理，也许会被转发给另一个对象，或者不予理睬，假装没收到这个消息，多条不同的消息，也可以对一个同一个方法实现，这些都是在程序运行的时候决定的。　　

　　事实上，在编译时你写的OC函数调用的语法都会被翻译成一个C的函数调用-objc_msgSend().比如

　　[array insertObject:foo atIndex:5];

　　等价于

　　objc_msgSend(array, @selector(insertObject:atIndex:), foo, 5);

　　消息传递的关键在于objc_object中的isa指针和objc_class中的class dispatch table

objc_object, objc_class 以及 Ojbc_method

　　在 Objective-C 中，类、对象和方法都是一个 C 的结构体，从 objc/objc.h 头文件中，我们可以找到他们的定义：

　　

　　

　　

　　objc_method_list 本质是有一个objc_method元素的可变长度的数组，一个objc_method结构体中有函数名，也就是SEL，有表示函数类型的字符串，以及函数的实现IMP

　　从这些定义中可以看出，发送一条消息也就是objc_msgSend做了什么事。以objc_msgSend(obj, foo)这个例子来说

　　　　1.首先通过obc的isa指针找到它的class；

　　　　2.在class的method list找foo；

　　　　3.如果class中没找到foo，继续往它的superclass中找；

　　　　4.一旦找到foo这个函数，就去执行它的实现IMP

　　但这种实现有个问题，效率低，但一个class往往只有30%的函数会被经常调用，可能占总调用次数的70%.每一个消息都需要遍历一次objc_method_list并不合理。如果把经常被调用的函数缓存下来，那可大大提高函数查询的效率，这也就是objc_class中的另一个重要成员objc_cache做的事情，在找到foo之后，把foo的method_name作为key，method_imp作为value给存起来。当再次受到foo消息的时候，可以直接在cache里找到，避免再次遍历objc_method_list。

动态方法解析和转发

　　如果foo没有找到会发生什么？通常情况下，程序会在运行时挂掉，并抛出unrecoginzed selector sent to... 的一场。但在异常抛出前，Objective-c的运行时会给你三次拯救程序的机会

　　1.method resolution

　　2. fast forwarding

　　3.normal forwrading

Method Resolution

　　首先，Objective-c运行时会调用 +resolveInstanceM五天后的: 或者 +resolveClassMethod:, 让你有机会提供一个函数实现，如果你添加了函数并放回YES, 那运行时系统就会重新启动一次消息发送的过程，还是以foo为为例，你可以这么实现

　　core data 有用到这个方法，NSManagedObjects中properties的getter和setter就是在运行时动态添加的

　　如果resolve方法返回NO，运行时就会移到下一步：消息转发（message forwarding）

　　PS：iOS 4.3 加入很多新的 runtime 方法，主要都是以 imp 为前缀的方法，比如 imp_implementationWithBlock() 用 block 快速创建一个 imp 。 
上面的例子可以重写成：

　　IMP fooIMP = imp_implementationWithBlock(^(id _self) {

　　　　NSLog(@"Doing foo");

　　});

　　 class_addMethod([self class], aSEL, fooIMP, "v@:");

Fast forwarding

　　如果目标对象实现了-forwardingTargetForSelector: ， runtime这是就会调用这个方法，给你把这个消息转发给其他对象的机会

　　

只要这个方法返回的不是nil和self，整个消息发送的过程就会被重启，当然发送对象会变成你返回的那个对象。否则就会继续Normal Fowarding。

　　这里叫Fast，只是为了区别下一步的转发机制，因为这一步不会创建任何新的对象，但下一步转发会转件一个NSInvocation对象，所以相对更快点。

Normal forwarding

　　这一步是runtime最后一次给你挽救的机会。首先它会发送-methodSignatureForSelector：消息获得函数的参数和返回值类型。如果-methodSignatureForSelector：返回nil，runtime则会发出doesNotRecognizeSelector：消息，程序这时也就挂掉了，如果返回一个函数签名，runtime就会创建一个NSInvocation对象，并发送-forwardInvocation:消息给目标对象

NSInvocation实际上就是对一个消息的描述，包括selector以及参数等消息，所以你可以在-forwardInvocation:里修改传进来的NSInvocation对象，然后发送-invokeWithTarget:消息给它，穿进去一个新的目标

 

Cocoa里有很多地方都利用到了消息传递机制来对语言进行扩展，如PROXIES，NSUndomanager跟Responder Chain。NSProxy 就是专门用来作为代理转发消息的；NSUndoManager 截取一个消息之后再发送；而 Responder Chain 保证一个消息转发给合适的响应者。

总结

Objective-C 中给一个对象发送消息会经过以下几个步骤：

1. 在对象类的 dispatch table 中尝试找到该消息。如果找到了，跳到相应的函数IMP去执行实现代码； 
2. 如果没有找到，Runtime 会发送 +resolveInstanceMethod: 或者 +resolveClassMethod: 尝试去 resolve 这个消息； 
3. 如果 resolve 方法返回 NO，Runtime 就发送 -forwardingTargetForSelector: 允许你把这个消息转发给另一个对象； 
4. 如果没有新的目标对象返回， Runtime 就会发送 -methodSignatureForSelector:和 -forwardInvocation: 消息。你可以发送 -invokeWithTarget: 消息来手动转发消息或者发送 -doesNotRecognizeSelector: 抛出异常。

利用 Objective-C 的 runtime 特性，我们可以自己来对语言进行扩展，解决项目开发中的一些设计和技术问题。