[toc] ## 前言 `Runtime`是近年来面试遇到的一个高频方向，也是我们平时开发中或多或少接触的一个领域，那么什么是runtime呢？它又可以用来做什么呢？ **什么是Runtime？平时项目中有用过么？** - 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是一套`C语言的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 **具体应用** - 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 ## 详解isa 我们在研究对象的本质的时候提到过`isa`，当时说的是isa是个`指针`，`存储的`是个类对象或者元类对象的`地址`。 - 实例对象的isa指向类对象 - 类对象的isa指向元类对象 确实，在arm64架构(真机环境)前，isa单纯的就是一个指针，里面存储着类对象或者元类对象地址，但是arm64架构后，系统对isa指针进行了优化，我们在源码中可以探其结构：  可以看到，isa是个`isa_t`类型的数据，我们在点进去看一下isa_t是什么数据：  `isa_t`是个`union结构`，里面包含了一个结构体，结构体里面是个宏`ISA_BITFIELD`，我们看看这个宏是什么？  也就是这个结构体里面包含很多东西，但是究竟是什么东西要根据系统来确定。 那么在`arm64`架构下，isa指针的真实结构是：  在我们具体分析isa内部各个参数分别代表什么之前，我们需要弄清楚这个`union`是什么呢？我们看着这个union和结构体的结构很像，这两者的区别如下↓↓ - union：共用体，顾名思义，就是多个成员共用一块内存。在编译时会选取成员中长度最长的来声明。`共用体内存=MAX（各变量）` - struct：结构体，每个成员都是独立的一块内存。 `结构的内存=sizeof（各变量之和）+内存对齐` 也就是说，`union`共用体内所有的变量，都用`同一块内存`，而`struct结构体`内的变量是各个变量有各个变量`自己的内存`，举例说明：  我们分别定义了一个共用体test1和一个结构体test2，里面都各自有八个char变量，打印出来各自占用内存我们发现共用体只占用了1个内存，而结构体占用了8个内存. 其实结构体占用8个内存很好理解，8个char变量，每个char占用一个，所以是8；而union共用体为什么只占用一个呢？这是因为他们共享同一个内存存储东西，他们的内存结构是这样的：  我们看到te就一个内存空间，也就是所有的公用体成员公用一个空间，并且同一时间只能存储其中一个成员变量的值，这一点我们可以打断点或打印进行确认：  我们发现，第一次打印的时候，bdf这些值都是1的打印出来都是0，这是因为当te.g = '0'，执行完后，这个内存存储的是g的值0，所以访问的时候打印结果都是0。第二次打印同理，te.h执行完内存中存储的是1，再访问这块内存那么得到的结果都会是1。所以我们从这也可以看出 > union共用体就是系统分配一个内存供里面的成员共同使用，某一时间只能存储其中某一个变量的值，这样做相比结构体而言可以很大程度的节省内存空间。 既然我们已经知道`isa_t`使用共用体的原因是为了最大限度节省内存空间，那么各个成员后面的数字代表什么呢？这就涉及到了`位域`. 我们看到`union共用体`为了节省空间是不断的进行`值覆盖`操作，也就是新值覆盖旧值，结合位域的话可以更大限度的节约内存空间还不用覆盖旧值。我们都知道**一个字节是8个bit位**，所以位域的作用就是`将字节这个内存单位缩小为bit位来存储东西`。我们把上面这个union共用体加上位域：  上面这段代码的意思就是，abcdefgh这八个char变量不再是不停地覆盖旧值操作了，而是将`一个字节分成8个bit位`，每个变量一个bit位，按照顺序`从右到左`一次排列。 我们都知道char变量占用一个字节，一个字节有8个bit位，也就是char变量有8位，那么te和te2的内存结构如下所示：  这个结构我们也可以通过打印来验证：te占用一个字节位置，内存地址对应的值是`0xaa`，转换成二进制正好是`10101010`，也就是`a~h`存储的值。  我们可以看到，现在是将一个字节中的8个bit位分别让给8个char变量存储数据，所以这些char变量存储的数据不是0就是1，可以看出来这种方式非常省内存空间，将一个字节分成8个bit位存储东西，物尽其用。 > 所以我们根据isa_t结构体中的所占用bit位加起来=64可以得知isa指针占用8个字节空间。 虽然`位域`极大限度的节省了内存空间，但是现在面临着一个问题，那就是**如何给这些变量赋值或者取值呢**? 普通结构体中因为每个变量都有自己的内存地址，所以直接根据地址读取值即可， 但是`union共用体`中是大家`共用同一个内存地址，只是分布在不同的bit位上`，所以是没有办法通过内存地址读取值的，那么这就用到了`位运算符`，我们需要知道以下几个概念： - &：按位与，同真为真，其余为假 - |：按位或，有真则真，全假则假 - <<：左移，表示左移动一位 （默认是00000001 那么1<<1 则变成了00000010 1<<2就是00000100） - ~：按位取反 - 掩码 : 一般把用来进行按位与(&)运算来取出相应的值的值称之为掩码(Mask)。如 #define TallMask 0b00000100 ：TallMask就是用来取出右边第三个bit位数据的掩码 好，那么我们来看下这些运算符是怎么可以做到取值赋值的呢？比如说我们上面的te共用体内有8个char，要是我们想出去char b的值怎么取呢？这就用到了&：  按位与`&`上 `1<<1 `就可以取出b位的值了，b是1那么结果就是1，b是0那么结果就是0； 同理，当我们为f设置值的时候，也是类似的操作，就是在改变f的值的同时不影响其他值,这里我们要看赋的值是0还是1，`不同值操作不同`:  所以，这就是共同体中取值赋值的操作流程，那么我们接下来回到isa指针这个结构体中，看一下它里面的各个成员以及怎么取赋值的↓↓ ``` /*nonpointer 0，代表普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址 1，代表优化过，使用位域存储更多的信息 */ uintptr_t nonpointer : 1; \ /*has_assoc:是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快*/ uintptr_t has_assoc : 1; \ /*是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快*/ uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \ /*存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息*/ uintptr_t shiftcls : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/ \ /*用于在调试时分辨对象是否未完成初始化*/ uintptr_t magic : 6; \ /*是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快*/ uintptr_t weakly_referenced : 1; \ /*对象是否正在释放*/ uintptr_t deallocating : 1; \ /*里面存储的值是引用计数器减1*/ uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \ /* 引用计数器是否过大无法存储在isa中 如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中 */ uintptr_t extra_rc : 19; ``` 我们看到，isa指针确实做了很大的优化，同样是占用8个字节，优化后的共用体**不仅存放这类对象或元类对象地址，还存放了很多额外属性**，接下来我们对这个结构进行验证：需要注意的是因为是arm64架构 所以这个验证需要是ios项目且**需要运行在真机上** 这样才会得出准确的结果 首先，我们来验证这个`shiftcls`是否就是类对象内存地址。  我们定义了一个dog对象，我们打印它的`isa`是`0x000001a102a48de1` 从上面的分析我们得知，要取出`shiftcls`的值需要`isa的值&ISA_MASK`(这个isa_mask在源码中有定义)，得出`$1 = 0x000001a102a48de0` 而$1的地址值正是我们上面打印出来`Dog类对象的地址值`，所以这也验证了isa_t的结构。  我们还可以来看一下其他一些成员，比如说**是否被弱指针指向过**？我们先将上面没有被__weak指向过的数据保存一下，其中红色框中的就是这个属性，`0表示没有被指向过`  然后我们修改代码，添加弱指针指向dog： ``` __weak Dog *weaKDog = dog; ``` > 注意：只要设置过关联对象或者弱引用引用过对象，has_assoc或weakly_referenced的值就会变成1，不论之后是否将关联对象置为nil或断开弱引用。  发现确实由0变成了1，所以可以验证isa_t的结构，这个实验要确保程序运行在真机才能出现这个结果。所以arm64后确实对isa指针做了优化处理，不在单纯的存放类对象或者元类对象的内存地址，而是除此之外存储了更多内容。 ## class的具体结构 我们之前在讲分类的时候讲到了类的大体结构，如下图所示：  就如我们之前讲到的，当我们调用方法的时候是从`bits`中的`methods`中查找方法。 **分类的方法是排在主类方法前面的**，所以调用同名方法是先调用分类的，而且究竟调用哪个分类的方法要取决于`编译的先后顺序`等等：  ### rw_t 和ro_t 那么这个`rw_t`中的`methods`和`ro_t`中的`methods`有什么不一样呢？ - 首先，`ro_t中methods，是只包含原始类的方法，不包括分类的`，而rw_t中的methods即包含原始类的也包含分类的； - 其次，`ro_t中的methods只能读取不能修改`，而rw_t中的methods既可以读取也可以修改，所以我们今后在动态添加方法修改方法的时候是在rw_t中的methods去操作的； - 然后，ro_t中的methods是个一维数组，里面存放着method_t(对方法/函数的封装，即一个method_t代表一个方法或函数)，而rw_t中的methods是个二维数组，里面存放着各个分类和原始类的数组，分类和原始类的数组中存放着method_t。即：  我们也可以在源码中找到rw_t (rw:read and write 读写)和ro_t (ro:read only 只读)的关系： ``` static Class realizeClass(Class cls) { runtimeLock.assertLocked(); const class_ro_t *ro; class_rw_t *rw; Class supercls; Class metacls; bool isMeta; if (!cls) return nil; if (cls->isRealized()) return cls; assert(cls == remapClass(cls)); // 最开始cls->data是指向ro的 ro = (const class_ro_t *)cls->data(); if (ro->flags & RO_FUTURE) { // rw已经初始化并且分配内存空间 rw = cls->data(); // cls->data指向rw ro = cls->data()->ro; // cls->data()->ro指向ro 即rw中的ro指向ro cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE); } else { // 如果rw并不存在，则为rw分配空间 rw = (class_rw_t *)calloc(sizeof(class_rw_t), 1);// 分配空间 rw->ro = ro;// rw->ro重新指向ro rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING; // 将rw传入setData函数，等于cls->data()重新指向rw cls->setData(rw); } } ``` 首先，`cls->data(即bits)`是指向存储类初始化信息的`ro_t`的，然后在运行时的`运行过程中创建了class_rw_t`，等rw_t分配好内存空间后，开始将`cls->data指向了rw_t`并将rw_t中的ro指向了存储初始化信息的ro_t。 那么ro_t和rw_t中存储的这个`method_t`是个什么结构呢？我们阅读源码发现结构如下，我们发现有三个成员：name、types、imp，我们一一来看： ### method_t  - name，表示`方法的名称`，一般叫做选择器，可以通过`@selector()`和`sel_registerName()`获得。 > /* 比如test方法，它的SEL就是@selector(test);或者sel_registerName("test");需要注意的一点就是不同类中的同名方法，它们的方法选择器是相同的，比如A、B两个类中都有test方法，那么这两个test方法的名称都是@selector(test);或者sel_registerName("test"); */ - types，表示`方法的编码`，即`返回值、参数的类型`，通过字符串拼接的方式将返回值和参数拼接成一个字符串，来代表函数返回值及参数。 > /* 比如ViewDidload方法，我们都知道它的返回值是void，参数转为底层语言后是self和_cmd，即一个id类型和一个方法选择器，那么encode后就是v16@0:8(它所表示的意思是:返回值是void类型，参数一共占用16个字节,第一个参数是@类型，内存空间从0开始，第二个参数是:类型，内存空间从8开始)，当然这里的数字可以不写，简写成V@: */ 关于更多encode规则，可以查看下面这个表：  当然除了自己手写外，iOS提供了`@encode`的指令，可以将具体的类型转化成字符串编码。 ``` NSLog(@"%s",@encode(int)); NSLog(@"%s",@encode(float)); NSLog(@"%s",@encode(id)); NSLog(@"%s",@encode(SEL)); // 打印内容 Runtime-test[25275:9144176] i Runtime-test[25275:9144176] f Runtime-test[25275:9144176] @ Runtime-test[25275:9144176] : ``` - imp，表示指向`函数的指针(函数地址)`，即方法的具体实现，我们调用的方法实际上最后都是通过这个imp去进行最终操作的。 ## 方法缓存 我们在分析清楚方法列表和方法的结构后，我们再来看一下方法的调用是怎么一个流程呢？是直接去方法列表里面遍历查找对应的方法吗？ 其实不然，我们在分析类的结构的时候，除了`bits`(指向类的具体信息，包括rw_t、ro_t等等一些内容）外，还有一个方法缓存:`cache`,用来缓存曾经调用过的方法  所以系统查找对应方法**不是通过遍历rw_t这个二维数组来寻找方法的**，这样做太慢，效率太低。 真正的做法是： > 系统是先从方法缓存中找有没有对应的方法，有的话就直接调用缓存里的方法，根据imp去调用方法，没有的话，就再去方法数组中遍历查找，找到后调用并保存到方法缓存里 流程如下：  那么方法是怎么缓存到`cache`中的呢？系统又是怎么查找缓存中的方法的呢？我们通过源码来看一下cache的结构： ### cache_t  >`散列表（Hash table，也叫哈希表）`，是根据关键码值(Key value)而直接进行访问的数据结构。也就是说，它通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。这个映射函数叫做散列函数，存放记录的数组叫做散列表。 我们可以看到，`cache_t`里面就三个成员，后两个代表`长度和数量`，是`int类型`，肯定不是存储方法的地方，所以方法应该是存储在`_buckets`这个散列表中。散列存储的是一个个的`bucket_t的结构体`，那么这个bucket_t又是个什么结构呢？ ### bucket_t  所以`cache_t`底部结构是这样的：  我们看到，`bucket_t`就两个值，**一个key一个imp**，**key的话就是方法名，也就是SEL，而imp就是Value**，也就是当我们调用一个方法是来到方法缓存中查找，通过比对方法名是不是一致，一致的话就返回对应的imp，也就是`方法地址`，从而可以调用方法，那么这个散列表是怎么查找的呢？难道也是通过遍历吗？ ### 方法查找 我们通过阅读源码来一探究竟：  --------------------------------------------------------  通过上面代码的阅读，我们可以知道系统在`cache_t`中查找方法**并不是通过遍历**，而是通过方法名`SEL&mask得到一个索引`,直接去读数组索引中的方法，如果该方法的SEL与我们调用的方法名SEL一致，那么就返回这个方法，否则会判断当前架构，在x86或者i386架构中是向下寻找，在arm64架构中是向上寻找，直到找完为止。 好，既然取值的时候不是遍历，而是直接读的索引，那么讲方法存储到缓存中也肯定是通过这种方式了，直接方法名&mask拿到索引，然后将_key和_imp存储到对应的索引上，这一点我们通过源码也可以确认：  我们看到无论是存还是读，都是调用了find函数，查看`SEL&mask`对应的索引的方法，不合适的话再向下寻找直到找到合适的位置。 那么这里有两个疑问，**为什么SEL&mask会出现不是该方法名(读)或者不为空(写)的情况呢？散列表扩容后方法还在吗？** > 首先，SEL&mask这个问题，是因为不同的方法名&mask可能出现同一个结果，比如test方法的SEL是011，run方法的SEL是010，mask是010，那么无论是test的SEL&mask还是run的SEL&mask 记过都是010，如果大家都存在这个索引里面是会出问题的，所以为了解决这个索引重复的问题需要先做判断，即拿到索引后先判断这个索引对应的值是不是你想要的，是的话你拿走用，不是的话向下继续找，方法缓存也是同样的道理。我们先调用test方法，缓存到010索引，再调用run方法，发现010位置不为空了，那就判断010下面的索引是否为空，为空的话就将run方法缓存到这个位置。 关于散列表扩容后，缓存方法在不在的问题，通过源码就可以知道，旧散列表已经释放掉了，所以是不存在的，再次调用的时候就得重新去rw_t中遍历找方法然后重新缓存到散列表中，比如下面这个例子:  到现在我们清楚了，那就是散列表中并不是按照索引依次排序或者遍历索引依次读取，那么就会出现个问题，因为SEL&mask是个小于mask的随机值且散列表存储空间超过3/4的时候就要扩容，那就会导致散列表中有一部分空间始终被限制。确实，**散列表当分配内存后，每个地方最初都是null的，当某个位置的索引被用到时，对应的位置才会存储方法**，其余位置仍处于空闲状态，但是这样做可以极大提高查找速度(比遍历快很多)，所以这是一种`空间换时间`的方式。  ## 方法的传递过程 我们现在已经清楚方法的调用顺序了，**首先从缓存中找没有的话再去rw_t中找，那么在没有的话就去其父类中找**，父类中查找也是如此，先去父类中的cache中查找，没有的话再去父类的rw_t中找，以此类推。如果查找到基类还没有呢？难道就直接报`unrecognized selector sent to instance `这个经典错误吗？ 其实不是，方法的传递主要涉及到三个部分，这也是我们平时用得最多以及面试中经常出现的问题： 我们都知道，当我们调用一个方法是，其实底层是将这个方法转换成了`objc_msgSend`函数来进行调用，`objc_msgSend`的执行流程可以分为3大阶段： > 消息发送->动态方法解析->消息转发 这个流程我们是可以从源码中得到确认，以下是源码： ``` /*********************************************************************** *_class_lookupMethodAndLoadCache. * Method lookup for dispatchers ONLY. OTHER CODE SHOULD USE lookUpImp(). * This lookup avoids optimistic cache scan because the dispatcher * already tried that. **********************************************************************/ MP _class_lookupMethodAndLoadCache3(id obj, SEL sel, Class cls) return lookUpImpOrForward(cls, sel, obj, YES/*initialize*/, NO/*cache*/, YES/*resolver*/); /*********************************************************************** * lookUpImpOrForward. * The standard IMP lookup. * initialize==NO tries to avoid +initialize (but sometimes fails) * cache==NO skips optimistic unlocked lookup (but uses cache elsewhere) * Most callers should use initialize==YES and cache==YES. * inst is an instance of cls or a subclass thereof, or nil if none is known. * If cls is an un-initialized metaclass then a non-nil inst is faster. * May return _objc_msgForward_impcache. IMPs destined for external use * must be converted to _objc_msgForward or _objc_msgForward_stret. * If you don't want forwarding at all, use lookUpImpOrNil() instead. **********************************************************************/ //这个函数是方法调用流程的函数 即消息发送->动态方法解析->消息转发 IMP lookUpImpOrForward(Class cls, SEL sel, id inst, bool initialize, bool cache, bool resolver) { IMP imp = nil; bool triedResolver = NO; runtimeLock.assertUnlocked(); // Optimistic cache lookup if (cache) { imp = cache_getImp(cls, sel); if (imp) return imp; } // runtimeLock is held during isRealized and isInitialized checking // to prevent races against concurrent realization. // runtimeLock is held during method search to make // method-lookup + cache-fill atomic with respect to method addition. // Otherwise, a category could be added but ignored indefinitely because // the cache was re-filled with the old value after the cache flush on // behalf of the category. runtimeLock.lock(); checkIsKnownClass(cls); if (!cls->isRealized()) { realizeClass(cls); } if (initialize && !cls->isInitialized()) { runtimeLock.unlock(); _class_initialize (_class_getNonMetaClass(cls, inst)); runtimeLock.lock(); // If sel == initialize, _class_initialize will send +initialize and // then the messenger will send +initialize again after this // procedure finishes. Of course, if this is not being called // from the messenger then it won't happen. 2778172 } retry: runtimeLock.assertLocked(); // Try this class's cache. //先从当前类对象的方法缓存中查看有没有对应方法 imp = cache_getImp(cls, sel); if (imp) goto done; // Try this class's method lists. //没有的话再从类对象的方法列表中寻找 { Method meth = getMethodNoSuper_nolock(cls, sel); if (meth) { log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, cls); imp = meth->imp; goto done; } } // Try superclass caches and method lists. { unsigned attempts = unreasonableClassCount(); //遍历所有父类 知道其父类为空 for (Class curClass = cls->superclass; curClass != nil; curClass = curClass->superclass) { // Halt if there is a cycle in the superclass chain. if (--attempts == 0) { _objc_fatal("Memory corruption in class list."); } // Superclass cache. //先查找父类的方法缓存 imp = cache_getImp(curClass, sel); if (imp) { if (imp != (IMP)_objc_msgForward_impcache) { // Found the method in a superclass. Cache it in this class. log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass); goto done; } else { // Found a forward:: entry in a superclass. // Stop searching, but don't cache yet; call method // resolver for this class first. break; } } // Superclass method list. //再查找父类的方法列表 Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel); if (meth) { log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, curClass); imp = meth->imp; goto done; } } } // No implementation found. Try method resolver once. //消息发送阶段没找到imp 尝试进行一次动态方法解析 if (resolver && !triedResolver) { runtimeLock.unlock(); _class_resolveMethod(cls, sel, inst); runtimeLock.lock(); // Don't cache the result; we don't hold the lock so it may have // changed already. Re-do the search from scratch instead. triedResolver = YES; //跳转到retry入口 retry入口就在上面,也就是x消息发送过程即找缓存找rw_t goto retry; } // No implementation found, and method resolver didn't help. // Use forwarding. //消息发送阶段没找到imp而且执行动态方法解析也没有帮助 那么就执行方法转发 imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache; cache_fill(cls, sel, imp, inst); done: runtimeLock.unlock(); return imp; } ``` ### 消息发送 首先，消息发送，就是我们刚才提到的系统会先去`cache_t`中查找，有的话调用，没有的话去类对象的`rw_t`中查找，有的话调用并缓存到`cache_t`中，没有的话根据`supperclass`指针去父类中查找。父类查找也是如此，先去父类的cache_t中查找，有的话进行调用并添加到自己的cache_t中而不是父类的cache_t中，没有的话再去父类的rw_t中查找，有的话调用并缓存到自己的cache_t中，没有的话以此类推。流程如下：  当消息发送找到最后一个父类还没有找到对应的方法时，就会来到`动态方法解析`。**动态解析，就是意味着开发者可以在这里动态的往rw_t中添加方法实现**，这样的话系统再次遍历rw_t就会找到对应的方法进行调用了。 ### 动态方法解析 动态方法解析的流程示意图如下：  主要涉及到了两个方法： ``` +resolveInstanceMethod://添加对象方法 也就是-开头的方法 +resolveClassMethod://添加类方法 也就是+开头的方法 ``` 我们在实际项目中进行验证：  动态添加类方法也是如此，只不过是添加到元类对象中（此时run方法已经改成了个类方法）  而且我们也发现，动态添加方法的话其实无非就是找到方法实现，添加到类对象或元类对象中，至于这个方法实现是什么形式都没有关系，比如说我们再给对象方法添加方法实现时，这个实现方法可以是个类方法，同样给类方法动态添加方法实现时也可以是对象方法。**也就是说系统根本没有区分类方法和对象方法，只要把imp添加到元类对象的rw_t中就是类方法，添加到类对象中就是对象方法。**  ### 消息转发 当我们在消息发送和动态消息解析阶段都没有找到对应的imp的时候，系统回来到最后一个`消息转发`阶段。所谓消息转发，就是你这个消息处理不了后可以找其他人或者其他方法来代替，消息转发的流程示意图如下：  > 即分为两步: > 第一步是看能不能找其他人代你处理这方法，可以的话直接调用这个人的这个方法, 这一步不行的话就来到第二步 > 这个方法没有的话有没有可以替代的方法，有的话就执行替代方法。我们通过代码来验证： 我们调用dog的run方法是，因为dog本身没有实现这个方法，所以不能处理。正好cat实现了这个方法，所以我们就将这个方法转发给cat处理：  我们发现，确实调用了小猫run方法，但是只转发方法执行者太局限了，要求接收方法对象必须实现了同样的方法才行，否则还是无法处理，所以实用性不强。这时候，我们可以通过`methodSignatureForSelector`来进行更大限度的转发。 需要注意的是要想来到`methodSignatureForSelector`这一步需要将`forwardingTargetForSelector返回nil（即默认状态）`否则系统找到目标执行者后就不会再往下转发了。 开发者可以在`forwardInvocation:`方法中自定义任何逻辑。 ``` ////为方法重新转发一个目标执行 //- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{ // if (aSelector == @selector(run)) { // //dog的run方法没有实现 所以我们将此方法转发到cat对象上去实现 也就是相当于将[dog run]转换成[cat run] // return [[Cat alloc] init]; // } // return [super forwardingTargetForSelector:aSelector]; //} //方法签名 - (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{ if (aSelector == @selector(run)) { //注意:这里返回的是我们要转发的方法的签名 比如我们现在是转发run方法 那就是返回的就是run方法的签名 //1.可以使用methodSignatureForSelector:方法从实例中请求实例方法签名，或者从类中请求类方法签名。 //2.也可以使用instanceMethodSignatureForSelector:方法从一个类中获取实例方法签名 //这里使用self的话会进入死循环 所以不可以使用 如果其他方法中有同名方法可以将self换成其他类 // return [self methodSignatureForSelector:aSelector]; // return [NSMethodSignature instanceMethodSignatureForSelector:aSelector]; //3.直接输入字符串 return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"]; } return [super methodSignatureForSelector:aSelector]; } //当返回方法签名后 就会转发到这个方法 所以我们可以在这里做想要实现的功能 可操作空间很大 //这个anInvocation里面有转发方法的信息,比如方法调用者/SEL/types/参数等等信息 - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{ //这样写不安全 可以导致cat被过早释放掉引发怀内存访问 // anInvocation.target = [[Cat alloc] init]; Cat *ca = [[Cat alloc] init]; //指定target anInvocation.target = ca; //对anInvocation做出修改后要执行invoke方法保存修改 [anInvocation invoke]; //或者干脆一行代码搞定 [anInvocation invokeWithTarget:[[Cat alloc] init]]; //上面这段代码相当于- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{}中的操作 //当然 转发到这里的话可操作性更大 也可以什么都不写 相当于转发到的这个方法是个空方法 也不会报方法找不到的错误 //也可以在这里将报错信息提交给后台统计 比如说某个方法找不到提交给后台 方便线上错误收集 //...很多用处 } ``` 当然我们也可以访问修改anInvocation的参数，比如现在run有个age参数， ``` // 参数顺序：receiver、selector、other arguments int age; //索引为2的参数已经放到了&age的内存中，我们可以通过age来访问 [anInvocation getArgument:&age atIndex:2]; NSLog(@"%d", age + 10); ``` 我们发现，消息转发有两种情况，一种是`forwardingTargetForSelector`，一种是`methodSignatureForSelector+forwardInvocation：` > 其实，第一种也称`快速转发`，特点就是简单方便，缺点就是能做的事情有限，只能转发消息调用者；第二种也称标准转发，缺点就是写起来麻烦点，需要写方法签名等信息，但是好处就是可以很大成都的自定义方法的转发，可以在找不到方法imp的时候做任何逻辑。 当然，我们上面的例子都是通过对象方法来演示消息转发的，类方法同样存在消息转发，只不过对应的方法都是类方法，也就是`-变+`  　所以，以上关于消息传递过程可以用下面这个流程图进一步总结：  关于源码阅读指南：  ## super的相关内容 首先我们来看一下这段代码：  我们发现最终的打印结果和我们预期的不一样，按我们的思路Super就是指的的Dog的父类Animal，Animal调用class方法应该返回Animal 但是结果却不是这样，这是为什么？首先我们先将这段代码转换成c++底层代码来一探究竟： ``` static instancetype _I_Dog_init(Dog * self, SEL _cmd) { self = ((Dog *(*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("Dog"))}, sel_registerName("init")); if (self) { // NSLog(@"%@",[self class]); NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_f1_q0392lf551qfbg1b5sy48qb80000gn_T_Dog_db6ed5_mi_0,((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("class"))); //NSLog(@"%@",[self superclass]); NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_f1_q0392lf551qfbg1b5sy48qb80000gn_T_Dog_db6ed5_mi_1,((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("superclass"))); //NSLog(@"%@",[super class]); NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_f1_q0392lf551qfbg1b5sy48qb80000gn_T_Dog_db6ed5_mi_2,((Class (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("Dog"))}, sel_registerName("class"))); //NSLog(@"%@",[super superclass]); NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_f1_q0392lf551qfbg1b5sy48qb80000gn_T_Dog_db6ed5_mi_3,((Class (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("Dog"))}, sel_registerName("superclass"))); } return self; } ``` 　将上述代码简化后得到下面的结果：  我们发现，当self调用class方法时，是执行的`objc_msdSend(self,@selector(class))`函数，消息的接收者是当前所在类的实例对象(Dog) , 这个时候就会去self所在类 Dog去查找class方法 , 如果当前类Dog没有class方法会向其父类Animal类找 class 方法, 如果Animal类也没有找到class方法,最终会找到最顶级父类NSObject的class方法, 最终找到NSObject的class方法 ,并调用了object_getClass(self) ,由于消息接收者是 self 当前类实例对象, 所以最终 [self class]输出Dog（class方法是返回方法调用者的类型，superclass方法是返回方法调用者的父类） [self superclass] 也是同理，找到superclass方法，然后返回调用者的父类，即Animal； 但是当我们调用super的class方法时，底层不是转换成`objc_msdSend`而是变成了`objc_msgSendSuper`函数。这个函数有两个参数，第一个参数是个结构体，结构体中有两个成员：方法调用者和调用者的父类，第二个参数就是方法名，也就是class方法的SEL。 ``` [super class] -> objc_msgSendSuper( //第一个参数:结构体 {self,//方法调用者 class_getSuperclass(objc_getClass("Dog"))//当前类的父类 }, //第二个参数:方法名 sel_registerName("class"))); ``` 所以，我们看到`[self class]`和`[super class]`，他们转换成的底层实现都不一致。 objc_msgSendSuper函数的作用是告诉方法调用者去其父类中查找该方法，也就是相比objc_msdSend函数而言少了去自己类中查找方法这一步，而是直接去父类中找class方法，但是方法调用者还是没变，都是Dog。class方法和superclass它们都是返回方法调用者的类型或父类，所以`[super class]`和`[super superclass]`还是返回的Dog的类型和父类，所以打印结果是Dog和Animal，与[self class]和[self superclass]结果一致。 > 所以，总结起来就是，super方法底层会转换为objc_msgSendSuper函数的调用，这个函数的作用是告诉方法调用者去父类中查找方法。 ## runtime的常见API与应用案例 ``` 动态创建一个类（参数：父类，类名，额外的内存空间） Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes) 注册一个类（要在类注册之前添加成员变量） void objc_registerClassPair(Class cls) 销毁一个类 void objc_disposeClassPair(Class cls) 获取isa指向的Class Class object_getClass(id obj) 设置isa指向的Class Class object_setClass(id obj, Class cls) 判断一个OC对象是否为Class BOOL object_isClass(id obj) 判断一个Class是否为元类 BOOL class_isMetaClass(Class cls) 获取父类 Class class_getSuperclass(Class cls) 获取一个实例变量信息 Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name) 拷贝实例变量列表（最后需要调用free释放） Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount) 设置和获取成员变量的值 void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value) id object_getIvar(id obj, Ivar ivar) 动态添加成员变量（已经注册的类是不能动态添加成员变量的） BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types) 获取成员变量的相关信息 const char *ivar_getName(Ivar v) const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v) 获取一个属性 objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name) 拷贝属性列表（最后需要调用free释放） objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount) 动态添加属性 BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount) 动态替换属性 void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount) 获取属性的一些信息 const char *property_getName(objc_property_t property) const char *property_getAttributes(objc_property_t property) 获得一个实例方法、类方法 Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name) Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name) 方法实现相关操作 IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name) IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp) void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2) 拷贝方法列表（最后需要调用free释放） Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount) 动态添加方法 BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types) 动态替换方法 IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types) 获取方法的相关信息（带有copy的需要调用free去释放） SEL method_getName(Method m) IMP method_getImplementation(Method m) const char *method_getTypeEncoding(Method m) unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m) char *method_copyReturnType(Method m) char *method_copyArgumentType(Method m, unsigned int index) 选择器相关 const char *sel_getName(SEL sel) SEL sel_registerName(const char *str) 用block作为方法实现 IMP imp_implementationWithBlock(id block) id imp_getBlock(IMP anImp) BOOL imp_removeBlock(IMP anImp) ```