Runtime簡介

Objective-C runtime 運行 native code 。Java VM 運行 byte code。

原生碼（native code）又稱為機器碼(machine code)，是電腦的CPU可直接解讀的數據，是計算機可以直接執行，執行速度最快的代碼。

字節碼（byte code）碼是一種中間狀態（中間碼）的二進制代碼（文件）。需要轉譯後才能成為機器碼。

比如java：字節碼在運行時通過JVM（JAVA虛擬機）做一次轉換生成機器指令，因此能夠更好的跨平臺運行。

Objc Runtime其實是一個Runtime庫，它基本上是用C和彙編寫的，這個庫使得C語言有了面向對象的能力。

在Runtime中，對象可以用C語言中的結構體表示，而方法可以用C函數來實現，另外再加上了一些額外的特性。這些結構體和函數被runtime函數封裝後，讓OC的面向對象編程變為可能。

當程序執行[object doSomething]時，會向消息接收者(object)發送一條消息(doSomething)，runtime會根據消息接收者是否能響應該消息而做出不同的反應。

動態語言

靜態類型語言：指在編譯期間就去做數據類型檢查，多數靜態類型語言要求在使用變量之前必須聲明數據類型。比如C#，Java。

動態類型語言：指在運行期間才去做數據類型檢查，也就是說，用動態語言編程時，永遠不用去給任何變量去指定數據類型。該語言會在你第一次給該變量賦值的時候，在內部把數據類型記錄下來。JavaScript、ruby或者Python是典型的動態類型的語言。

OC語言，編譯階段並不能決定真正調用哪個函數，只要函數聲明過即使沒有實現也不會報錯。

我們常說OC是一門動態語言，就是因為它總是把一些決定性的工作從編譯階段推遲到運行時階段。OC代碼的運行不僅需要編譯器，還需要運行時系統(Runtime)來執行編譯後的代碼。

Runtime是一套底層純C語言API，OC代碼最終都會被編譯器轉化為運行時代碼，通過消息機制決定函數調用方式，這也是OC作為動態語言使用的基礎。

isa

在Objective-C中，任何類的定義都是對象。類和類的實例（對象）沒有任何本質上的區別。任何對象都有isa指針。

isa

objc_class是個結構體，而且第一個成員變量也是isa指針，這個指針指向的Class不是指向自己而是metaclass(元類)

metaclass

每個實例對象也就是struct objc_object結構體它的isa的指針指向類對象Class，而Class裡也有個isa的指針, 指向metaClass(元類)。

元類是類對象的類，類對象是元類的實例。

這時候相對於元類，objc_class就是元類的實例對象。

基於這種設計模式，不難發現：

1. 調用 "+" 開頭的類方法 是在調用元類的對象方法，元類保存了類方法的列表和成員變量
2. 由於每個類有且只有一個，所以每個類對象都是其對應元類的單例
3. 元類（metaClass）也是類，它也是對象。
4. 元類也有isa指針,它的isa指針最終指向的是一個根元類(root metaClass)
5. 根元類的isa指針指向本身，這樣形成了一個封閉的內循環。

看圖說話：

1. objc_object中的isa指的是對象的類。

2. objc_class中的isa指的是類的元類。

3. superClass是一層層集成的，到最後NSObject的superClass是nil。而NSObject的isa指向根元類，這個根元類的isa指向它自己，而它的superClass是NSObject，也就是最後形成一個環。

4. metaClass也是相互繼承的。

5. 從objc_class結構體可以看出來，裡面有個isa屬性，還有個super_class屬性，它倆都是指針，其實在objc_class的定義中也能看出來，每一個objc_class都有isa，但是不一定會有super_class。

重點總結：

meta-class也是一個類，也可以向它發送一個消息，那麼它的isa又是指向什麼呢？為了不讓這種結構無限延伸下去，Objective-C的設計者讓所有的meta-class的isa指向基類的meta-class，以此作為它們的所屬類。即，任何NSObject繼承體系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作為自己的所屬類，而基類的meta-class的isa指針是指向它自己。這樣就形成了一個完美的閉環。

方法在 objc-runtime-new.h中定義：

struct method_t { 

 SEL name;
 const char *types;
 IMP imp;
 struct SortBySELAddress :
 public std::binary_function<const> const method_t&, bool>
 {
 bool operator() (const method_t& lhs,
 const method_t& rhs)
 { return lhs.name < rhs.name; }
 };
};
/<const>

我們說下上面代碼中的SEL和IMP。

SEL：表示該方法的名稱， IMP： 指向該方法的具體實現的函數指針。

SEL 的含義：

typedef struct objc_selector *SEL;

它是一個指向 objc_selector 指針，表示方法的名字/簽名。如下所示，打印出 selector，會打印出來方法的名稱。

不同類的實例對象performSelector相同的 selector 時，會在各自的消息選標(selector)/實現地址(address) 方法鏈表中根據 selector 去查找具體的方法實現IMP, 然後用這個方法實現去執行具體的實現代碼。這是一個動態綁定的過程，在編譯的時候，我們不知道最終會執行哪一些代碼，只有在執行的時候，通過selector去查詢，我們才能確定具體的執行代碼。

IMP 的含義：

在前面我們也看到 IMP 的定義為：

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

id是一個指向 objc_object 結構體的指針，任何繼承自 NSObject 的類對象都可以用id 來指代，因為 NSObject 的第一個成員實例就是isa。

IMP 是一個函數指針，這個被指向的函數包含一個接收消息的對象id(self 指針), 調用方法的選標 SEL (方法名)，以及不定個數的方法參數，並返回一個id。也就是說 IMP 是消息最終調用的執行代碼，是方法真正的實現代碼 。我們可以像在Ｃ語言裡面一樣使用這個函數指針。

NSObject 類中的methodForSelector：方法就是這樣一個獲取指向方法實現IMP 的指針，methodForSelector：返回的指針和賦值的變量類型必須完全一致，包括方法的參數類型和返回值類型。

IMP實際上是一個函數指針，指向方法實現的地址。

Method用於表示類定義中的方法，則定義如下：

typedef struct objc_method *Method
struct objc_method{
 SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法名
 char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
 IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法實現
}

我們可以看到該結構體中包含一個SEL和IMP，實際上相當於在SEL和IMP之間作了一個映射。有了SEL，我們便可以找到對應的IMP，從而調用方法的實現代碼。

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關鍵字: C語言 機器指令