在看一些牛逼闪闪的开源框架时发现都使用了Runtime黑魔法，那么究竟什么是Runtime呢？我们都知道Objective-C是一门动态语言，Objective-C最大的特色是承自Smalltalk的消息传递模型（message passing），这种机制和当今C++式的主流风格差异甚大，C++里类别与方法的关系严格清楚，而在Objective-C中，类别与消息的关系比较松散，调用方法视为对对象发送消息，所有方法都被视为对消息的回应。所有消息处理直到运行时（runtime）才会动态决定，并交由类别自行决定如何处理收到的消息。简单地说，Runtime系统是一个包含由一系列函数和数据结构组成公共接口的动态共享库,在头文件位于/usr/include/objc.的目录。当你编写objective - C代码的时候,这些函数允许您使用纯C代码去复制,并在编译时执行这些函数。
Objective-C程序与runtime system的交互体现在三个不同的层次：
1.通过Objective-C源代码；
2.通过Foundation framework的NSObject类定义的方法；
3.通过直接调用runtime函数。
一：Runtime最主要的就是消息机制。我们从The objc_msgSend Function——消息发送开始说起。
[receiver message]
在objective - c中,直到运行时消息才会和对应实现的方法绑定。消息调用时的转换是在编译期间进行的。上面的代码实际上会被编译器转化为:
objc_msgSend(receiver, selector)
objc_msgSend是一个消息发送传递的函数,。这个函数需要消息接收者和消息方法名(这个方法名选择器) 作为它的两个主要参数。
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)
消息传入的任何参数也会交给objc_msgSend。
在 objc/message.h文件中可以看到objc_msgSend 函数的定义：
OBJC_EXPORT id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
SEL
objc_msgSend函数第二个参数类型为SEL，它是selector在OC中的表示类型。selector是方法选择器，可以理解为区分方法的ID，而这个 ID的数据结构是SEL:它被定义在objc/objc.h目录下：
/// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;
id
objc_msgSend函数第一个参数类型为id，与SEL 一样，id也被定义在 objc/objc.h 目录下：
/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
id 是一个结构体指针类型，它可以指向 Objective-C中的任何对象。objc_object结构体定义如下：
/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
objc_object结构体包含一个isa指针，根据isa指针就可以顺藤摸瓜找到对象所属的类。
Class
之所以说isa是指针是因为Class其实是一个指向objc_class结构体的指针：
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;
那么objc_class的庐山真面目又是什么呢？进入objc/runtime.h我们便可一窥究竟：
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;
这就是我们常说的类：
·Class也有一个 isa 指针，指向其所属的元类（meta）.
·super_class：指向其超类.
·name：是类名.
·version：是类的版本信息.
·info：类的详情.
·instance_size：是该类的实例对象的大小.
·ivars：指向该类的成员变量列表.
·methodLists：指向该类的实例方法列表，它将方法选择器和方法实现地址联系起来。methodLists是指向 ·objc_method_list指针的指针，也就是说可以动态修改*methodLists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.
·cache：Runtime系统会把被调用的方法存到cache中（理论上讲一个方法如果被调用，那么它有可能今后还会被调用），下次查找的时候效率更高.
·protocols：指向该类的协议列表.
总结一下：
首先，Runtime 系统会把方法调用转化为消息发送，即 objc_msgSend，并且把方法的调用者，和方法选择器，当做参数传递过去.此时，方法的调用者会通过isa 指针来找到其所属的类，然后在cache 或者methodLists 中查找该方法，找得到就跳到对应的方法去执行.
如果在类中没有找到该方法，则通过super_class往上一级超类查找（如果一直找到NSObject都没有找到该方法的话，就会调用下面这几个方法，给你“补救”的机会，你可以先理解为几套防止程序crash的备选方案，我们就是利用这几个方案进行消息转发，注意一点，前一套方案实现后一套方法就不会执行。如果这几套方案你都没有做处理，那么程序就会报错crash。
方案一：
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
方案二：
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
方案三：
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;
示意图:
前面我们说 methodLists指向该类的实例方法列表，实例方法即-方法，那么类方法（+方法）存储在哪儿呢？类方法被存储在元类中，Class通过 isa 指针即可找到其所属的元类。
上图实线是 super_class 指针，虚线是 isa 指针。根元类的超类是NSObject，而 isa 指向了自己。NSObject 的超类为 nil，也就是它没有超类。
介绍完理论，下面让我们开始真正在开发中使用objc_msgSend吧！
1.创建Fish类并添加方法：
@interface Fish : NSObject
//游泳
+ (void)swim;
- (void)swim;
//吐泡泡
- (void)bloweBubbles:(int)num;
@end
2.使用objc_msgSend：
//类对象发送消息
- (void)testClassObject{
//获取类对象
Class fClass = [Fish class];
//运行时
objc_msgSend(fClass, @selector(bloweBubbles:),100);
}
//对象发送消息
- (void)testObject{
Fish * fish = [[Fish alloc]init];
// 运行时，发送消息
objc_msgSend(fish, @selector(swim));
// 带参数
objc_msgSend(fish, @selector(bloweBubbles:),10);
}
二：Method Swizzling
Method Swizzing是发生在运行时的，主要用于在运行时将两个方法进行交换。当我们在开发中发现系统自带的方法功能不够，需要给系统自带的方法扩展一些功能，并且保持原有的功能时，Method Swizzing便派上用场了。
用法示例：比如我们想给UIImage的imageNamed:方法增加图片加载是否成功的提示。
1.创建UIImage的分类并声明作为交换的方法：
#import <UIKit/UIKit.h>
@interface UIImage (JF)
+ (__kindof UIImage *)imageWithName:(NSString *)name;
@end
2.实现Method Swizzing
#import "UIImage+JF.h"
#import <objc/message.h>
@implementation UIImage (JF)
+ (void)load
{
// 交换方法
// 获取imageWithName方法
Method imageWithName = class_getClassMethod(self, @selector(imageWithName:));
// 获取imageNamed方法
Method imageNamed = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));
// 交换方法，相当于交换函数地址
method_exchangeImplementations(imageWithName, imageNamed);
}
// 既能加载图片又能提示是否加载成功
+ (__kindof UIImage *)imageWithName:(NSString *)name
{
// 这里调用imageWithName，相当于调用imageName
UIImage * image = [self imageWithName:name];
//用打印模拟提示功能
if (image == nil) {
NSLog(@"图片加载失败");
}
return image;
}
三：动态方法处理
有时候,我们可能需要提供一个动态的实现方法，具体如下：
创建Fish类,动态添加drink:方法
#import "Fish.h"
@implementation Fish
//定义函数
//没有返回值，参数（id,SEL,id）
//void(id,SEL,id)
void drink(id self,SEL _cmd,id param1)
{
NSLog(@"鱼儿%@,%@,%@口水",self,NSStringFromSelector(_cmd),param1);
}
//动态添加方法首先实现resolveInstanceMethod
/*
resolveInstanceMethod调用：当调用了没有实现的方法，就会调用该方法resolveInstanceMethod
resolveInstanceMethod的作用：知道哪些方法没有实现，从而动态添加方法
sel:没有实现的方法的编码
*/
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
//动态添加drink方法
if( sel == @selector(drink:))
{
/*
cls:给哪个类添加方法
SEl:添加方法的方法编号
IMP:方法实现，函数入口，函数名
types:方法类型
*/
class_addMethod(self, sel, (IMP)drink, "v@:@");
}
return YES;
}
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
Fish * f = [[Fish alloc]init];
[f performSelector:@selector(drink:) withObject:@10];
}
** 四：动态添加属性 **
在一般情况下，我们知道在分类中是无法添加属性的，因为@property在分类中，只会生成get,set方法的声明，不会生成下划线成员属性，和get,set方法的实现。但是，通过Runtime我们可以实现动态地添加属性。
1.创建NSObject分类
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface NSObject (JF)
@property(nonatomic,strong)NSString * name;
@end
#import "NSObject+JF.h"
#import <objc/message.h>
// 定义关联的key
static const char *key = "name";
@implementation NSObject (JF)
- (void)setName:(NSString *)name{
// 第一个参数：给哪个对象添加关联
// 第二个参数：关联的key，通过这个key获取
// 第三个参数：关联的value
// 第四个参数:关联的策略
objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (NSString *)name{
// 根据关联的key，获取关联的值。
return objc_getAssociatedObject(self, key);
}
** 五：Runtime字典转模型 **
1.遍历模型中所有属性
2.给模型中的每个属性赋值
#import "NSObject+JFExtension.h"
#import <objc/message.h>
@implementation NSObject (JFExtension)
+ (instancetype)modelWithDic:(NSDictionary *)dic{
// 思路：遍历模型中所有属性-》使用运行时
// 0.创建对应的对象
id objc = [[self alloc]init];
// 1.利用runtime给对象中的成员属性赋值
unsigned int count;
// 获取类中的所有成员属性
Ivar * ivarList = class_copyIvarList(self, &count);
for (int i = 0; i < count; i++) {
// 根据角标，从数组取出对应的成员属性
Ivar ivar = ivarList[i];
// 获取成员属性名
NSString * propertyName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
// 处理成员属性名->字典中的key
// 从第一个角标开始截取
NSString * key = [propertyName substringFromIndex:1];
// 根据成员属性名去字典中查找对应的value
id value = dic[key];
// 获取成员属性类型
NSString * propertyType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
// 二级转换:如果字典中还有字典，也需要把对应的字典转换成模型
// 判断下value是否是字典
if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]]) {
// 字典转模型
// 1.获取模型的类对象，调用modelWithDict
// 2.模型的类名已知，就是成员属性的类型
// 获取成员属性类型
// 生成的是这种@"@\"User\"" 类型 -》 @"User" 在OC字符串中 \" -> "，\是转义的意思，不占用字符
// 裁剪类型字符串
NSRange range = [propertyType rangeOfString:@"\""];
propertyType = [propertyType substringFromIndex:range.location + range.length];
range = [propertyType rangeOfString:@"\""];
// 裁剪到哪个角标，不包括当前角标
propertyType = [propertyType substringToIndex:range.location];
// 根据字符串类名生成类对象
Class modelClass = NSClassFromString(propertyType);
// 有对应的模型才需要转
if (modelClass) {
// 把字典转模型
value = [modelClass modelWithDic:value];
}
// 三级转换：NSArray中也是字典，把数组中的字典转换成模型.
// 判断值是否是数组
}else if ([value isKindOfClass:[NSArray class]]){
// 判断对应类有没有实现字典数组转模型数组的协议
if ([self respondsToSelector:@selector(arrayContainModelClass)]) {
// 转换成id类型，就能调用任何对象的方法
id idSelf = self;
// 获取数组中字典对应的模型
NSString *type = [idSelf arrayContainModelClass][key];
// 生成模型
Class classModel = NSClassFromString(type);
NSMutableArray *muArray = [NSMutableArray array];
// 遍历字典数组，生成模型数组
for (NSDictionary * dic in value) {
// 字典转模型
id model = [classModel modelWithDic:dic];
[muArray addObject:model];
}
// 把模型数组赋值给value
value = muArray;
}
}
// 有值，才需要给模型的属性赋值
// 利用KVC给模型中的属性赋值
if (value) {
[objc setValue:value forKey:key];
}
}
return objc;
}
@end
完整字典转模型代码请点这里这里。
