Objective-C Runtime

• Objective-C是面向运行时的编程语言，这就意味着运行阶段才知道如何执行，而不是编译链接阶段就确定好。

• What is the Objective-C Runtime?

The Objective-C Runtime is a Runtime Library, it's a library written 
mainly in C & Assembler that adds the Object Oriented capabilities 
to C to create Objective-C. This means it loads in Class information, 
does all method dispatching, method forwarding, etc. The Objective-C 
runtime essentially creates all the support structures that make 
Object Oriented Programming with Objective-C Possible.

• 有了Objective-C Runtime，就有了各种在运行时修改代码的hack手段。

类

• 先看下类的结构体定义，除了存放类的基本信息，还存放对象的变量、方法、协议的元信息。程序加载时，类结构体会被实例化，并放到全局列表中g_classList，结构体的isa、super_class、methodLists等属性也一起被初始化。

// 伪代码，对源码稍做修改。

static Class *g_classList;

struct objc_class {
    Class isa;          // 指向元类
    Class super_class;  // 指向父类
    
    // 类基本信息
    const char *name;
    long version;
    long info;
    long instance_size;
    
    // 类的变量、方法、协议的元信息
    struct objc_ivar_list *ivars;
    struct objc_method_list **methodLists;
    struct objc_protocol_list *protocols;
    
    // 方法缓存
    struct objc_cache *cache;
};
typedef struct objc_class *Class;

bool isMetaClass() {
        return info & CLS_META;
    }

元类

• 元类跟类使用相同的结构体，只是通过isMetaClass方法做区分。

• 元类结构体中，存放类的变量、方法、协议的元信息。

• 对象、类、元类的关系如下：

对象

• 对象的结构体如下，存放对象的变量数据，其他的都是先通过isa找到类，再从类中找出变量、方法等的元信息。

// 伪代码，对源码稍做修改。

struct objc_object {
    Class isa;
    
    // 变量的数据
    void *varsLayout;
}

typedef struct objc_object *id

• 创建对象，NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];可能对应以下一些动作。

// 伪代码

{
    // 找到类
    Class cls = findClass("NSObject");
    
    // 找到alloc方法，执行生成对象
    IMP imp = findImp(cls, "alloc");
    id obj = imp(cls);
    
    // 找到init方法，执行初始化对象
    IMP imp = findImp(cls, "init");
    imp(obj);
    
    // 返回对象
    return obj;
}   
    
id alloc(Class cls) {
    id obj = malloc(sizeof(struct objc_object));
    obj->isa = cls;
    return obj;
}

id init(id obj) {
    obj->varsLayout = xxx;
}   

总结

• 总的来说，全局维护一张类表，存放类方法、实例方法、实例变量的元信息等。程序加载阶段会初始化这张表。运行阶段，也可以通过addMethod、class_replaceMethod、class_addIvar、class_addProtocol、class_addProperty等接口动态修改这张表。
  ### 参考
• ObjCRuntimeGuide
• runtime源码
• Objective-C 的动态提示和技巧
• NSObject的load和initialize方法
• associated-objects