iOS底层探索之Runtime(一):运行时&方法的本质_ios运行时

1. 回顾

在之前的几篇博客里面，已经对OC类的底层结构进行了分析，并对内部主要的成员变量(isa/bits)做了详细的分析。在上两个博客
iOS底层探索之类的结构—cache分析(上)
iOS底层探索之类的结构—cache分析(下)

对类中的cache做了比较详细的分析。后面通过断点查看汇编可以发现在insert方法调用流程之前，还有一个cache读取流程，objc_msgSend和 cache_getImp。这就涉及到Runtime的知识点了，之前的内容都是承上启下的，是互相关联的。

2. Runtime

2.1 什么是Runtime

runtime翻译过来称为运行时，与之对应的是编译时。大部分的iOS开发人员，都听过runtime这个词，也知道运行时。但只是停留在表面，只是知道而已，并没有去深入的去探索和分析过。

OC语言是一门动态语言，拥有动态语言的三大特性：动态类型、动态绑定、动态加载。而底层实现就是熟悉又陌生的Runtime。

• 运行时是一种面向对象的编程语言（面向对象编程）的运行环境。运行时表明了在某个时间段内，哪个程序正在运行。运行时是计算机程序运行生命周期内的一个阶段，其它阶段还包括：编译时、链接时和加载时。简单理解就是， 代码跑起来，被装载到内存中的过程。(你的代码保存在磁盘上没装入内存之前是个死家伙，只有跑到内存中才变成活的)。
• 编译时顾名思义就是正在编译的时候。那什么叫编译呢?就是编译器帮你把源代码翻译成机器能识别的二进制代码 。
• (当然只是一般意义上这么说,实际上可能只是翻译成某个中间状态的语言。比如 Java 只有JVM识别的字节码，C#中只有CLR能识别的MSIL。另外还有链接器、汇编器、为了了便于理解我们可以统称为编译器)
• 那编译时就是简单的作一些翻译工作，比如检查老兄你有没有粗心写错啥关键字了。
• 词法分析,语法分析之类的过程。就像个老师检查学生的作文中有没有错别字和病句一样 。
• 如果发现啥错误编译器就告诉你，平时使用Xcode时,点下build那就开始编译。
• 如果下面有errors或者warning信息，那都是编译器检查出来的。这时的错误就叫编译时错误，这个过程中做的类型检查也就叫编译时类型检查，或静态类型检查(所谓静态嘛就是没把真把代码放内存中运行起来,而只是把代码当作文本来扫描下)。
  

2.2 runtime的使用的三种方式

runtime的使用的三种方式，其三种实现方法与编译层和底层的关系如图所示

• 通过OC上层的代码实现，例如 [JPerson hello]

• 通过NSObject方法实现，例如isKindOfClass

• 通过Runtime API底层方法实现，例如class_getInstanceSize
  

图中的compiler就是编译器，就是我们熟悉的LLVM

3. OC方法的本质

在之前的一篇博客iOS开发之结构体底层探索我们知道平时写的OC代码，底层实现其实都是C/C++的代码实现的，再经过编译器LLVM编译，最终转化为机器语言。
通过clang编译的源码，理解了OC对象的本质(结构体)，同样的，我们也可以使用clang命令编译成main.cpp文件，看看方法的本质是什么？

3.1 objc_msgSend

• 编译前

@interface JPPerson : NSObject
@property (nonatomic, readwrite , copy) NSString *personName;
- (void)superTest;
@end

@implementation JPPerson
- (void)superTest {
	NSLog(@"这是父类");
}
@end

@interface JPStudent : JPPerson

@property (nonatomic, readwrite , copy) NSString *studentName;
- (void)test;

@end

@implementation JPStudent
- (void)test {
	NSLog(@"%s",__func__);
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
	@autoreleasepool {
		JPStudent *stu = [[JPStudent alloc]init];
		[stu test];
		[stu superTest];
	}
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

• 编译后

int main(int argc, const char * argv[]) {
 /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
  JPStudent *stu = ((JPStudent *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((JPStudent *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("JPStudent"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
	 
  ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)stu, sel_registerName("test"));
  ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)stu, sel_registerName("superTest"));
 }
 return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9

通过上述代码可以看出，OC的方法调用，底层变成了objc_msgSend，也就是我们熟悉的消息发送

我们可以通过模仿objc_msgSend方法来实现，[stu test]的调用

从控制台的输出可以看到，是一模摸一样样。
由此可以断定 [stu test]等价于objc_msgSend(stu,sel_registerName("test"))

注意：

不能直接调用objc_msgSend，需要导入头文件#import <objc/message.h>

需要将target --> Build Setting -->搜索msg – 将enable strict checking of obc_msgSend calls由YES改为NO，将严厉的检查机制关掉，否则objc_msgSend的参数会报错。

• 未导入#import <objc/message.h>

• 启用 objc_msgSend 调用的严格检查，设置为NO

objc_msgSend(消息的接受者,消息的主体(sel + 参数))

3.2 objc_msgSendSuper

在上面