Objective-C runtime机制(1)——基本数据结构:objc_object & objc_class_objective-c runtime objc_object isa

前言

从本篇文章开始，就进入runtime的正篇。关于runtime的源码，大家可以在github中下载：

Runtime源码

什么是runtime？

OC是一门动态语言，与C++这种静态语言不同，静态语言的各种数据结构在编译期已经决定了，不能够被修改。而动态语言却可以使我们在程序运行期，动态的修改一个类的结构，如修改方法实现，绑定实例变量等。

OC作为动态语言，它总会想办法将静态语言在编译期决定的事情，推迟到运行期来做。所以，仅有编译器是不够的，它需要一个运行时系统(runtime system)，这也就是OC的runtime系统的意义，它是OC运行框架的基石。

与Runtime交互

我们的OC语言是离不开runtime的。我们会在三个层次上和runtime进行交互，分别是：OC源码，通过Foundation框架定义的NSObject方法，直接调用runtime提供的接口方法。

• OC源码：大多数情况下，我们仅使用OC语言来编写代码，如NSObject，类属性，中括号的方法调用，协议，分类等。而这一切的背后，都是由runtime来支持的。我们平常所熟知的各种类型，背后都有runtime对应的C语言结构体，及C和汇编实现。
• NSObject: Cocoa中大部分类均继承于NSObject，因此大多数类都继承了NSObject所提供的方法。在NSObject中，有若干方法是运行时动态决定结果的，这背后其实是runtime系统对应数据结构的支持。如isKindOfClass和isMemberOfClass 检查类是否属于指定的Class的继承体系中；responderToSelector 检查对象是否能响应指定的消息；conformsToProtocol 检查对象是否遵循某个协议；methodForSelector返回指定方法实现的地址。
• Runtime函数：Runtime 系统是一个由一系列函数和数据结构组成，具有公共接口的动态共享库。头文件存放于/usr/include/objc目录下。许多函数允许你用纯C代码来重复实现 Objc 中同样的功能。虽然有一些方法构成了NSObject类的基础，但是你在写 Objc 代码时一般不会直接用到这些函数的，除非是写一些 Objc 与其他语言的桥接或是底层的debug工作。在Objective-C Runtime Reference 中有对 Runtime 函数的详细文档。

就如在我们在前传篇中提到的，所谓的runtime黑魔法，只是基于OC各种底层数据结构上的应用。

因此，要想了解runtime，就要先了解runtime中定义的各种数据结构。我们先从最基础的objc_object和objc_class开始。

从NSObject说起

我们知道，在OC中，基本上所有的类的基类，都是NSObject。因此要深入了解OC中的类的结构，就要从NSObject这个类说起。

在XCode中，我们可以通过查看定义来了解NSObject的实现：

@interface NSObject <NSObject> {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}

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NSObject仅有一个实例变量Class isa：

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;
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Class实质上是指向objc_class的指针。而objc_class的定义又是如何呢，在XCode中，我们继续查看定义：

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_
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