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http://chun.tips/blog/2014/11/05/bao-gen-wen-di-objective%5Bnil%5Dc-runtime-(2)%5Bnil%5D-object-and-class-and-meta-class/
刨根问底Objective－C Runtime（1）－ Self & Super
刨根问底Objective－C Runtime（2）－ Object & Class & Meta Class
刨根问底Objective－C Runtime（3）－ 消息和Category
刨根问底Objective－C Runtime（4）- 成员变量与属性
刨根问底Objective－C Runtime（1）－ Self & Super
下面的代码输出什么？
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@implementation Son : Father
- (id)init
{
self = [super init];
if (self)
{
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
}
return self;
}
@end
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答案：都输出 Son
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2014-11-05 11:06:18.060 Test[8566:568584] NSStringFromClass([self class]) = Son
2014-11-05 11:06:18.061 Test[8566:568584] NSStringFromClass([super class]) = Son
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解惑：这个题目主要是考察关于objc中对 self 和 super 的理解。
self 是类的隐藏参数，指向当前调用方法的这个类的实例。而 super 是一个 Magic Keyword， 它本质是一个编译器标示符，和 self 是指向的同一个消息接受者。上面的例子不管调用[self class]还是[super class]，接受消息的对象都是当前 Son ＊xxx 这个对象。而不同的是，super是告诉编译器，调用 class 这个方法时，要去父类的方法，而不是本类里的。
当使用 self 调用方法时，会从当前类的方法列表中开始找，如果没有，就从父类中再找；而当使用 super 时，则从父类的方法列表中开始找。然后调用父类的这个方法。
真的是这样吗？继续看：
使用clang重写命令:
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$ clang -rewrite-objc test.m
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发现上述代码被转化为:
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NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_a5cecc_mi_0, NSStringFromClass(((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("class"))));
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_a5cecc_mi_1, NSStringFromClass(((Class (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){ (id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("Son")) }, sel_registerName("class"))));
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从上面的代码中，我们可以发现在调用 [self class] 时，会转化成 objc_msgSend函数。看下函数定义：
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id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
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我们把 self 做为第一个参数传递进去。
而在调用 [super class]时，会转化成 objc_msgSendSuper函数。看下函数定义:
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id objc_msgSendSuper(struct objc_super *super, SEL op, ...)
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第一个参数是 objc_super 这样一个结构体，其定义如下:
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struct objc_super {
__unsafe_unretained id receiver;
__unsafe_unretained Class super_class;
};
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结构体有两个成员，第一个成员是 receiver, 类似于上面的 objc_msgSend函数第一个参数self 。第二个成员是记录当前类的父类是什么。
所以，当调用 ［self class] 时，实际先调用的是 objc_msgSend函数，第一个参数是 Son当前的这个实例，然后在 Son 这个类里面去找 - (Class)class这个方法，没有，去父类 Father里找，也没有，最后在 NSObject类中发现这个方法。而 - (Class)class的实现就是返回self的类别，故上述输出结果为 Son。
objc Runtime开源代码对- (Class)class方法的实现:
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- (Class)class {
return object_getClass(self);
}
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而当调用 [super class]时，会转换成objc_msgSendSuper函数。第一步先构造 objc_super 结构体，结构体第一个成员就是 self 。第二个成员是 (id)class_getSuperclass(objc_getClass(“Son”)) , 实际该函数输出结果为 Father。第二步是去 Father这个类里去找- (Class)class，没有，然后去NSObject类去找，找到了。最后内部是使用 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))去调用，此时已经和[self class]调用相同了，故上述输出结果仍然返回 Son。
刨根问底Objective－C Runtime（2）－ Object & Class & Meta Clas
本篇笔记主要是讲述objc runtime中关于Object & Class & Meta Class的细节。
习题内容
下面代码的运行结果是?
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@interface Sark : NSObject
@end
@implementation Sark
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
BOOL res1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
BOOL res2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
BOOL res3 = [(id)[Sark class] isKindOfClass:[Sark class]];
BOOL res4 = [(id)[Sark class] isMemberOfClass:[Sark class]];
NSLog(@"%d %d %d %d", res1, res2, res3, res4);
}
return 0;
}
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运行结果为：
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2014-11-05 14:45:08.474 Test[9412:721945] 1 0 0 0
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这里先看几个概念
什么是 id
id 在 objc.h 中定义如下:
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typedef struct objc_object *id;
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就像注释中所说的这样 id 是指向一个 objc_object 结构体的指针。
id 这个struct的定义本身就带了一个 *, 所以我们在使用其他NSObject类型的实例时需要在前面加上 *， 而使用 id 时却不用。
那么objc_object又是什么呢
objc_object 在 objc.h 中定义如下:
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struct objc_object {
Class isa;
};
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这个时候我们知道Objective-C中的object在最后会被转换成C的结构体，而在这个struct中有一个 isa 指针，指向它的类别 Class。
那么什么是Class呢
在 objc.h 中定义如下:
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typedef struct objc_class *Class;
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我们可以看到 Class本身指向的也是一个C的struct objc_class。
继续看在runtime.h中objc_class定义如下:
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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;
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该结构体中，isa 指向所属Class， super_class指向父类别。
继续看
下载objc源代码，在 objc-runtime-new.h 中，我们发现 objc_class有如下定义:
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struct objc_class : objc_object {
Class superclass;
...
...
}
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豁然开朗，我们看到在Objective-C的设计哲学中，一切都是对象。Class在设计中本身也是一个对象。而这个Class对象的对应的类，我们叫它 Meta Class。即Class结构体中的 isa 指向的就是它的 Meta Class。
Meta Class
根据上面的描述，我们可以把Meta Class理解为 一个Class对象的Class。简单的说：
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当我们发送一个消息给一个NSObject对象时，这条消息会在对象的类的方法列表里查找
当我们发送一个消息给一个类时，这条消息会在类的Meta Class的方法列表里查找
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而 Meta Class本身也是一个Class，它跟其他Class一样也有自己的 isa 和 super_class 指针。看下图：
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每个Class都有一个isa指针指向一个唯一的Meta Class
-
每一个Meta Class的isa指针都指向最上层的Meta Class（图中的NSObject的Meta Class）
-
最上层的Meta Class的isa指针指向自己，形成一个回路
-
每一个Meta Class的super class指针指向它原本Class的 Super Class的Meta Class。但是最上层的Meta Class的 Super Class指向NSObject Class本身
-
最上层的NSObject Class的super class指向 nil
解惑
为了更加清楚的知道整个函数调用过程，我们使用clang -rewrite-objc main.m重写，可获得如下代码：
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BOOL res1 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")), sel_registerName("isKindOfClass:"), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")));
BOOL res2 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")), sel_registerName("isMemberOfClass:"), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")));
BOOL res3 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Sark"), sel_registerName("class")), sel_registerName("isMemberOfClass:"), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")));
BOOL res4 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Sark"), sel_registerName("class")), sel_registerName("isMemberOfClass:"), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")));
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先看前两个调用：
-
最外层是 objc_msgSend函数，转发消息。
-
函数第一个参数是 (id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class"))
-
函数第二个参数是转发的selector
-
函数第三个参数是 ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class"))
我们注意到第一个参数和第三个参数对应重写的是[NSObject class]，即使用objc_msgSend向 NSObject Class 发送 @selector(class) 这个消息
打开objc源代码，在 Object.mm 中发现+ (Class)class实现如下:
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+ (Class)class {
return self;
}
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所以即返回Class类的对象本身。看如下输出:
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NSLog(@"%p", [NSObject class]);
NSLog(@"%p", [NSObject class]);
2014-11-05 18:48:30.939 Test[11682:865988] 0x7fff768d40f0
2014-11-05 18:48:30.940 Test[11682:865988] 0x7fff768d40f0
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继续打开objc源代码，在 Object.mm 中，我们发现 isKindOfClass的实现如下:
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- (BOOL)isKindOf:aClass
{
Class cls;
for (cls = isa; cls; cls = cls->superclass)
if (cls == (Class)aClass)
return YES;
return NO;
}
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对着上面Meta Class的图和实现，我们可以看出
所以上述第一个输出结果是 YES 。
我们在看下 ‘isMemberOfClass’的实现:
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- (BOOL)isMemberOf:aClass
{
return isa == (Class)aClass;
}
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综上所述，当前的 isa 指向 NSObject 的 Meta Class， 所以和 NSObject Class不相等。
所以上述第二个输出结果为 NO 。
继续看后面两个调用:
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Sark Class 的isa指向的是 Sark的Meta Class，和Sark Class不相等
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Sark Meta Class的super class 指向的是 NSObject Meta Class， 和 Sark Class不相等
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NSObject Meta Class的 super class 指向 NSObject Class，和 Sark Class 不相等
-
NSObject Class 的super class 指向 nil， 和 Sark Class不相等
所以后面两个调用的结果都输出为 NO 。
刨根问底Objective－C Runtime（3）－ 消息 和 Category
本篇笔记主要是讲述objc runtime的 消息和Category。
习题内容
下面的代码会？Compile Error / Runtime Crash / NSLog…?
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@interface NSObject (Sark)
+ (void)foo;
@end
@implementation NSObject (Sark)
- (void)foo
{
NSLog(@"IMP: -[NSObject(Sark) foo]");
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
[NSObject foo];
[[NSObject new] foo];
}
return 0;
}
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答案：代码正常输出，输出结果如下：
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2014-11-06 13:11:46.694 Test[14872:1110786] IMP: -[NSObject(Sark) foo]
2014-11-06 13:11:46.695 Test[14872:1110786] IMP: -[NSObject(Sark) foo]
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使用clang -rewrite-objc main.m重写，我们可以发现 main 函数中两个方法调用被转换成如下代码：
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((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("foo"));
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("new")), sel_registerName("foo"));
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我们发现上述两个方法最终转换成使用 objc_msgSend 函数传递消息。
这里先看几个概念
objc_msgSend函数定义如下:
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id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
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关于 id 的解释请看objc runtime系列第二篇博文： objc runtime中Object & Class & Meta Class的细节
什么是 SEL
打开objc.h文件，看下SEL的定义如下:
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typedef struct objc_selector *SEL;
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SEL是一个指向objc_selector结构体的指针。而 objc_selector 的定义并没有在runtime.h中给出定义。我们可以尝试运行如下代码:
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SEL sel = @selector(foo);
NSLog(@"%s", (char *)sel);
NSLog(@"%p", sel);
const char *selName = [@"foo" UTF8String];
SEL sel2 = sel_registerName(selName);
NSLog(@"%s", (char *)sel2);
NSLog(@"%p", sel2);
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输出如下:
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2014-11-06 13:46:08.058 Test[15053:1132268] foo
2014-11-06 13:46:08.058 Test[15053:1132268] 0x7fff8fde5114
2014-11-06 13:46:08.058 Test[15053:1132268] foo
2014-11-06 13:46:08.058 Test[15053:1132268] 0x7fff8fde5114
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Objective-C在编译时，会根据方法的名字生成一个用来区分这个方法的唯一的一个ID。只要方法名称相同，那么它们的ID就是相同的。
两个类之间，不管它们是父类与子类的关系，还是之间没有这种关系，只要方法名相同，那么它的SEL就是一样的。每一个方法都对应着一个SEL。编译器会根据每个方法的方法名为那个方法生成唯一的SEL。这些SEL组成了一个Set集合，当我们在这个集合中查找某个方法时，只需要去找这个方法对应的SEL即可。而SEL本质是一个字符串，所以直接比较它们的地址即可。
当然，不同的类可以拥有相同的selector。不同类的实例对象执行相同的selector时，会在各自的方法列表中去根据selector去寻找自己对应的IMP。
那么什么是IMP呢
继续看定义:
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typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);
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IMP本质就是一个函数指针，这个被指向的函数包含一个接收消息的对象id，调用方法的SEL，以及一些方法参数，并返回一个id。因此我们可以通过SEL获得它所对应的IMP，在取得了函数指针之后，也就意味着我们取得了需要执行方法的代码入口，这样我们就可以像普通的C语言函数调用一样使用这个函数指针。
那么 objc_msgSend 到底是怎么工作的呢？
在Objective-C中，消息直到运行时才会绑定到方法的实现上。编译器会把代码中[target doSth]转换成 objc_msgSend消息函数，这个函数完成了动态绑定的所有事情。它的运行流程如下:
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检查selector是否需要忽略。(ps: Mac开发中开启GC就会忽略retain,release方法。)
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检查target是否为nil。如果为nil，直接cleanup，然后return。(这就是我们可以向nil发送消息的原因。)
-
然后在target的Class中根据Selector去找IMP
寻找IMP的过程:
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先从当前class的cache方法列表（cache methodLists）里去找
-
找到了，跳到对应函数实现
-
没找到，就从class的方法列表（methodLists）里找
-
还找不到，就到super class的方法列表里找，直到找到基类(NSObject)为止
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最后再找不到，就会进入动态方法解析和消息转发的机制。(这部分知识，下次再细谈)
那么什么是方法列表呢？
上一篇博文中提到了objc_class结构体定义，如下：
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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;
struct objc_method_list {
struct objc_method_list *obsolete OBJC2_UNAVAILABLE;
int method_count OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
struct objc_method method_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
}
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1) objc_method_list 就是用来存储当前类的方法链表，objc_method存储了类的某个方法的信息。
Method
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typedef struct objc_method *Method;
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Method 是用来代表类中某个方法的类型，它实际就指向objc_method结构体，如下:
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struct objc_method {
SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;
} OBJC2_UNAVAILABLE;
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method_types是个char指针，存储着方法的参数类型和返回值类型。
SEL 和 IMP 就是我们上文提到的，所以我们可以理解为objc_class中 method list保存了一组SEL<->IMP的映射。
2）objc_cache 用来缓存用过的方法，提高性能。
Cache
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typedef struct objc_cache *Cache OBJC2_UNAVAILABLE;
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实际指向objc_cache结构体，如下:
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struct objc_cache {
unsigned int mask OBJC2_UNAVAILABLE;
unsigned int occupied OBJC2_UNAVAILABLE;
Method buckets[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
};
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mask: 指定分配cache buckets的总数。在方法查找中，Runtime使用这个字段确定数组的索引位置
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occupied: 实际占用cache buckets的总数
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buckets: 指定Method数据结构指针的数组。这个数组可能包含不超过mask+1个元素。需要注意的是，指针可能是NULL，表示这个缓存bucket没有被占用，另外被占用的bucket可能是不连续的。这个数组可能会随着时间而增长。
objc_msgSend每调用一次方法后，就会把该方法缓存到cache列表中，下次的时候，就直接优先从cache列表中寻找，如果cache没有，才从methodLists中查找方法。
说完了 objc_msgSend， 那么题目中的Category又是怎么工作的呢?
继续看概念
我们知道Catagory可以动态地为已经存在的类添加新的方法。这样可以保证类的原始设计规模较小，功能增加时再逐步扩展。在runtime.h中查看定义:
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typedef struct objc_category *Category;
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同样也是指向一个 objc_category 的C 结构体，定义如下:
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struct objc_category {
char *category_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char *class_name OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list *instance_methods OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list *class_methods OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
} OBJC2_UNAVAILABLE;
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通过上面的结构体，大家可以很清楚的看出存储的内容。我们继续往下看，打开objc源代码，在 objc-runtime-new.h中我们可以发现如下定义:
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struct category_t {
const char *name;
clas-s-ref_t cls;
struct method_list_t *instanceMethods;
struct method_list_t *classMethods;
struct protocol_list_t *protocols;
struct property_list_t *instanceProperties;
};
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上面的定义需要提到的地方有三点:
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name 是指 class_name 而不是 category_name
-
cls是要扩展的类对象，编译期间是不会定义的，而是在Runtime阶段通过name对应到对应的类对象
-
instanceProperties表示Category里所有的properties，这就是我们可以通过objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject增加实例变量的原因，不过这个和一般的实例变量是不一样的
为了验证上述内容，我们使用clang -rewrite-objc main.m重写，题目中的Category被编译器转换成了这样:
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static void _I_NSObject_Sark_foo(NSObject * self, SEL _cmd) {
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_dd1ee3_mi_0);
}
static struct _category_t _OBJC_$_CATEGORY_NSObject_$_Sark __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) =
{
"NSObject",
0,
(const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_NSObject_$_Sark,
0,
0,
0,
};
static struct _category_t *L_OBJC_LABEL_CATEGORY_$ [1] __attribute__((used, section ("__DATA, __objc_catlist,regular,no_dead_strip")))= {
&_OBJC_$_CATEGORY_NSObject_$_Sark,
};
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_OBJC_$_CATEGORY_NSObject_$_Sark是按规则生成的字符串，我们可以清楚的看到是NSObject类,且Sark是NSObject类的Category
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_category_t结构体第二项 clas-s-ref_t 没有数据，验证了我们上面的说法
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由于题目中只有 - (void)foo方法，所以结构体中存储的list只有第三项instanceMethods被填充。
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_I_NSObject_Sark_foo代表了Category的foo方法，I表示实例方法
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最后这个类的Category生成了一个数组，存在了__objc_catlist里，目前数组的内容只有一个&_OBJC_$_CATEGORY_NSObject_$_Sark
最终这些Category里面的方法是如何被加载的呢?
1.打开objc源代码，找到 objc-os.mm, 函数_objc_init为runtime的加载入口，由libSystem调用，进行初始化操作。
2.之后调用objc-runtime-new.mm -> map_images加载map到内存
3.之后调用objc-runtime-new.mm->_read_images初始化内存中的map, 这个时候将会load所有的类，协议还有Category。NSOBject的+load方法就是这个时候调用的
这里贴上Category被加载的代码：
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客服电话
APP下载
官方微信
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