iOS運行時基礎

張國文

摘 要：通過筆者多年i0S應用開發的經驗，就i0S應用開發的運行時機制做一個淺析，從運行時機制是什么，到運行時機制的基本原理，與運行時交互的方式，及運行時中的數據結構，為希望從事iOS開發的朋友打開一扇門。

關鍵詞：RunTime;運行時機制;動態調用

RunTime簡稱運行時。OC就是運行時機制，也就是在運行時候的一些機制，其中最主要的是消息機制。對于C語言，函數的調用在編譯的時候會決定調用哪個函數。對于OC的函數，屬于動態調用過程，在編譯的時候并不能決定真正調用哪個函數，只有在真正運行的時候才會根據函數的名稱找到對應的函數來調用。

1 怎么理解OC是動態語言，Runtime又是什么？

靜態語言：如C語言，編譯階段就要決定調用哪個函數，如果函數未實現就會編譯報錯。

動態語言：如OC語言，編譯階段并不能決定真正調用哪個函數，只要函數聲明過即使沒有實現也不會報錯。

我們常說OC是一門動態語言，就是因為它總是把一些決定性的工作從編譯階段推遲到運行時階段。OC代碼的運行不僅需要編譯器，還需要運行時系統（Runtime Sytem）來執行編譯后的代碼。

Runtime是一套底層純C語言API，OC代碼最終都會被編譯器轉化為運行時代碼，通過消息機制決定函數調用方式，這也是OC作為動態語言使用的基礎。

2 理解消息機制的基本原理

OC的方法調用都是類似[receiver selector]的形式，其實每次都是一個運行時消息發送過程。

第一步：編譯階段

[receiver selector]方法被編譯器轉化，分為兩種情況：

（1）不帶參數的方法被編譯為：objc_msgSend（receiver，selector）

（2）帶參數的方法被編譯為：objc_msgSend（recevier，selector，org1，org2，…）

第二步：運行時階段

消息接收者recever尋找對應的selector，也分為兩種情況：

（1）接收者能找到對應的selector，直接執行接收receiver對象的selector方法。

（2）接收者找不到對應的selector，消息被轉發或者臨時向接收者添加這個selector對應的實現內容，否則崩潰。

3 與Runtime的交互

Runtime的官方文檔中將OC與Runtime的交互劃分三種層次：OC源代碼，NSObject方法，Runtime 函數。這其實也是按照與Runtime交互程度從低到高排序的三種方式。

3.1 OC源代碼（Objec-C Source Code）

我們已經說過，OC代碼會在編譯階段被編譯器轉化。OC中的類、方法和協議等在Runtime中都由一些數據結構來定義。所以，我們平時直接使用OC編寫代碼，其實這已經是在和Runtime進行交互了，只不過這個過程對于我們來說是無感的。

3.2 NSObject方法（NSObject Methods）

Runtime的最大特征就是實現了OC語言的動態特性。作為大部分Objective-C類繼承體系的根類的NSObject，其本身就具有了一些非常具有運行時動態特性的方法，比如respondsToSelector：方法可以檢查在代碼運行階段當前對象是否能響應指定的消息，所以使用這些方法也算是一種與Runtme的交互方式。

3.3 使用Runtime函數（Runtime Functions）

Runtime系統是一個由一系列函數和數據結構組成，具有公共接口的動態共享庫。頭文件存放于/usr/include/objc目錄下。在我們工程代碼里引用Runtime的頭文件，同樣能夠實現類似OC代碼的效果。

4 深入理解Rutime消息發送

我們在分析了OC語言對應的底層C結構之后，現在可以進一步理解運行時的消息發送機制。先前講到，OC調用方法被編譯轉化為如下的形式：

id _Nullable objc_msgSend（id _Nullable self，SEL _Nonnull op，…）

其實，除了常見的objc_msgSend，消息發送的方法還有objc_msgSend_stret，objc_msgSendSuper，objc_msgSendSuper_stret等，如果消息傳遞給超類就使用帶有super的方法，如果返回值是結構體而不是簡單值就使用帶有stret的值。

5 最后總結

通過iOS的runtime機制，可以更加靈活的進行開發和調試。

參考文獻

[1]Matt Galloway [Effective Objective-C 2.0] 2014.

[2]Vandad Nahavandipoor [iOS 7 Programming Cookbook]2013.