iOS运行时基础

张国文

摘 要：通过笔者多年i0S应用开发的经验，就i0S应用开发的运行时机制做一个浅析，从运行时机制是什么，到运行时机制的基本原理，与运行时交互的方式，及运行时中的数据结构，为希望从事iOS开发的朋友打开一扇门。

关键词：RunTime;运行时机制;动态调用

RunTime简称运行时。OC就是运行时机制，也就是在运行时候的一些机制，其中最主要的是消息机制。对于C语言，函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数。对于OC的函数，属于动态调用过程，在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数，只有在真正运行的时候才会根据函数的名称找到对应的函数来调用。

1 怎么理解OC是动态语言，Runtime又是什么？

静态语言：如C语言，编译阶段就要决定调用哪个函数，如果函数未实现就会编译报错。

动态语言：如OC语言，编译阶段并不能决定真正调用哪个函数，只要函数声明过即使没有实现也不会报错。

我们常说OC是一门动态语言，就是因为它总是把一些决定性的工作从编译阶段推迟到运行时阶段。OC代码的运行不仅需要编译器，还需要运行时系统（Runtime Sytem）来执行编译后的代码。

Runtime是一套底层纯C语言API，OC代码最终都会被编译器转化为运行时代码，通过消息机制决定函数调用方式，这也是OC作为动态语言使用的基础。

2 理解消息机制的基本原理

OC的方法调用都是类似[receiver selector]的形式，其实每次都是一个运行时消息发送过程。

第一步：编译阶段

[receiver selector]方法被编译器转化，分为两种情况：

（1）不带参数的方法被编译为：objc_msgSend（receiver，selector）

（2）带参数的方法被编译为：objc_msgSend（recevier，selector，org1，org2，…）

第二步：运行时阶段

消息接收者recever寻找对应的selector，也分为两种情况：

（1）接收者能找到对应的selector，直接执行接收receiver对象的selector方法。

（2）接收者找不到对应的selector，消息被转发或者临时向接收者添加这个selector对应的实现内容，否则崩溃。

3 与Runtime的交互

Runtime的官方文档中将OC与Runtime的交互划分三种层次：OC源代码，NSObject方法，Runtime 函数。这其实也是按照与Runtime交互程度从低到高排序的三种方式。

3.1 OC源代码（Objec-C Source Code）

我们已经说过，OC代码会在编译阶段被编译器转化。OC中的类、方法和协议等在Runtime中都由一些数据结构来定义。所以，我们平时直接使用OC编写代码，其实这已经是在和Runtime进行交互了，只不过这个过程对于我们来说是无感的。

3.2 NSObject方法（NSObject Methods）

Runtime的最大特征就是实现了OC语言的动态特性。作为大部分Objective-C类继承体系的根类的NSObject，其本身就具有了一些非常具有运行时动态特性的方法，比如respondsToSelector：方法可以检查在代码运行阶段当前对象是否能响应指定的消息，所以使用这些方法也算是一种与Runtme的交互方式。

3.3 使用Runtime函数（Runtime Functions）

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。頭文件存放于/usr/include/objc目录下。在我们工程代码里引用Runtime的头文件，同样能够实现类似OC代码的效果。

4 深入理解Rutime消息发送

我们在分析了OC语言对应的底层C结构之后，现在可以进一步理解运行时的消息发送机制。先前讲到，OC调用方法被编译转化为如下的形式：

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

其实，除了常见的objc_msgSend，消息发送的方法还有objc_msgSend_stret，objc_msgSendSuper，objc_msgSendSuper_stret等，如果消息传递给超类就使用带有super的方法，如果返回值是结构体而不是简单值就使用带有stret的值。

5 最后总结

通过iOS的runtime机制，可以更加灵活的进行开发和调试。

参考文献

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

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