内容列表

• 对象模型(结构定义，类对象、元类和实例对象的关系)
• 消息传递和转发机制
• runtime系统功能理解

对象模型

结构定义

对象（Object）: OC中基本构造单元 （building block），用于存储和传递数据。

可以在objc.h的文件中查找到对象结构的定义，如下所示即对象结构为Class类型的isa,而Class是 objc_class结构类型指针。objc_class即我们理解的类对象结构，其也包含一个isa类对象结构指针。

类和对象的最终实现都是一种数据结构，（subclass is an instance of superclass）

• 对象结构

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

• id类型定义

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;

• Class类型定义

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

• 类（对象）结构

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;

类（类对象）、元类（元类对象）和实例对象的关系

一个完整的类应该包括类方法、实例方法和成员变量（实例变量), 每个对象都包括一个isa（is a class）指针指向类对象（运行时方法发送给对象消息，才确定类别并调用相应的方法实现），类对象结构中记载了类的所有信息。

类对象的isa指向元类对象（meta class），类对象中的方法列表是实例方法（－， instance methods）， 元类对象中的方法列表是类方法（＋， class methods）

• 可以这么理解：
  

  类包括类对象和元类对象,它们通过类对象结构定义，构成类的所有信息。在定义实例对象的时候，并不会进行任何存储空间（堆）分配，直到调用类方法alloc函数和实例方法init函数实现实例对象在堆中的结构存储分配，并将isa指向其类对象，父类成员变量和对应类对象成员变量初始化为0或nil

• 测试代码

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
@interface AClass : NSObject
{
    int a;
    char cA;
}

- (void)printA;

@end

@implementation AClass

- (void)printA
{
    NSLog(@"I am class A~");
}

@end

@interface BClass : AClass
{
    int b;
    char cB;
}

- (void)printB;

@end

@implementation BClass

- (void)printB
{
    NSLog(@"I am class B~");
}

@end


// ---------- main ----------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // ＊＊＊＊＊＊对象模型初探＊＊＊＊＊＊
        AClass *a = [[AClass alloc] init];
        BClass *b = [[BClass alloc] init];
        BClass *b1;
        [a printA];
        [b printB];
        }
        return 0;
 }

• 查看对象变量结构（通过设置断点进入Debug模式查看）

• 类对象、元类和实例对象的isa指针调用图示（subclass is a instance of superclass）

(1) Root class 是NSObject， NSObject没有超类，superclass －> nil

(2) 每个类对象都有一个isa指向唯一的Meta class

(3) 每个元类对象的 isa指针都指向 NSObject的元类对象

消息传递和转发机制

消息传递（Messaging）： 在对象之间传递数据并执行任务的过程

Objective－C基于C语言加入了面向对象特性和消息转发机制的动态语言，除编译器外还需要用Runtime系统来动态创建类和对象进行消息发送和转发。

不同语言有不同函数传递方法，C语言 － 函数指针，C++ － 函数调用（引用）类成员函数在编译时候就确定了其所属类别， Objective－C 通过选择器和block。

Objective－C强调消息传递而非方法调用。可以向一个对象传递消息，且不需要再编译期声明这些消息的处理方法。这些方法在运行时才确定。运行时（runtime）具体功能将在下面介绍。

［receiver message］；
并不会马上执行 receiver 对象的 message方法的代码，而是向receiver发送一条message消息，该句话被编译器转化为：

id obj_msgSend(id self, SEL op, …);

PS: 消息调用函数还存在特殊情况，如其他函数
objc_msgSend_stret //待发送消息返回结构体
objc_msgSend_fpret //返回浮点数
objc_msgSendSuper //给超类发消息

SEL 表示方法选择器，结构如下： typedef struct objc_selector＊SEL；, 可通过关键字@selector()获得

id 数据结构在第一部分:对象模型中已经有定义。

obj_msgSend 发消息流程：

• 根据receiver 对象的isa类对象指针获取对应的class(类对象);
• 优先在类对象的cache（fast map）查找message方法，Not find －>再到methodLists（类中的调度表，用于映射方法和实际内存地址，同时类中还包括指向父类的指针）查找；
• 如果没有在class象里找到，再到super_class查找；
• 如果找到message这个方法，执行它的实现IMP
• 如果找不到消息，则执行消息转发（message forwarding）

Method数据结构 runtime.h头文件中定义：

typedef struct objc_method *Method;
struct objc_method {
          SEL method_name; // 特殊的字符串，描述方法名， 可以通过关键字 @selector( ) 获取
          char *method_types;
          IMP method_imp;
}

PS:消息转发分为两大阶段即动态添加方法解析（dynamic method resolution）和完整的消息转发机制（full forward mechanism）

runtime系统功能理解

runtime : 程序运行后，提供相关支持的代码叫做OC运行期环境（OC runtime），它提供了对象间传递消息的重要函数（比如objc_msgSend）,并且包含创建类实例所用的全部逻辑（即创建实例对象的存储结构和空间，包括isa指向“类对象”的指针）

runtime系统是一个用C语言编写动态链接库，核心是消息分发。Runtime机制包括对象模型，消息传递和转发，方法实现机制和其他运行时方法，可以实现动态创建修改类对象和对象等功能，消息传递和转发，方法动态实现，Method Swizzling等功能。

参考资源

Effective Objective-C 2.0
Objective-C的对象模型与运行时
深入理解Objective-C的Runtime机制
Objective-C的动态特性