### Objective-C_Runtime 运行机制详解
#### 一、Objective-C 概览
Objective-C是一种结合了C语言和Smalltalk面向对象技术的编程语言。它最初由Brad Cox和Tom Love在1980年代初开发，并由Stepstone公司进一步发展。后来被苹果公司在1988年收购并成为其开发iOS和macOS应用的主要语言之一。
Objective-C具有高度的动态性，这种动态性主要体现在它的运行时（runtime）系统上。Objective-C的所有特性，包括动态消息传递、类和对象的创建与管理等，都是通过运行时系统来实现的。
#### 二、Objective-C 版本
Objective-C经历了两个主要版本：
1. **Objective-C 1.0 (Legacy)**：这是早期的版本，主要在macOS早期版本中使用。
2. **Objective-C 2.0 (Modern, OS X v10.5 和 iOS)**：这一版本引入了许多新的特性，如garbage collection (虽然在现代iOS中已不再支持)、block支持等，并且在后续版本中持续改进。
#### 三、Objective-C与Runtime System的交互层次
Objective-C通过三种不同的方式与运行时系统进行交互：
1. **Objective-C源代码**：这是开发者最常用的交互方式，通过编写Objective-C代码来实现功能。
2. **直接调用运行时函数**：开发者可以通过直接调用Objective-C运行时库中的函数来实现某些高级特性或调试目的。
3. **继承NSObject或NSProxy**：大多数Objective-C对象都是通过继承`NSObject`类来实现的，这使得它们自动获得了运行时系统的支持。
#### 四、Objective-C 类的布局
在Objective-C中，一个类的实例主要由两部分组成：
1. **`objc_class *Class;`**：这是类的指针类型，用于表示Objective-C中的类。
2. **`struct objc_object`**：这是Objective-C对象的基本结构体。
对于`Objective-C 2.0`版本中的类，真实的定义更加复杂。例如，在`class_rw_t`结构体中包含了类的方法列表、属性列表以及其他相关信息。
#### 五、Messaging 机制
Objective-C的一个关键特性是动态消息传递。所有的方法调用最终都会转换为对`objc_msgSend`簇函数的调用。这些函数是Objective-C运行时系统的核心，负责处理消息的发送和接收。
常见的`objc_msgSend`簇函数包括：
- `id objc_msgSend(id self, SEL op, ...);`
- `double objc_msgSend_fpret(id self, SEL op, ...);`
- `long double objc_msgSend_fp2ret(id self, SEL op, ...);`
- `void objc_msgSend_stret(id self, SEL op, ...);`
- `id objc_msgSendSuper(struct objc_super *super, SEL op, ...);`
- `void objc_msgSendSuper_stret(struct objc_super *super, SEL op, ...);`
#### 六、Class 和 Method 的表示
在Objective-C中，类是由`Class`类型表示的，而方法则是通过`method_list_t`和`method_t`来定义的。
- **Class**: 表示Objective-C中的类，包含类名、父类指针、实例变量列表、方法列表等信息。
- **method_list_t**: 定义了方法列表的结构体。
- **method_t**: 表示一个具体的方法，包括方法选择器、实现函数等信息。
#### 七、SEL 与 @selector
`SEL`类型用于表示方法选择器。在Objective-C内部，`SEL`实际上是一个C字符串（即`char *`），但在外部则被抽象为`struct objc_selector *`。`@selector`则是Objective-C提供的一种语法糖，用于创建`SEL`类型的值。
- **为何不直接使用C字符串？**
- 直接使用C字符串会导致编译器无法检测到选择器的拼写错误。
- 使用`@selector`可以确保选择器名称的正确性，并允许编译器进行静态类型检查。
#### 八、总结
Objective-C的运行时系统是其强大功能的核心。通过运行时系统，Objective-C实现了动态的消息传递机制、灵活的类和方法定义等功能。理解Objective-C的运行时系统对于深入掌握Objective-C编程至关重要。无论是从性能优化还是调试的角度来看，了解Objective-C的底层实现都是十分有益的。
