Runtime原理篇

Runtime介绍

Objective-C 扩展了 C 语言，并加入了面向对象特性和 Smalltalk 式的消息传递机制。而这个扩展的核心是一个用 C 和编译语言写的 Runtime 库。它是 Objective-C 面向对象和动态机制的基石。

Objective-C 是一个动态语言，这意味着它不仅需要一个编译器，也需要一个运行时系统来动态得创建类和对象、进行消息传递和转发。理解 Objective-C 的 Runtime 机制可以帮我们更好的了解这个语言，适当的时候还能对语言进行扩展，从系统层面解决项目中的一些设计或技术问题。了解 Runtime ，要先了解它的核心 - 消息传递（Messaging）

Runtime其实有两个版本: “modern” 和 “legacy”。我们现在用的 Objective-C 2.0 采用的是现行 (Modern) 版的 Runtime 系统，只能运行在 iOS 和 macOS 10.5 之后的 64 位程序中。而 macOS 较老的32位程序仍采用 Objective-C 1 中的（早期）Legacy 版本的 Runtime 系统。这两个版本最大的区别在于当你更改一个类的实例变量的布局时，在早期版本中你需要重新编译它的子类，而现行版就不需要。

Runtime 基本是用 C 和汇编写的，可见苹果为了动态系统的高效而作出的努力。你可以在这里下到苹果维护的开源代码。苹果和GNU各自维护一个开源的 runtime 版本，这两个版本之间都在努力的保持一致。
平时的业务中主要是使用官方Api，解决我们框架性的需求。
高级编程语言想要成为可执行文件需要先编译为汇编语言再汇编为机器语言，机器语言也是计算机能够识别的唯一语言，但是OC并不能直接编译为汇编语言，而是要先转写为纯C语言再进行编译和汇编的操作，从OC到C语言的过渡就是由runtime来实现的。然而我们使用OC进行面向对象开发，而C语言更多的是面向过程开发，这就需要将面向对象的类转变为面向过程的结构体。

Runtime消息传递

一个对象的方法像这样[obj foo]，编译器转成消息发送objc_msgSend(obj, foo)，Runtime时执行的流程是这样的：

首先，通过obj的isa指针找到它的 class ;
在 class 的 method list 找 foo ;
如果 class 中没到 foo，继续往它的 superclass 中找 ;
一旦找到 foo 这个函数，就去执行它的实现IMP 。

但这种实现有个问题，效率低。但一个class 往往只有 20% 的函数会被经常调用，可能占总调用次数的 80% 。每个消息都需要遍历一次objc_method_list 并不合理。如果把经常被调用的函数缓存下来，那可以大大提高函数查询的效率。这也就是objc_class 中另一个重要成员objc_cache 做的事情 - 再找到foo 之后，把foo 的method_name 作为key ，method_imp作为value 给存起来。当再次收到foo 消息的时候，可以直接在cache 里找到，避免去遍历objc_method_list。从前面的源代码可以看到objc_cache是存在objc_class 结构体中的。
objec_msgSend的方法定义如下：

1	OBJC_EXPORT id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)

那消息传递是怎么实现的呢？我们看看对象(object)，类(class)，方法(method)这几个的结构体：

//对象
struct objc_object {
Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
//类
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;
//方法列表
struct objc_method_list {
struct objc_method_list *obsolete                        OBJC2_UNAVAILABLE;
int method_count                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1]                        OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法
struct objc_method {
SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
}

系统首先找到消息的接收对象，然后通过对象的isa找到它的类。
在它的类中查找method_list，是否有selector方法。
没有则查找父类的method_list。
找到对应的method，执行它的IMP。
转发IMP的return值。

消息传递用到的一些概念

类对象(objc_class)

Objective-C类是由Class类型来表示的，它实际上是一个指向objc_class结构体的指针。
类对象(Class)是由程序员定义并在运行时由编译器创建的，它没有自己的实例变量，这里需要注意的是类的成员变量和实例方法列表是属于实例对象的，但其存储于类对象当中的。

1	typedef struct objc_class *Class;

查看objc/runtime.h中objc_class结构体的定义如下：

struct objc_class {
Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

struct objc_class结构体定义了很多变量，通过命名不难发现，
结构体里保存了指向父类的指针、类的名字、版本、实例大小、实例变量列表、方法列表、缓存、遵守的协议列表等，
一个类包含的信息也不就正是这些吗？没错，类对象就是一个结构体struct objc_class，这个结构体存放的数据称为元数据(metadata)，
该结构体的第一个成员变量也是isa指针，这就说明了Class本身其实也是一个对象，因此我们称之为类对象，类对象在编译期产生用于创建实例对象，是单例。

参数解析

isa指针是和Class同类型的objc_class结构指针，类对象的指针指向其所属的类，即元类。元类中存储着类对象的类方法，当访问某个类的类方法时会通过该isa指针从元类中寻找方法对应的函数指针。
super_class指针指向该类所继承的父类对象，如果该类已经是最顶层的根类(如NSObject或NSProxy), 则 super_class为NULL。
cache：用于缓存最近使用的方法。一个接收者对象接收到一个消息时，它会根据isa指针去查找能够响应这个消息的对象。在实际使用中，这个对象只有一部分方法是常用的，很多方法其实很少用或者根本用不上。这种情况下，如果每次消息来时，我们都是methodLists中遍历一遍，性能势必很差。这时，cache就派上用场了。在我们每次调用过一个方法后，这个方法就会被缓存到cache列表中，下次调用的时候runtime就会优先去cache中查找，如果cache没有，才去methodLists中查找方法。这样，对于那些经常用到的方法的调用，但提高了调用的效率。
version：我们可以使用这个字段来提供类的版本信息。这对于对象的序列化非常有用，它可是让我们识别出不同类定义版本中实例变量布局的改变。
protocols：当然可以看出这一个objc_protocol_list的指针。关于objc_protocol_list的结构体构成后面会讲。
获取类名
1
const char * class_getName ( Class cls );

动态创建类

// 创建一个新类和元类
Class objc_allocateClassPair ( Class superclass, const char *name, size_t extraBytes ); //如果创建的是root class，则superclass为Nil。extraBytes通常为0

// 销毁一个类及其相关联的类
void objc_disposeClassPair ( Class cls ); //在运行中还存在或存在子类实例，就不能够调用这个。

// 在应用中注册由objc_allocateClassPair创建的类
void objc_registerClassPair ( Class cls ); //创建了新类后，然后使用class_addMethod，class_addIvar函数为新类添加方法，实例变量和属性后再调用这个来注册类，再之后就能够用了。

实例(objc_object)

实例对象是我们对类对象alloc或者new操作时所创建的，在这个过程中会拷贝实例所属的类的成员变量，但并不拷贝类定义的方法。调用实例方法时，系统会根据实例的isa指针去类的方法列表及父类的方法列表中寻找与消息对应的selector指向的方法。

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

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

另外我们常见的id类型，它是一个objc_object结构类型的指针。该类型的对象可以转换为任何一种对象，类似于C语言中void *指针类型的作用。其定义如下所示:

1
2
3

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

对对象的类操作

// 返回给定对象的类名
const char * object_getClassName ( id obj );
// 返回对象的类
Class object_getClass ( id obj );
// 设置对象的类
Class object_setClass ( id obj, Class cls );

获取对象的类定义

// 获取已注册的类定义的列表
int objc_getClassList ( Class *buffer, int bufferCount );

// 创建并返回一个指向所有已注册类的指针列表
Class * objc_copyClassList ( unsigned int *outCount );

// 返回指定类的类定义
Class objc_lookUpClass ( const char *name );
Class objc_getClass ( const char *name );
Class objc_getRequiredClass ( const char *name );

// 返回指定类的元类
Class objc_getMetaClass ( const char *name );

动态创建对象

// 创建类实例
id class_createInstance ( Class cls, size_t extraBytes ); //会在heap里给类分配内存。这个方法和+alloc方法类似。

// 在指定位置创建类实例
id objc_constructInstance ( Class cls, void *bytes ); 

// 销毁类实例
void * objc_destructInstance ( id obj ); //不会释放移除任何相关引用

元类(Meta Class)

类对象中的元数据存储的都是如何创建一个实例的相关信息，那么类对象和类方法应该从哪里创建呢？
就是从isa指针指向的结构体创建，类对象的isa指针指向的我们称之为元类(metaclass)，
元类中保存了创建类对象以及类方法所需的所有信息，因此整个结构应该如下图所示:

通过上图我们可以看出整个体系构成了一个自闭环，struct objc_object结构体实例它的isa指针指向类对象，
类对象的isa指针指向了元类，super_class指针指向了父类的类对象，
而元类的super_class指针指向了父类的元类，那元类的isa指针又指向了自己。
元类(Meta Class)是一个类对象的类。

操作函数

// 获取类的父类
Class class_getSuperclass ( Class cls );
// 判断给定的Class是否是一个meta class
BOOL class_isMetaClass ( Class cls );

// 获取实例大小
size_t class_getInstanceSize ( Class cls );

属性(property)

在Objective-C中，属性(property)和成员变量是不同的。那么，属性的本质是什么？它和成员变量之间有什么区别？简单来说属性是添加了存取方法的成员变量，也就是:

1	@property = ivar + getter + setter;

因此，我们每定义一个@property都会添加对应的ivar, getter和setter到类结构体objc_class中。具体来说，系统会在objc_ivar_list中添加一个成员变量的描述，然后在methodLists中分别添加setter和getter方法的描述。下面的objc_property_t是声明的属性的类型，是一个指向objc_property结构体的指针。

用法举例

//遍历获取所有属性Property
- (void) getAllProperty {
unsigned int propertyCount = 0;
objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([Person class], &propertyCount);
for (unsigned int i = 0; i < propertyCount; i++ ) {
objc_property_t *thisProperty = propertyList[i];
const char* propertyName = property_getName(*thisProperty);
NSLog(@"Person拥有的属性为: '%s'", propertyName);
}

/** 
objc_property_t:
/// An opaque type that represents an Objective-C declared property.
typedef struct objc_property *objc_property_t;
}

另外，关于属性有一个objc_property_attribute_t结构体列表，objc_property_attribute_t结构体包含name和value，定义如下:

typedef struct {
const char * _Nonnull name;           /**< The name of the attribute */
const char * _Nonnull value;          /**< The value of the attribute (usually empty) */
} objc_property_attribute_t;

常用的属性如下：

属性类型 name值：T value：变化
编码类型 name值：C(copy) &(strong) W(weak)空(assign) 等 value：无
非/原子性 name值：空(atomic) N(Nonatomic) value：无

变量名称 name值：V value：变化

@interface person : NSObjec{  
NSString *_name;  
}  
int main(){  
objc_property_attribute_t nonatomic = {"N", ""};  
objc_property_attribute_t strong = {"&", ""};  
objc_property_attribute_t type = {"T", "@\"NSString\""};  
objc_property_attribute_t ivar = {"V", "_name"};  
objc_property_attribute_t attributes[] = {nonatomic, strong, type, ivar};  
BOOL result = class_addProperty([person class], "name", attributes, 4);  
}

操作函数

// 获取属性名
const char * property_getName ( objc_property_t property );
// 获取属性特性描述字符串
const char * property_getAttributes ( objc_property_t property );
// 获取属性中指定的特性
char * property_copyAttributeValue ( objc_property_t property, const char *attributeName );
// 获取属性的特性列表
objc_property_attribute_t * property_copyAttributeList ( objc_property_t property, unsigned int *outCount );

成员变量(objc_ivar)

Ivar: 实例变量类型，是一个指向objc_ivar结构体的指针

1 2	/// An opaque type that represents an instance variable. typedef struct objc_ivar *Ivar;

objc_ivar结构体的组成如下：

- struct objc_ivar {
char * _Nullable ivar_name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
char * _Nullable ivar_type                               OBJC2_UNAVAILABLE;
int ivar_offset                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}

这里我们注意第三个成员 ivar_offset。它表示基地址偏移字节。

操作函数

//成员变量操作函数
// 修改类实例的实例变量的值
Ivar object_setInstanceVariable ( id obj, const char *name, void *value );
// 获取对象实例变量的值
Ivar object_getInstanceVariable ( id obj, const char *name, void **outValue );
// 返回指向给定对象分配的任何额外字节的指针
void * object_getIndexedIvars ( id obj );
// 返回对象中实例变量的值
id object_getIvar ( id obj, Ivar ivar );
// 设置对象中实例变量的值
void object_setIvar ( id obj, Ivar ivar, id value );


// 获取类成员变量的信息
Ivar class_getClassVariable ( Class cls, const char *name );
// 添加成员变量
BOOL class_addIvar ( Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types ); //这个只能够向在runtime时创建的类添加成员变量
// 获取整个成员变量列表
Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount ); //必须使用free()来释放这个数组.

成员变量列表(objc_ivar_list)

在objc_class中，所有的成员变量、属性的信息是放在链表ivars中的。ivars是一个数组，数组中每个元素是指向Ivar(变量信息)的指针。

struct objc_ivar_list {
int ivar_count                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_ivar ivar_list[1]                            OBJC2_UNAVAILABLE;
}

例子，获取所有成员变量

//遍历获取Person类所有的成员变量IvarList
- (void) getAllIvarList {
unsigned int methodCount = 0;
Ivar * ivars = class_copyIvarList([Person class], &methodCount);
for (unsigned int i = 0; i < methodCount; i ++) {
Ivar ivar = ivars[i];
const char * name = ivar_getName(ivar);
const char * type = ivar_getTypeEncoding(ivar);
NSLog(@"Person拥有的成员变量的类型为%s，名字为 %s ",type, name);
}
free(ivars);
}

Method(objc_method)

objc_method 存储了方法名，方法类型和方法实现：

runtime.h
/// An opaque type that represents a method in a class definition.代表类定义中一个方法的不透明类型
typedef struct objc_method *Method;
struct objc_method {
SEL method_name;
OBJC2_UNAVAILABLE;
char *method_types;    
OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp;       
OBJC2_UNAVAILABLE;
}

Method和我们平时理解的函数是一致的，就是表示能够独立完成一个功能的一段代码，比如：

- (void)logName
{
NSLog(@"name");
}

我们来看下objc_method这个结构体的内容：

SEL method_name 方法名
char *method_types 方法类型，存储方法的参数类型和返回值类型
IMP method_imp 指向了方法的实现，本质是一个函数指针

简言之，Method = SEL + IMP + method_types，相当于在SEL和IMP之间建立了一个映射。

在这个结构体中，我们已经看到了SEL和IMP，说明SEL和IMP其实都是Method的属性。

操作函数

// 调用指定方法的实现，返回的是方法实现时的返回，参数receiver不能为空，这个比method_getImplementation和method_getName快
id method_invoke ( id receiver, Method m, ... );
// 调用返回一个数据结构的方法的实现
void method_invoke_stret ( id receiver, Method m, ... );
// 获取方法名，希望获得方法明的C字符串，使用sel_getName(method_getName(method))
SEL method_getName ( Method m );
// 返回方法的实现
IMP method_getImplementation ( Method m );
// 获取描述方法参数和返回值类型的字符串
const char * method_getTypeEncoding ( Method m );
// 获取方法的返回值类型的字符串
char * method_copyReturnType ( Method m );
// 获取方法的指定位置参数的类型字符串
char * method_copyArgumentType ( Method m, unsigned int index );
// 通过引用返回方法的返回值类型字符串
void method_getReturnType ( Method m, char *dst, size_t dst_len );
// 返回方法的参数的个数
unsigned int method_getNumberOfArguments ( Method m );
// 通过引用返回方法指定位置参数的类型字符串
void method_getArgumentType ( Method m, unsigned int index, char *dst, size_t dst_len );
// 返回指定方法的方法描述结构体
struct objc_method_description * method_getDescription ( Method m );
// 设置方法的实现
IMP method_setImplementation ( Method m, IMP imp );
// 交换两个方法的实现
void method_exchangeImplementations ( Method m1, Method m2 );

方法列表(objc_method_list)

方法调用是通过查询对象的isa指针所指向归属类中的methodLists来完成。

struct objc_method_list {
struct objc_method_list * _Nullable obsolete             OBJC2_UNAVAILABLE;

int method_count                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1]                        OBJC2_UNAVAILABLE;
}

操作函数

// 添加方法
BOOL class_addMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types ); //和成员变量不同的是可以为类动态添加方法。如果有同名会返回NO，修改的话需要使用method_setImplementation

// 获取实例方法
Method class_getInstanceMethod ( Class cls, SEL name );

// 获取类方法
Method class_getClassMethod ( Class cls, SEL name );

// 获取所有方法的数组
Method * class_copyMethodList ( Class cls, unsigned int *outCount );

// 替代方法的实现
IMP class_replaceMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );

// 返回方法的具体实现
IMP class_getMethodImplementation ( Class cls, SEL name );
IMP class_getMethodImplementation_stret ( Class cls, SEL name );

// 类实例是否响应指定的selector
BOOL class_respondsToSelector ( Class cls, SEL sel );

SEL(objc_selector)

1
2
3

Objc.h
/// An opaque type that represents a method selector.代表一个方法的不透明类型
typedef struct objc_selector *SEL;

objc_msgSend函数第二个参数类型为SEL，它是selector在Objective-C中的表示类型（Swift中是Selector类）。selector是方法选择器，可以理解为区分方法的 ID，而这个 ID 的数据结构是SEL:

1	@property SEL selector;

可以看到selector是SEL的一个实例。

A method selector is a C string that has been registered (or “mapped“) with the Objective-C runtime. Selectors generated by the compiler are automatically mapped by the runtime when the class is loaded.

其实selector就是个映射到方法的C字符串，你可以用 Objective-C 编译器命令@selector()或者 Runtime 系统的sel_registerName函数来获得一个 SEL 类型的方法选择器。

selector既然是一个string，我觉得应该是类似className+method的组合，命名规则有两条：

同一个类，selector不能重复
不同的类，selector可以重复

这也带来了一个弊端，我们在写C代码的时候，经常会用到函数重载，就是函数名相同，参数不同，但是这在Objective-C中是行不通的，因为selector只记了method的name，没有参数，所以没法区分不同的method。

操作函数

// 返回给定选择器指定的方法的名称
const char * sel_getName ( SEL sel );
// 在Objective-C Runtime系统中注册一个方法，将方法名映射到一个选择器，并返回这个选择器
SEL sel_registerName ( const char *str );
// 在Objective-C Runtime系统中注册一个方法
SEL sel_getUid ( const char *str );
// 比较两个选择器
BOOL sel_isEqual ( SEL lhs, SEL rhs );

IMP

1
2
3

/// A pointer to the function of a method implementation.  指向一个方法实现的指针
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...); 
#endif

就是指向最终实现程序的内存地址的指针。

在iOS的Runtime中，Method通过selector和IMP两个属性，实现了快速查询方法及实现，相对提高了性能，又保持了灵活性。

类缓存(objc_cache)

当Objective-C运行时通过跟踪它的isa指针检查对象时，它可以找到一个实现许多方法的对象。然而，你可能只调用它们的一小部分，并且每次查找时，搜索所有选择器的类分派表没有意义。所以类实现一个缓存，每当你搜索一个类分派表，并找到相应的选择器，它把它放入它的缓存。所以当objc_msgSend查找一个类的选择器，它首先搜索类缓存。这是基于这样的理论：如果你在类上调用一个消息，你可能以后再次调用该消息。

为了加速消息分发，系统会对方法和对应的地址进行缓存，就放在上述的objc_cache，所以在实际运行中，大部分常用的方法都是会被缓存起来的，Runtime系统实际上非常快，接近直接执行内存地址的程序速度。

Category(objc_category)

Category是表示一个指向分类的结构体的指针，其定义如下：

struct category_t { 
const char *name; 
classref_t cls; 
struct method_list_t *instanceMethods; 
struct method_list_t *classMethods;
struct protocol_list_t *protocols;
struct property_list_t *instanceProperties;
};

name：是指 class_name 而不是 category_name。
cls：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。
instanceMethods：category中所有给类添加的实例方法的列表。
classMethods：category中所有添加的类方法的列表。
protocols：category实现的所有协议的列表。
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。

从上面的category_t的结构体中可以看出，分类中可以添加实例方法，类方法，甚至可以实现协议，添加属性，不可以添加成员变量。

Runtime消息转发

前文介绍了进行一次发送消息会在相关的类对象中搜索方法列表，如果找不到则会沿着继承树向上一直搜索知道继承树根部（通常为NSObject），如果还是找不到并且消息转发都失败了就回执行doesNotRecognizeSelector:方法报unrecognized selector错。那么消息转发到底是什么呢？接下来将会逐一介绍最后的三次机会。

动态方法解析
备用接收者
完整消息转发

动态方法解析

首先，Objective-C运行时会调用 +resolveInstanceMethod:或者 +resolveClassMethod:，让你有机会提供一个函数实现。如果你添加了函数并返回YES，那运行时系统就会重新启动一次消息发送的过程。

实现一个动态方法解析的例子如下：

- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
//执行foo函数
[self performSelector:@selector(foo:)];
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
if (sel == @selector(foo:)) {//如果是执行foo函数，就动态解析，指定新的IMP
class_addMethod([self class], sel, (IMP)fooMethod, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

void fooMethod(id obj, SEL _cmd) {
NSLog(@"Doing foo");//新的foo函数
}

打印结果：
2018-04-01 12:23:35.952670+0800 ocram[87546:23235469] Doing foo

可以看到虽然没有实现foo:这个函数，但是我们通过class_addMethod动态添加fooMethod函数，并执行fooMethod这个函数的IMP。从打印结果看，成功实现了。
如果resolve方法返回 NO ，运行时就会移到下一步：forwardingTargetForSelector。

备用接收者

如果目标对象实现了-forwardingTargetForSelector:，Runtime 这时就会调用这个方法，给你把这个消息转发给其他对象的机会。

实现一个备用接收者的例子如下：

#import "ViewController.h"
#import "objc/runtime.h"

@interface Person: NSObject

@end

@implementation Person

- (void)foo {
NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函数
}

@end

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
//执行foo函数
[self performSelector:@selector(foo)];
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
return YES;//返回YES，进入下一步转发
}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
if (aSelector == @selector(foo)) {
return [Person new];//返回Person对象，让Person对象接收这个消息
}

return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

@end

打印结果：
2018-04-01 12:45:04.757929+0800 ocram[88023:23260346] Doing foo

可以看到我们通过forwardingTargetForSelector把当前ViewController的方法转发给了Person去执行了。打印结果也证明我们成功实现了转发。

完整消息转发

如果在上一步还不能处理未知消息，则唯一能做的就是启用完整的消息转发机制了。
首先它会发送-methodSignatureForSelector:消息获得函数的参数和返回值类型。如果-methodSignatureForSelector:返回nil ，Runtime则会发出 -doesNotRecognizeSelector: 消息，程序这时也就挂掉了。如果返回了一个函数签名，Runtime就会创建一个NSInvocation 对象并发送 -forwardInvocation:消息给目标对象。

实现一个完整转发的例子如下：

#import "ViewController.h"
#import "objc/runtime.h"

@interface Person: NSObject

@end

@implementation Person

- (void)foo {
NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函数
}

@end

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
//执行foo函数
[self performSelector:@selector(foo)];
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
return YES;//返回YES，进入下一步转发
}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
return nil;//返回nil，进入下一步转发
}

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
if ([NSStringFromSelector(aSelector) isEqualToString:@"foo"]) {
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];//签名，进入forwardInvocation
}

return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
SEL sel = anInvocation.selector;

Person *p = [Person new];
if([p respondsToSelector:sel]) {
[anInvocation invokeWithTarget:p];
}
else {
[self doesNotRecognizeSelector:sel];
}

}

@end

打印结果：
2018-04-01 13:00:45.423385+0800 ocram[88353:23279961] Doing foo

从打印结果来看，我们实现了完整的转发。通过签名，Runtime生成了一个对象anInvocation，发送给了forwardInvocation，我们在forwardInvocation方法里面让Person对象去执行了foo函数。