一、什么是runtime（也就是所謂的“運行時”，因為是在運行時實現的。）
1.runtime是一套底層的c語言API(包括很多強大實用的c語言類型,c語言函數); [runtime運行系統]
2.實際上,平時我們編寫的oc代碼,底層都是基於runtime實現的; [OC語言的動態性]
運行時系統 (runtime system)，對於C語言，函數的調用在編譯的時候會決定調用哪個函數。對於OC的函數，屬於動態調用過程，在編譯的時候並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。 runtime就是OC辛苦的幕后工作人員。（編譯器會自動幫助我們編譯成runtime代碼。）
動態特性，使得它在語言層面上支持程序的可擴展性。只有在程序運行時，才會去確定對象的類型，並調用類與對象相應的方法。利用runtime機制讓我們可以在程序運行時動態修改類的具體實現、包括類中的所有私有屬性、方法。這也是本文runtime例子的出發點。
我們所敲入的代碼轉化為運行時的runtime函數代碼，最終在程序運行時轉成了底層的runtime的c語言代碼 ;
舉例：
當某個對象使用語法[receiver message]來調用某個方法時，其實[receiver message]被編譯器轉化為：
id objc_msgSend ( id self, SEL op, ... );
也就是說,我們平時編寫的oc代碼，方法調用的本質，就是在編譯階段，編譯器轉化為向對象發送消息。
【本次開發環境： Xcode:7.2 iOS Simulator:iphone6 By:啊左 本文Demo下載鏈接：runtime-Demo】
二、runtime的幾種使用方法
我們通過繼承於NSObject的person類，來對runtime進行學習。
本文共有6個關於runtime機制方法的小例子，分別是：
- 獲取person類的所有變量；
- 獲取person類的所有方法；
- 改變person類的私有變量name的值；
- 為person的category類增加一個新屬性；
- 為person類添加一個方法；
- 交換person類的2個方法的功能；
（個人習慣，喜歡為6個例子添加按鈕各自的行為方法，並分別執行相應的行為，以此看清各個runtime函數的具體功能所帶來的效果。）
首先，創建新的項目，並在項目中新建一個普通的OC類：person類(繼承於NSObject)，為了避免后面與其他方法函數搞混，我們把完整的person類編寫齊全，用於后面使用runtime的幾種方法：
①person.h如下：
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface person : NSObject
@property (nonatomic,assign)int age; //屬性變量 -(void)func1; -(void)func2; @end
②person.m如下：
#import "person.h"
@implementation person { NSString *name; //實例變量 }//初始化person屬性
-(instancetype)init { self = [super init]; if(self) { name = @"Tom"; self.age = 12; } return self; } //person的2個普通方法
-(void)func1 { NSLog(@"執行func1方法。"); } -(void)func2 { NSLog(@"執行func2方法。"); } //輸出person對象時的方法：
-(NSString *)description { return [NSString stringWithFormat:@"name:%@ age:%d",name,self.age]; } @end
從person類的描述中，我們可以看到person類含有一個可供外類使用的共有屬性age，以及一個外界不可以訪問私有屬性name，但是，有木有想過，其實在外類，name也是可以訪問的。OC里面，通過runtime系統，蘋果允許不受這些私有屬性的限制，對私有屬性私有方法等進行訪問、添加、修改、甚至替換系統的方法。
那么，為項目的故事板添加6個按鈕；
在使用runtime的地方，我們都需要包含頭文件: （本文幾個例子中，都只需要在ViewController.m中包含.）
#import <objc/runtime.h>
1.獲取person類的所有變量
將第一個按鈕關聯到ViewController.h，添加行為並命名其方法為：“getAllVariable”：
- (IBAction)getAllVariable:(UIButton *)sender; //獲取所有變量
在ViewController.m中的實現如下：
/*1.獲取person所有的成員變量*/
- (IBAction)getAllVariable:(UIButton *)sender {
unsigned int count = 0; //獲取類的一個包含所有變量的列表，IVar是runtime聲明的一個宏，是實例變量的意思.
Ivar *allVariables = class_copyIvarList([person class], &count); for(int i = 0;i<count;i++) { //遍歷每一個變量，包括名稱和類型（此處沒有星號"*"）
Ivar ivar = allVariables[i]; const char *Variablename = ivar_getName(ivar); //獲取成員變量名稱
const char *VariableType = ivar_getTypeEncoding(ivar); //獲取成員變量類型
NSLog(@"(Name: %s) ----- (Type:%s)",Variablename,VariableType); } }
點擊按鈕后，得到的輸出如下：(i表示類型為int)
2016-05-18 17:17:10.502 runtime運行時[10164:452725] (Name: name) ----- (Type:@"NSString") 2016-05-18 17:17:10.503 runtime運行時[10164:452725] (Name: _age) ----- (Type:i)
分析：Ivar，一個指向objc_ivar結構體指針,包含了變量名、變量類型等信息。
可以看到，私有屬性name能夠訪問到了。 在有些項目中，為了對某些私有屬性進行隱藏，某些.h文件中沒有出現相應的顯式創建，而是如上面的person類中，在.m中進行私有創建，但是我們可以通過runtime這個有效的方法，訪問到所有包括這些隱藏的私有變量。
拓展：
①class_copyIvarList能夠獲取一個含有類中所有成員變量的列表，列表中包括屬性變量和實例變量。需要注意的是，如果如本例中，age返回的是"_age"，但是如果在person.m中加入：
@synthesize age;
那么控制台第二行返回的是"(Name: age) ----- (Type:i) ；"（因為@property是生成了"_age"，而@synthesize是執行了"@synthesize age = _age;"，關於OC屬性變量與實例變量的區別、@property、@synthesize的作用等具體的知識，有興趣的童鞋可以自行了解。）
②如果單單需要獲取屬性列表的話，可以使用函數：class_copyPropertyList（）;只是返回的屬性變量僅僅是“age”，做為實例變量的name是不被獲取的。
而class_copyIvarList（）函數則能夠返回實例變量和屬性變量的所有成員變量。
2.獲取person類的所有方法
將第二個按鈕關聯到ViewController.h，添加行為並命名其方法為：“getAllMethod”：
- (IBAction)getAllMethod:(UIButton *)sender; //獲取所有方法
在ViewController.m中的實現如下：
/*2.獲取person所有方法*/
- (IBAction)getAllMethod:(UIButton *)sender {
unsigned int count;
//獲取方法列表，所有在.m文件顯式實現的方法都會被找到，包括setter+getter方法；
Method *allMethods = class_copyMethodList([person class], &count); for(int i =0;i<count;i++) { //Method，為runtime聲明的一個宏，表示對一個方法的描述
Method md = allMethods[i]; //獲取SEL：SEL類型,即獲取方法選擇器@selector()
SEL sel = method_getName(md); //得到sel的方法名：以字符串格式獲取sel的name，也即@selector()中的方法名稱
const char *methodname = sel_getName(sel); NSLog(@"(Method:%s)",methodname); } }
點擊按鈕后，控制台輸出：
2016-05-19 17:05:19.880 runtime運行時[14054:678124] (Method:func1) 2016-05-19 17:05:19.881 runtime運行時[14054:678124] (Method:func2) 2016-05-19 17:05:19.881 runtime運行時[14054:678124] (Method:setAge:) 2016-05-19 17:05:19.881 runtime運行時[14054:678124] (Method:age) 2016-05-19 17:05:19.881 runtime運行時[14054:678124] (Method:.cxx_destruct) 2016-05-19 17:05:19.882 runtime運行時[14054:678124] (Method:description) 2016-05-19 17:05:19.882 runtime運行時[14054:678124] (Method:init)
控制台輸出了包括set和get等方法名稱。【備注：.cxx_destruct方法是關於系統自動內存釋放工作的一個隱藏的函數，當ARC下，且本類擁有實例變量時，才會出現；】
分析：Method是一個指向objc_method結構體指針，表示對類中的某個方法的描述。在API中的定義：
typedef struct objc_method *Method;
而objc_method結構體如下：
truct objc_method { SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE; char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE; IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE; }
- method_name :
方法選擇器@selector()，類型為相同名字的方法下，即使在不同類中定義，它們的方法選擇器也相同。SEL。 - method_types：方法類型，是個
char指針，存儲着方法的參數類型和返回值類型。 method_imp：指向方法的具體實現的指針，數據類型為IMP，本質上是一個函數指針。 在第五個按鈕行為“增加一個方法”部分會提到。
SEL：數據類型，表示方法選擇器，可以理解為對方法的一種包裝。在每個方法都有一個與之對應的SEL類型的數據，根據一個SEL數據“@selector(方法名)”就可以找到對應的方法地址，進而調用方法。
因此可以通過：獲取Method結構體->得到SEL選擇器名稱->得到對應的方法名，這樣的方式，便於認識OC中關於方法的定義。
3.改變person對象的私有變量name的值.
將第三個按鈕關聯到ViewController.h，添加行為並命名其方法為：“changeVariable”：
- (IBAction)changeVariable:(UIButton *)sender;//改變其中name變量
在ViewController.m中創建一個person對象，記得初始化
@implementation ViewController { person *per; //創建一個person實例 } - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; per = [[person alloc]init]; //記得要初始化...不然后果自己嘗試下 }
在ViewController.m中的實現如下：
/*3.改變person的name變量屬性*/
- (IBAction)changeVariable:(UIButton *)sender {
NSLog(@"改變前的person：%@",per); unsigned int count = 0; Ivar *allList = class_copyIvarList([person class], &count); Ivar ivv = allList[0]; //從第一個例子getAllVariable中輸出的控制台信息，我們可以看到name為第一個實例屬性； object_setIvar(per, ivv, @"Mike"); //name屬性Tom被強制改為Mike。
NSLog(@"改變之后的person：%@",per); }
點擊按鈕后，控制台輸出：
2016-05-19 22:45:05.125 runtime運行時[1957:34730] 改變前的person：name:Tom age:12
2016-05-19 22:45:05.126 runtime運行時[1957:34730] 改變之后的person：name:Mike age:12
4.為person的category類增加一個新屬性：
如何在不改動某個類的前提下，添加一個新的屬性呢？
答：可以利用runtime為分類添加新屬性。
在iOS中，category也就是分類，是不可以為本類添加新的屬性的，但是在runtime中我們可以使用對象關聯，為person類進行分類的新屬性創建：
①新建一個新的OC類：
命名為：PersonCategory ，點擊next：
②在出現的新類“person+PersonCategory.h”中，添加“height”：
#import "person.h"
@interface person (PersonCategory) @property (nonatomic,assign)float height; //新屬性 @end
“person+PersonCategory.m”類的代碼如下：
#import "person+PersonCategory.h" #import <objc/runtime.h> //runtime API的使用需要包含此頭文件 const char * str = "myKey"; //做為key，字符常量 必須是C語言字符串； @implementation person (PersonCategory) -(void)setHeight:(float)height{ NSNumber *num = [NSNumber numberWithFloat:height]; /* 第一個參數是需要添加屬性的對象； 第二個參數是屬性的key; 第三個參數是屬性的值,類型必須為id，所以此處height先轉為NSNumber類型； 第四個參數是使用策略，是一個枚舉值，類似@property屬性創建時設置的關鍵字，可從命名看出各枚舉的意義； objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy); */ objc_setAssociatedObject(self, str, num, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC); } //提取屬性的值: -(float)height{ NSNumber *number = objc_getAssociatedObject(self, str); return [number floatValue]; } @end
接下來，我們可以在ViewController.m中對person的一個對象進行height的訪問了，
將第四個按鈕關聯到ViewController.h添加行為並命名其方法為：“addVariable”：（記得：#import "person+PersonCategory.h"）
- (IBAction)addVariable:(UIButton *)sender;
在ViewController.m中的實現如下：
/* 4.添加新的屬性*/
- (IBAction)addVariable:(UIButton *)sender { per.height = 12; //給新屬性height賦值
NSLog(@"%f",[per height]); //訪問新屬性值
}
點擊按鈕四、再點擊按鈕一、二獲取類的屬性、方法。
2016-05-20 15:39:54.432 runtime運行時[4605:178974] 12.000000
2016-05-20 15:39:56.295 runtime運行時[4605:178974] (Name: name) ----- (Type:@"NSString") 2016-05-20 15:39:56.296 runtime運行時[4605:178974] (Name: _age) ----- (Type:i) 2016-05-20 15:39:57.195 runtime運行時[4605:178974] (Method:func1) 2016-05-20 15:39:57.196 runtime運行時[4605:178974] (Method:func2) 2016-05-20 15:39:57.196 runtime運行時[4605:178974] (Method:setAge:) 2016-05-20 15:39:57.196 runtime運行時[4605:178974] (Method:age) 2016-05-20 15:39:57.196 runtime運行時[4605:178974] (Method:.cxx_destruct) 2016-05-20 15:39:57.197 runtime運行時[4605:178974] (Method:description) 2016-05-20 15:39:57.197 runtime運行時[4605:178974] (Method:init) 2016-05-20 15:39:57.197 runtime運行時[4605:178974] (Method:height) 2016-05-20 15:39:57.197 runtime運行時[4605:178974] (Method:setHeight:)
分析：可以看到分類的新屬性可以在per對象中對新屬性height進行訪問賦值。
獲取到person類屬性時，依然沒有height的存在，但是卻有height和setHeight這兩個方法；因為在分類中，即使使用@property定義了，也只是生成set+get方法，而不會生成_變量名，分類中是不允許定義變量的。
使用runtime中objc_setAssociatedObject()和objc_getAssociatedObject()方法，本質上只是為對象per添加了對height的屬性關聯，但是達到了新屬性的作用；
使用場景：假設imageCategory是UIImage類的分類，在實際開發中，我們使用UIImage下載圖片或者操作過程需要增加一個URL保存一段地址，以備后期使用。這時可以嘗試在分類中動態添加新屬性MyURL進行存儲。
5.為person類添加一個新方法；
將第五個按鈕關聯到ViewController.h，添加行為並命名其方法為：“addMethod”：
- (IBAction)addMethod:(UIButton *)sender;
在ViewController.m中的實現如下：
/*5.添加新的方法試試(這種方法等價於對Father類添加Category對方法進行擴展)：*/
- (IBAction)addMethod:(UIButton *)sender { /* 動態添加方法： 第一個參數表示Class cls 類型； 第二個參數表示待調用的方法名稱； 第三個參數(IMP)myAddingFunction，IMP一個函數指針，這里表示指定具體實現方法myAddingFunction； 第四個參數表方法的參數，0代表沒有參數； */ class_addMethod([per class], @selector(NewMethod), (IMP)myAddingFunction, 0); //調用方法 【如果使用[per NewMethod]調用方法在ARC下會報“no visible @interface”錯誤】
[per performSelector:@selector(NewMethod)]; } //具體的實現（方法的內部都默認包含兩個參數Class類和SEL方法，被稱為隱式參數。）
int myAddingFunction(id self, SEL _cmd) { NSLog(@"已新增方法:NewMethod"); return 1; }
點擊按鈕后，控制台輸出：
2016-05-20 14:08:55.822 runtime運行時[1957:34730] 已新增方法:NewMethod
6.交換person類的2個方法的功能：
將第六個按鈕關聯到ViewController.h，添加行為並命名其方法為：“replaceMethod”：
- (IBAction)replaceMethod:(UIButton *)sender;
在ViewController.m中的實現如下：
/* 6.交換兩種方法之后（功能對調），可以試試讓蘋果亂套... */
- (IBAction)replaceMethod:(UIButton *)sender { Method method1 = class_getInstanceMethod([person class], @selector(func1)); Method method2 = class_getInstanceMethod([person class], @selector(func2));
//交換方法 method_exchangeImplementations(method1, method2); [per func1]; //輸出交換后的效果，需要對比的可以嘗試下交換前運行func1；
}
點擊按鈕后，控制台輸出：
2016-05-20 14:11:57.381 runtime運行時[1957:34730] 執行func2方法。
交換方法的使用場景：項目中的某個功能，在項目中需要多次被引用，當項目的需求發生改變時，要使用另一種功能代替這個功能，且要求不改變舊的項目(也就是不改變原來方法實現的前提下)。那么，我們可以在分類中，再寫一個新的方法(符合新的需求的方法)，然后交換兩個方法的實現。這樣，在不改變項目的代碼，而只是增加了新的代碼的情況下，就完成了項目的改進，很好地體現了該項目的封裝性與利用率。
注：交換兩個方法的實現一般寫在類的load方法里面，因為load方法會在程序運行前加載一次。