为什么需要理解 Runtime
Runtime 经常出现在面试中，但它的价值远不止于此。理解语法下面发生了什么，才能在遇到陌生行为时推理，而不是靠记忆回答。
从编译到运行
普通的编译过程会把源代码转成汇编，再生成机器指令。Objective-C 在这条链路上加入了动态运行时：类、对象和方法最终由 C 数据结构和运行时函数表达。
本文讨论现代 64 位 Apple 平台上的 Objective-C 2.0 Runtime。具体内存布局属于私有实现，随版本变化。下文的结构用于解释概念，不应当作稳定 ABI 直接访问。
一次消息发送发生了什么
[obj method] 表面上是方法调用，底层则会生成类似 objc_msgSend(obj, method) 的消息发送操作。大致查找过程如下：
- 解析对象编码后的
isa信息，找到类对象。 - 先查类的方法缓存，再查方法元数据。
- 当前类没有对应 selector 时，沿父类链继续查找。
- 找到实现
IMP后调用，并返回结果。
instance
└─ encoded isa → class object
├─ superclass
├─ method metadata: selector + type encoding + implementation
└─ lookup cache: selector → implementation
旧版头文件里可以看到 methodLists、cache 等字段，但一些声明明确标为 OBJC2_UNAVAILABLE。直接把这些旧结构当作现代类的布局，容易得出错误结论。
实例与 isa
// Represents an instance of a class.
// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
每个实例都携带足以确定其类的 isa 信息。在现代 64 位实现中，它可能是同时包含标志位与类信息的非指针编码。因此，“沿着 isa 指针找到类”适合画示意图，却不代表原始比特就是普通地址。
类对象与元类
类本身也是对象。Class 是指向运行时类元数据的不透明指针；运行时通过它获得父类、实例大小、实例变量、方法、协议和缓存。应用应使用公开的 Runtime API，不应依赖私有结构字段。
类记录随可执行映像生成，在映像加载时由运行时完成初始化。一个已经实现化的类对象，提供了实例创建和实例方法分派所共享的身份。
类对象也能接收消息，例如类方法调用。它的 isa 指向元类，元类中的方法元数据用于处理这些消息。元类是类对象的方法分派入口，而不是简单意义上“创建类的类”。
在典型的 NSObject 继承体系里，元类的父类链最终汇聚到根元类，根元类的 isa 指向自身。
示意图只表达消息分派关系，省略现代 isa 编码与私有元数据布局。
Method：方法的描述
一个方法包含 selector、编码后的类型签名和实现地址。公开的 Method 同样是不透明类型：
typedef struct objc_method *Method;
通过 method_getName、method_getTypeEncoding 和 method_getImplementation 获取对应信息，比自行解释内存布局可靠。
SEL：方法名的身份
// objc.h
typedef struct objc_selector *SEL;
@property SEL selector;
selector 是 Runtime 为方法名维护的共享标识。sel_getName 返回它的 C 字符串名称；@selector() 可以静态获得 selector，sel_registerName 则支持动态注册。
不同类可以使用相同的 selector。在一个类的有效方法接口中，不能靠不同参数类型区分同名 selector。Objective-C 方法名中的冒号属于名称的一部分，但参数类型不属于 selector。因此，它不等同于 C++ 的函数重载。
IMP：真正执行的函数
实现可以概念化为一个函数指针，前两个参数是接收者和 selector：
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);
实际调用时，C 函数类型必须匹配方法真正的返回值与参数类型。这个简化声明不是可以套用到任意方法上的通用强制转换。
方法缓存
如果每次发送消息都遍历方法列表和父类链，开销会很大。应用又往往反复调用一小组方法，因此 Runtime 会缓存成功的查找结果。后续消息优先查询缓存，命中后直接调用对应实现。
Category 的作用
编译后的 Category 提供方法和协议元数据，Runtime 在映像加载时将它们附加到目标类。它不会改变已经编译好的实例内存布局，所以能增加行为和协议声明，却不能直接增加普通实例变量。
找不到方法时：消息转发
正常查找失败后，还有三次处理机会。全部失败，最终就会触发 doesNotRecognizeSelector:，产生 unrecognized selector 异常。
第一阶段：动态方法解析
Runtime 调用 +resolveInstanceMethod: 或 +resolveClassMethod:，允许类动态提供实现。例如通过 class_addMethod 添加方法，再返回 YES，Runtime 就可以重新查找。没有提供实现，则进入后续转发路径。
第二阶段：换一个接收者
-forwardingTargetForSelector: 可以返回另一个能够处理消息的对象。这条路径比较轻量：当前对象不会处理，就将消息交给具备兼容行为的对象。
第三阶段：完整消息转发
Runtime 先调用 -methodSignatureForSelector: 获取参数和返回值类型。返回 nil 会走向无法识别 selector 的错误；有效签名则用于构造表示原始消息的 NSInvocation，随后传入 -forwardInvocation:。
在 forwardInvocation: 中，接收者可以检查 invocation，并把它转交给合适的目标。
从原理走向实践
这些概念是方法交换、关联对象、动态创建方法、运行时自省和代理转发的基础。先弄清身份、查找和调用之间的区别，再使用这些能力，通常比直接套用技巧更稳妥。
参考资料
- Apple Objective-C Runtime 编程指南
- Apple 开源 objc4 Runtime
objc_msgSend的声明：
OBJC_EXPORT id objc_msgSend(id self, SEL op, ...);
Class的声明：
typedef struct objc_class *Class;
v@:等签名编码见 Apple 的 Type Encodings。