前言
objective-c 是一门动态语言，它将很多静态语言在编译和链接时期做的事情，放到了运行时来处理。之所以能具备这种特性，离不开 runtime 这个库。runtime 很好的解决了如何在运行时期找到调用方法这样的问题。下面话不多说了，来一起学习学习吧。
在 objective-c 中，方法调用称为向对象发送消息：
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// myclass 类@interface myclass: nsobject- (void)printlog;@end@implementation myclass- (void)printlog {nslog(@"print log !");}@endmyclass *myclass = [[myclass alloc] init];[myclass printlog];// 输出： print log ! |
上面代码中的 [myclass printlog] 也可以这么写：
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((void (*)(id, sel))(void *) objc_msgsend)(myclass, @selector(printlog)); |
[myclass printlog] 经过编译后就是调用 objc_msgsend 方法。
我们看看这个方法的文档定义：
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id objc_msgsend(id self, sel op, ...); |
self：消息的接收者 op： 消息的方法名，c 字符串 ... ：参数列表
runtime 是如何找到实例方法的具体实现的？
基础概念
讲之前，我们需要先明白一些基础概念：objective-c 是一门面向对象的语言，对象又分为实例对象、类对象、元类对象以及根元类对象。它们是通过一个叫 isa 的指针来关联起来，具体关系如下图：
以我们上文的代码为例：
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myclass *myclass = [[myclass alloc] init]; |
整理下相互间的关系：
- myclass 是实例对象
- myclass 是类对象
- myclass 的元类就是 nsobject 的元类
- nsobject 就是 root class (class)
- nsobject 的 superclass 为 nil
- nsobject 的元类就是它自己
- nsobject 的 superclass 就是 nsobject
对应上图中的位置关系如下：
接着，我们用代码来验证下上文的关系：
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myclass *myclass = [[myclass alloc] init];class class = [myclass class];class metaclass = object_getclass(class);class metaofmetaclass = object_getclass(metaclass);class rootmetaclass = object_getclass(metaofmetaclass);class superclass = class_getsuperclass(class);class superofsuperclass = class_getsuperclass(superclass);class superofmetaofsuperclass = class_getsuperclass(object_getclass(superclass));nslog(@"myclass 实例对象是：%p",myclass);nslog(@"myclass 类对象是：%p",class);nslog(@"myclass 元类对象是：%p",metaclass);nslog(@"myclass 元类对象的元类对象是：%p",metaofmetaclass);nslog(@"myclass 根元类对象是：%p",rootmetaclass);nslog(@"myclass 父类是：%@",class_getsuperclass(class));nslog(@"myclass 父类的父类是：%@",superofsuperclass);nslog(@"myclass 父类的元类的父类是：%@",superofmetaofsuperclass);nslog(@"nsobject 元类对象是：%p",object_getclass([nsobject class]));nslog(@"nsobject 父类是：%@",[[nsobject class] superclass]);nslog(@"nsobject 元类对象的父类是：%@",[object_getclass([nsobject class]) superclass]);//输出：myclass 实例对象是：0x60c00000b8d0myclass 类对象是：0x109ae3fd0myclass 元类对象是：****0x109ae3fa8myclass 元类对象的元类对象是：****0x10ab02e58**myclass 根元类对象是：0x10ab02e58myclass 父类是：nsobjectmyclass 父类的父类是：(null)myclass 父类的元类的父类是：nsobjectnsobject 元类对象是：0x10ab02e58nsobject 父类是：(null)nsobject 元类对象的父类是：nsobject |
可以发现，输出结果是完全符合我们的结论的！
现在我们能知道各种对象之间的关系：
实例对象通过 isa 指针，找到类对象 class；类对象同样通过 isa 指针，找到元类对象；元类对象也是通过 isa 指针，找到根元类对象；最后，根元类对象的 isa 指针，指向自己。可以发现 nsobject 是整个消息机制的核心，绝大数对象都继承自它。
寻找流程
上文提到了，一个 objective-c 方法会被编译成 objc_msgsend，这个函数有两个默认参数，id 类型的 self, sel 类型的 op。我们先看看 id 的定义：
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typedef struct objc_object *id;struct objc_object { class _nonnull isa objc_isa_availability;}; |
我们可以看到，在 objc_object 结构体中，只有一个指向 class 类型的 isa 指针。
我们再看看 class 的定义：
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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; |
里面有很多参数，很显眼的能看到这一行：
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struct objc_method_list * _nullable * _nullable methodlists objc2_unavailable; |
看名字也容易理解，这个 methodlists 就是用来存放方法列表的。我们再看看 objc_method_list 这个结构体：
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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;} |
里面的 objc_method ，也就是我们熟悉的 method：
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struct objc_method { sel _nonnull method_name objc2_unavailable; char * _nullable method_types objc2_unavailable; imp _nonnull method_imp objc2_unavailable;} |
method 里面保存了三个参数：
- 方法的名称
- 方法的类型
- 方法的具体实现，由 imp 指针指向
经过层层挖掘，我们能明白实例对象调用方法的大致逻辑：
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myclass *myclass = [[myclass alloc] init];[myclass printlog]; |
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先被编译成
((void (*)(id, sel))(void *) objc_msgsend)(myclass, @selector(printlog)); - 沿着入参 myclass 的 isa 指针，找到 myclass 的类对象（class），也就是 myclass
- 接着在 myclass 的方法列表 methodlists 中，找到对应的 method
- 最后找到 method 中的 imp 指针，执行具体实现
类对象的类方法又是怎么找到并执行的？
由上文，我们已经知道，实例对象是通过 isa 指针，找到其类对象（class）中保存的方法列表中的具体实现的。
比如：
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myclass *myclass = [[myclass alloc] init];[myclass printlog]; |
可以理解为：printlog 方法就是保存在 myclass 中的。
那么如果是个类方法，又是保存在什么地方的呢？
我们回顾下 class 的定义：
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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; |
可以发现到这一行：
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class _nonnull isa objc_isa_availability; |
这里的 isa 同样是指向一个 class 的指针。上文中，我们也知道了类对象的 isa 指针是指向元类对象的。那么不难得出：
类对象的类方法，是保存在元类对象中的！
类对象和元类对象都是 class 类型，仅仅服务的对象不同罢了。找到了元类对象，自然就找到了元类对象中的 methodlists，接下来就和实例对象的方法寻找调用一样的流程了。
关于父类（superclass）
在 objective-c 中，子类调用一个方法，如果没有子类没有实现，父类实现了，会去调用父类的实现。上文中，找到 methodlists 后，寻找 method 的过程如下：
如何提高方法查找的效率？
上文中，我们大概知道，方法是通过 isa 指针，查找 class 中的 methodlists 的。如果子类没实现对应的方法实现，还会沿着父类去查找。整个工程，可能有成万上亿个方法，是如何解决性能问题的呢？
例如：
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for (int i = 0; i < 100000; ++i) { myclass *myobject = myobjects[i]; [myobject methoda];} |
这种高频次的调用 methoda，如果每调用一次都需要遍历，性能是非常差的。所以引入了 class cache 机制：
class cache 认为，当一个方法被调用，那么它之后被调用的可能性就越大。
查找方法时，会先从缓存中查找，找到直接返回 ；找不到，再去 class 的方法列表中找。
在上文中 class 的定义中，我们可以发现 cache：
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struct objc_cache * _nonnull cache objc2_unavailable; |
说明了缓存是存在类中的，每个类都有一份方法缓存，而不是每个类的 object 都保存了一份。
消息转发
如果方法列表（methodlists）没找到对应的 selector 呢？
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// viewcontroller.m 中 （未实现 mytestprint 方法）[self performselector:@selector(mytestprint:) withobject:@"，你好 ！"]; |
系统会提供三次补救的机会。
第一次
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+ (bool)resolveinstancemethod:(sel)sel {} (实例方法)+ (bool)resolveclassmethod:(sel)sel {} (类方法) |
这两个方法，一个针对实例方法；一个针对类方法。返回值都是 bool。
使用示例：
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// viewcontroller.m 中void mymethod(id self, sel _cmd,nsstring *nub) { nslog(@"ifelseboyxx%@",nub);}+ (bool)resolveinstancemethod:(sel)sel {#pragma clang diagnostic push#pragma clang diagnostic ignored "-wundeclared-selector" if (sel == @selector(mytestprint:)) {#pragma clang diagnostic pop class_addmethod([self class],sel,(imp)mymethod,"v@:@"); return yes; }else { return [super resolveinstancemethod:sel]; }} |
我们只需要在 resolveinstancemethod: 方法中，利用 class_addmethod 方法，将未实现的 mytestprint: 绑定到 mymethod 上就能完成转发，最后返回 yes。
第二次
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- (id)forwardingtargetforselector:(sel)aselector {} |
这个方法要求返回一个 id。使用场景一般是将 a 类的某个方法，转发到 b 类的实现中去。
使用示例：
想转发到 person 类中的 -mytestprint: 方法中：
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@interface person : nsobject@end@implementation person- (void)mytestprint:(nsstring *)str { nslog(@"ifelseboyxx%@",str);}@end |
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// viewcontroller.m 中- (id)forwardingtargetforselector:(sel)aselector {#pragma clang diagnostic push#pragma clang diagnostic ignored "-wundeclared-selector" if (aselector == @selector(mytestprint:)) {#pragma clang diagnostic pop return [person new]; }else{ return [super forwardingtargetforselector:aselector]; }} |
第三次
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- (nsmethodsignature *)methodsignatureforselector:(sel)aselector {}- (void)forwardinvocation:(nsinvocation *)aninvocation {} |
第一个要求返回一个方法签名，第二个方法转发具体的实现。二者相互依赖，只有返回了正确的方法签名，才会执行第二个方法。
这次的转发作用和第二次的比较类似，都是将 a 类的某个方法，转发到 b 类的实现中去。不同的是，第三次的转发相对于第二次更加灵活，forwardingtargetforselector: 只能固定的转发到一个对象；forwardinvocation: 可以让我们转发到多个对象中去。
使用实例：
想转发到 person 类以及 animal 类中的 -mytestprint: 方法中：
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@interface person : nsobject@end@implementation person- (void)mytestprint:(nsstring *)str { nslog(@"ifelseboyxx%@",str);}@end |
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@interface animal : nsobject@end@implementation animal- (void)mytestprint:(nsstring *)str { nslog(@"tiger%@",str);}@end |
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// viewcontroller.m 中- (nsmethodsignature *)methodsignatureforselector:(sel)aselector { #pragma clang diagnostic push #pragma clang diagnostic ignored "-wundeclared-selector" if (aselector == @selector(mytestprint:)) { #pragma clang diagnostic pop return [nsmethodsignature signaturewithobjctypes:"v@:@"];} return [super methodsignatureforselector:aselector];}- (void)forwardinvocation:(nsinvocation *)aninvocation { person *person = [person new]; animal *animal = [animal new]; if ([person respondstoselector:aninvocation.selector]) { [aninvocation invokewithtarget:person]; } if ([animal respondstoselector:aninvocation.selector]) { [aninvocation invokewithtarget:animal]; }} |
⚠️ 如果到了第三次机会，还没找到对应的实现，就会 crash：
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unrecognized selector sent to instance 0x7f9f817072b0 |
总结
到这里，我们大概能了解消息发送与转发的过程了，附上流程图：
好了，以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对服务器之家的支持。
原文链接：https://juejin.im/post/5aa79411f265da237a4cb045
