从self和super理解Runtime的消息传递

前言

Objective-C Runtime是一个将C语言转化为面向对象语言的扩展,是在C的基础上添加了面向对象特性和Smalltalk式的消息传递机制。

Objective-C是一个动态语言,Runtime为OC提供动态创建类和对象、进行消息传递和转发的功能。

关于[self class]和[super class]

在学习Runtime的过程中,发现一个与自己理解不一样的地方,在类的方法中打印[self class]和[super class],发现这两个方法调用的结果相同,都是子类的类名。

//父类
@interface Father : NSObject
@end

@implementation Father
@end

//子类
@interface Son : Father
- (void)printClassName;
@end

@implementation Son
- (void)printClassName
{
    NSLog(@"self class is %@, super class is %@", [self class], [super class]);
}
@end

//main函数
int main(int argc, const char * argv[]) {
    Son *s = [Son new];
    [s printClassName];
    return 0;
}   

打印结果如下

self class is Son, super class is Son

最初的想法是[self class]打印当前类的类名,而[super class]打印父类的类名,而结果让人无法理解。不过存在即合理,既然打印结果是这样,那必然有一个原因,那么首先从runtime的消息传递来说起。

Runtime的消息传递

在上述例子中,我们这样使用对象的方法

[self class]

创建一个Son的对象s,调用Son的实例方法printClassName,而这个方法会被编译器转化为如下的形式

objc_msgSend(self, @selector(class));

在上面objc_msgSend函数中,self是消息的接收者,@selector(class)则是实例方法的选择器。

Runtime会在运行的过程中向s发送一条消息,这个消息可能会被s处理,也许会被转发到另一个对象,或者不执行。以下是objc_msgSend具体的执行过程:

  1. 首先,通过self的isa指针找到它的class,在例子中是Son类
  2. 在该class的cache和methodLists中查找class方法,
  3. 若没有找到,则到superclass中查找,
  4. 一旦找到class方法,则执行该方法的IMP。

Runtime会根据情况将方法转换成以下四种函数之一:

  1. objc_msgSend:普通的消息都会通过该函数发送
  2. objc_msgSend_stret: 消息中有数据结构作为返回值(不是简单值)时,通过此函数发送和接收返回值
  3. objc_msgSendSuper: 与1类似,该函数把消息发送给父类(超类)
  4. objc_msgSendSuper_stret:用于消息中有数据结构作为返回值时将消息发送给父类

在知道了Runtime是如何处理方法调用后,来看一下self和super以及对self和super调用class方法时Runtime是如何处理的。�

self和super

首先看self和super是什么

self

self是一个隐藏参数变量,指向的是当前调用方法的对象,如在上述例子中,self指向的就是对象s,通过self可以调用当前接收对象的方法。

当通过self调用方法时,会首先从当前类的方法列表中开始寻找,如果没有再从父类中寻找。

通过self调用方法时,编译器会使用objc_msgSend函数。

id objc_msgSend(id receiver, SEL selector, ...)

super

super是预编译指令,通过super方法可以调用当前对象的父类的方法。

当使用super调用方法时,会从父类的方法列表开始寻找。

通过super调用方法时,编译器会使用objc_msgSendSuper函数。

id objc_msgSendSuper(struct objc_super *super, SEL op, ...)

其中第一个参数是objc_super的结构体

struct objc_super {
    id receiver;
    Class superClass;
}

在objc_super结构体中,第一个成员变量就是消息接受者,也就是说调用该方法的对象,与self相同,第二个成员变量是父类。

在通过super调用方法的过程中,

  1. 首先构建objc_super结构体,传入self和父类的类型
  2. 在objc_msgSendSuper函数中从父类开始查找方法,找到后通过objc_super->receiver去调用

[self class]和[super class]

通过上面的说明可以得到以下的过程:

  1. 当执行[self class]语句时,这时self是Son的实例对象,转换之后的objc_msgSend函数中第一个参数传递的是self,第二个参数传递的是class的selector。在函数中,首先在Son类中查找class函数,Son类中是没有class函数的,此时查找Son的父类Father,也没有class,最终查找到NSObject中,NSObject类中定义了class方法,而class方法则是返回receiver即self的类别,返回结果为Son。
  2. 当执行[super class]语句时,这里转换成了objc_msgSendSuper函数来执行,首先构造objc_super的结构体,其中receiver是self,superClass则是Father,objc_msgSendSuper的第二个参数则是class的selector。在函数中,直接从父类也就是说Father类开始查找class方法,在本文的例子中,Father类中没有定义class,最终在NSObject类中查找到class方法,此时,objc_msgSendSuper函数则会通过前面构造的objc_super结构体中的receiver来调用class方法,这里receiver是前面指定的self,也就是说Son的实例对象,所以最终仍然是通过self来调用class方法,返回的结果是self的类名Son

到这里,基本就明白了为什么[self class]和[super class]的结果都是Son了。

本文参考

Objective-C特性:Runtime
OC中的self和super
iOS经典讲解之[self class]和[super class]的区别

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