Runtime-方法调用以及消息转发

objc_object, objc_class 以及 Ojbc_method

在 Objective-C 中,每个类都有一个isa指针,在isa结构体中有一个objc_method_list(该类的方法列表),每个方法是objc_method。一个 objc_method 结构体中包含函数名,也就是SEL,有表示函数类型的字符串 (见 Type Encoding) 、方法参数类型以及函数的实现IMP。objc_method结构体如下:

struct objc_method {

    SEL _Nonnull method_name          //方法名称           

    char * _Nullable method_types      //方法参数类型                     

    IMP _Nonnull method_imp             //方法实现地址

}                                                     

先讲一下我理解的消息发送(调用方法),在OC中调用一个方法,本质上是给一个对象发送了一条消息(类方法也一样,类是元类的对象)。比如[obj foo]调用obj的foo方法相当于objc_msgSend(obj, foo) ,即给obj发送foo消息。

方法调用的实现步骤如下(对象方法):

1.从isa结构体的objc_cache中查找是否缓存了该方法,如果缓存了则去方法实现地址实现该方法,结束。

2.若缓存中没有,则从isa的objc_method_list中查找该方法,找到,则跳到方法的实现实现该方法,然后把该方法的method_name作为key,method_imp作为value存入objc_cache中,结束。

3.若在该isa中没有找到方法,则通过isa的super_class找到父类,在他父类中重复第一步和第二步,若还没有找到,则继续往父类查找。

objc_cache存在的好处:

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。这就是objc_cache的作用。 - 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。

动态方法解析和转发

调用方法后如果在运行时经过了上述的步骤还是没有找到该方法(调用了没有实现的方法),一般情况程序会在运行时挂掉并抛出 unrecognized selector sent to … 的异常。但在异常抛出前,Objective-C 的运行时会给你三次拯救程序的机会:

1.Method Resolution(动态方法解析)

Objective-C 运行时会调用 +resolveInstanceMethod: 或者 +resolveClassMethod:,可以提供一个函数实现。如果你添加了函数并返回 YES(如果在返回NO前,给class添加了该方法的实现,则仍然会调用该方法), 那运行时系统就会重新启动一次消息发送的过程。

如:创建一个类Test,声明一个对象方法和一个类方法,并不实现他们

运行时,在遇到没有实现的方法时,首先会调用所属类(Test)的类方法+resolveInstanceMethod:(对象方法)或者+resolveClassMethod:(类方法)。在这个方法中,可以为该未知消息新增一个“处理方法”。

使用步骤:

1.声明一个函数实现,即下面的void functionForMethod(id obj, SEL _cmd){}。

2.使用class_addMethod函数把该实现动态添加到类里面。此时就会调用声明的函数,而不会奔溃。


如果 resolve 方法返回 NO,或者未实现resolve方法(默认是没有其他函数可以接受该消息的),运行时就会移到下一步:

2.Message Forwarding(消息转发)

动态方法解析无法处理消息的时候,会走消息转发。如果目标对象(Test)实现了 -forwardingTargetForSelector: ,Runtime 这时就会调用这个方法,把这个消息转发给其他对象去实现。(测试只能转发对象方法)。

消息转发的接收者不能是自己,需要新建一个类来接收转发的消息。

新建RuntimeMethodHelper类,实现需要接收的转发消息

在Test中实现-forwardingTargetForSelector:方法,此时会调用RuntimeMethodHelper中的hello方法

如果不实现该方法或者返回的是nil或者self,则会走创建一个 NSInvocation 对象的消息转发。

3.完整消息转发(创建NSInvocation)

这一步是 Runtime 最后一次挽救的机会。

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: 消息给当前对象。

NSInvocation 实际上就是对一个消息的描述,包括selector 以及参数等信息。所以你可以在 -forwardInvocation: 里修改传进来的 NSInvocation 对象,然后发送 -invokeWithTarget: 消息,传进去一个新的目标(响应该方法的对象):


Cocoa 里很多地方都利用到了消息传递机制来对语言进行扩展,如 Proxies、NSUndoManager 跟 Responder Chain。NSProxy 就是专门用来作为代理转发消息的;NSUndoManager 截取一个消息之后再发送;而 Responder Chain 保证一个消息转发给合适的响应者。

总结

Objective-C 中给一个对象发送消息会经过以下几个步骤:

在对象类的 dispatch table 中尝试找到该消息。如果找到了,跳到相应的函数IMP去执行实现代码;

如果没有找到,Runtime 会发送 +resolveInstanceMethod: 或者 +resolveClassMethod: 尝试去 resolve 这个消息;

如果 resolve 方法返回 NO,Runtime 就发送 -forwardingTargetForSelector: 允许你把这个消息转发给另一个对象;

如果没有新的目标对象返回, Runtime 就会发送 -methodSignatureForSelector:和 -forwardInvocation: 消息。你可以发送 -invokeWithTarget: 消息来手动转发消息或者发送 -doesNotRecognizeSelector: 抛出异常。

参考:Objective-C Runtime

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