iOS类、元类和isa、super指针的关系图和消息转发

iOS类、元类和isa、super指针的关系图:
图1

对象执行某方法后查找方法路径:例如:[objectA getName]

图2:对象执行某方法后查找方法路径

类执行某方法后查找方法路径:例如:[ClassA alloc]

图3:类执行某方法后查找方法路径

总结:

对象执行方法后会从isa指向的对象中查找方法列表(先找cache,方法执行过第一次后会存到cache,后找methodLists),没找到则沿着super指针往上寻找,直到根类,如果一直找不到则进入消息转发流程
对象的方法列表存在类对象或者类对象的父类中
类对象的方法列表(类方法)存在元类或者元类的父类中
附:
Object-C类结构体

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;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

没有找到方法则进入消息转发流程:

新建测试用的Person

@interface Person : NSObject
@end

此类没有任何方法,在其他类中调用:

Person *person = [[Person alloc] init];
[person performSelector:@selector(test:) withObject:@"测试" afterDelay:0];

Person类实现中:

@implementation Person

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
   if (sel == @selector(test:)) {
       class_addMethod(self, @selector(test:), (IMP)dynamicAddTest, "v@:@");
       return YES;
   }
   return  [super resolveInstanceMethod:sel];
}

void dynamicAddTest(id self, SEL _cmd,id place){
   NSLog(@"arg:%@",place);
}
@end

此时Person类的方法查询顺序如图2,查询不到则进入消息转发流程,首先进入

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel { 
}

多说一点:如果是类方法调用则进入resolveClassMethod,前边图1也可以看出来:类是元类的对象

[Person performSelector:@selector(test:) withObject:@"测试" afterDelay:0];
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {
}

在这个方法中,我们有机会动态添加一个方法实现(IMP)给目标类来处理这个消息,避免了unrecognized selector sent to instance的错误

class_addMethod第三个参数为"v@:@",这表示方法的类型编码v代表一种void@代表一个对象(无论是静态类型还是类型id),:代表方法选择器(SEL),详细说明的Apple官方文档传送门:https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Cocoa/Conceptual/ObjCRuntimeGuide/Articles/ocrtTypeEncodings.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008048-CH100%EF%BC%89

如果在resolveInstanceMethod中未处理,则进入

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
}

这个方法的返回值是id类型,我们可以返回一个可以处理此消息的对象,完整代码如下:

@implementation Car

- (void)test:(NSString *)string {
    NSLog(@"%s",__FUNCTION__);
}

@end
@implementation Person

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(test:)) {
        return [[Car alloc] init];
    }
    return  [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

@end

Car类中实现了test:方法,在forwardingTargetForSelectorreturn了一个Car的对象,这则消息被转发给return的对象处理。
forwardingTargetForSelector方法中没有做操作则顺序进入:

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    //sel:_forwardStackInvocation
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation { 
}

其中methodSignatureForSelector返回方法的签名,两种生成方法,
根据类型编码官方文档,写出对应方法的类型编码"v@:@@",然后生成方法签名:

[NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@@"]

另一种由某个对象的方法生成,一个方法和另一个方法的返回值和参数都相同,则生成的方法签名对象NSMethodSignature *是相同的:

Car *car = [[Car alloc] init];
[Car methodSignatureForSelector:@selector(test:)];

完整代码如下:

@implementation Person

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(test:)){
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@@"];
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    if (anInvocation.selector == @selector(test:)){
        NSString *string = @"测试";
        NSString *string2 = @"测试2";
        Car *car = [[Car alloc] init];
        [anInvocation setTarget:car];
        [anInvocation setSelector:@selector(testInvocation:string2:)];
        [anInvocation setArgument:&string atIndex:2];
        [anInvocation setArgument:&string2 atIndex:3];
        [anInvocation invoke];
    }
}

@end

@implementation Car

- (void)testInvocation:(NSString *)string string2:(NSString *)string2{
    NSLog(@"%s",__FUNCTION__);
    NSLog(@"arg0:%@",string);
    NSLog(@"arg1:%@",string);
}

@end

注意:NSInvocation 的对象执行setTarget方法不可以这么写:

NSInvocation * anInvocation = [[NSInvocation alloc] init];
[anInvocation setTarget:[[Car alloc] init]]

setTarget不会对参数强引用,所以传入的参数刚生成就被释放掉了,导致执行invoke时会crash。

消息转发完整流程如下图(点击放大):

图4

Demo地址:https://github.com/360fengdai/MessageForwardingDemo.git
参数资料:
iOS - NSInvocation的使用:https://www.jianshu.com/p/da96980648b6
使用 NSInvocation 向对象发送消息:https://www.jianshu.com/p/bd04451f2e0e
iOS消息转发机制:https://www.jianshu.com/p/151edae1d6ee
iOS 消息发送与转发详解:https://juejin.im/post/5aa79411f265da237a4cb045
Apple类型编码:https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Cocoa/Conceptual/ObjCRuntimeGuide/Articles/ocrtTypeEncodings.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008048-CH100%EF%BC%89

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