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消息發(fā)送

在Objective-C里面調(diào)用一個方法[object method]，運(yùn)行時會將它翻譯成objc_msgSend(id self, SEL op, ...)的形式。

objc_msgSend

objc_msgSend的實(shí)現(xiàn)在objc-msg-arm.s昆码、objc-msg-arm64.s等文件中，是通過匯編實(shí)現(xiàn)的延塑。這里主要看在arm64即objc-msg-arm64.s的實(shí)現(xiàn)蠢护。由于匯編不熟堤结，里面的實(shí)現(xiàn)只能連看帶猜必怜。

    ENTRY _objc_msgSend
    UNWIND _objc_msgSend, NoFrame
    MESSENGER_START

    cmp x0, #0          // nil check and tagged pointer check
    b.le    LNilOrTagged        //  (MSB tagged pointer looks negative)
    ldr x13, [x0]       // x13 = isa
    and x16, x13, #ISA_MASK // x16 = class  
LGetIsaDone:
    CacheLookup NORMAL      // calls imp or objc_msgSend_uncached

LNilOrTagged:
    /* nil check洼畅，如果為空就是調(diào)用LReturnZero，LReturnZero里調(diào)用MESSENGER_END_NIL*/
    b.eq    LReturnZero     // nil check

    // tagged
    mov x10, #0xf000000000000000
    cmp x0, x10
    b.hs    LExtTag
    adrp    x10, _objc_debug_taggedpointer_classes@PAGE
    add x10, x10, _objc_debug_taggedpointer_classes@PAGEOFF
    ubfx    x11, x0, #60, #4
    ldr x16, [x10, x11, LSL #3]
    b   LGetIsaDone

LExtTag:
    // ext tagged
    adrp    x10, _objc_debug_taggedpointer_ext_classes@PAGE
    add x10, x10, _objc_debug_taggedpointer_ext_classes@PAGEOFF
    ubfx    x11, x0, #52, #8
    ldr x16, [x10, x11, LSL #3]
    b   LGetIsaDone
    
LReturnZero:
    // x0 is already zero
    mov x1, #0
    movi    d0, #0
    movi    d1, #0
    movi    d2, #0
    movi    d3, #0
    MESSENGER_END_NIL
    ret

    END_ENTRY _objc_msgSend

上面的流程可能是這樣的：

objc_msgsend

從CacheLookup的注釋有兩處：

1. calls imp or objc_msgSend_uncached
2. Locate the implementation for a selector in a class method cache.

即使看不懂匯編代碼棚赔，但是從上面的注釋我們可以猜測，消息機(jī)制會先從緩存中去查找。

__objc_msgSend_uncached

通過方法名我們可以知道靠益，沒有緩存的時候應(yīng)該會執(zhí)行__objc_msgSend_uncached丧肴。

    STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
    UNWIND __objc_msgSend_uncached, FrameWithNoSaves

    // THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION
    // Out-of-band x16 is the class to search
    
    MethodTableLookup
    br  x17

    END_ENTRY __objc_msgSend_uncached

這里的MethodTableLookup里涉及到objc-runtime-new.mm文件中的_class_lookupMethodAndLoadCache3。該函數(shù)會調(diào)用lookUpImpOrForward函數(shù)胧后。

lookUpImpOrForward

lookUpImpOrForward會返回一個imp芋浮，它的函數(shù)實(shí)現(xiàn)比較長，但是注釋寫的非常清楚壳快。它的實(shí)現(xiàn)主要由以下幾步（這里直接從緩存獲取開始）：

1. 通過cache_getImp從緩存中獲取方法纸巷，有則返回，否則進(jìn)入第2步眶痰；
2. 通過getMethodNoSuper_nolock從類的方法列表中獲取瘤旨，有加入緩存中并返回，否則進(jìn)入第3步竖伯；
3. 通過父類的緩存和父類的方法列表中尋找是否有對應(yīng)的imp存哲，此時會進(jìn)入一個for循環(huán)，沿著類的父類一直往上找七婴，直接找到NSObject為止祟偷。如果找到返回，否則進(jìn)入第4步打厘；
4. 進(jìn)入方法決議（method resolve）的過程即調(diào)用_class_resolveMethod修肠，如果失敗，進(jìn)入第5步户盯；
5. 在緩存嵌施、當(dāng)前類、父類以及方法決議都沒有找到的情況下先舷，Objective-C還為我們提供了最后一次翻身的機(jī)會艰管，調(diào)用_objc_msgForward_impcache進(jìn)行方法轉(zhuǎn)發(fā)，如果找到便加入緩存蒋川；如果沒有就crash牲芋。

上述過程中有幾個比較重要的函數(shù)：

_class_resolveMethod

void _class_resolveMethod(Class cls, SEL sel, id inst) {
    if (! cls->isMetaClass()) {
        // try [cls resolveInstanceMethod:sel]
        _class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
    } 
    else {
        // try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
        // and [cls resolveInstanceMethod:sel]
        _class_resolveClassMethod(cls, sel, inst);
        if (!lookUpImpOrNil(cls, sel, inst, 
                            NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/)) 
        {
            _class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
        }
    }
}

上述函數(shù)會根據(jù)當(dāng)前傳入的類的是不是一個元類，在_class_resolveInstanceMethod和_class_resolveClassMethod中選擇一個進(jìn)行調(diào)用捺球。注釋也說明了這兩個方法的作用就是判斷當(dāng)前類是否實(shí)現(xiàn)了 resolveInstanceMethod:或者resolveClassMethod:方法缸浦，然后用objc_msgSend執(zhí)行上述方法。

_class_resolveClassMethod

_class_resolveClassMethod和_class_resolveInstanceMethod實(shí)現(xiàn)類似氮兵，這里就只看_class_resolveClassMethod的實(shí)現(xiàn)裂逐。

static void _class_resolveClassMethod(Class cls, SEL sel, id inst) {
    assert(cls->isMetaClass());

    if (! lookUpImpOrNil(cls, SEL_resolveClassMethod, inst, 
                         NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/)) {
         //沒有找到resolveClassMethod方法，直接返回泣栈。
        return;
    }

    BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
    bool resolved = msg(_class_getNonMetaClass(cls, inst), 
                        SEL_resolveClassMethod, sel);

    // 緩存結(jié)果
    IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel, inst, 
                             NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/);
    // 以下代碼省略不影響閱讀                          
}

_objc_msgForward_impcache

    STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache

    MESSENGER_START
    nop
    MESSENGER_END_SLOW

    // No stret specialization.
    b   __objc_msgForward

    END_ENTRY __objc_msgForward_impcache

    ENTRY __objc_msgForward

    adrp    x17, __objc_forward_handler@PAGE
    ldr x17, [x17, __objc_forward_handler@PAGEOFF]
    br  x17
    
    END_ENTRY __objc_msgForward

_objc_msgForward_impcache用來進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)卜高，但是其真正的核心是調(diào)用_objc_msgForward弥姻。

消息轉(zhuǎn)發(fā)

關(guān)于_objc_msgForward在objc中并沒有其相關(guān)實(shí)現(xiàn)，只能看到_objc_forward_handler掺涛。其實(shí)_objc_msgForward的實(shí)現(xiàn)是在CFRuntime.c中的庭敦，但是開源出來的CFRuntime.c并沒有相關(guān)實(shí)現(xiàn)，但是也不影響我們對真理的追求薪缆。

我們做幾個實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證消息轉(zhuǎn)發(fā)秧廉。

消息重定向測試

// .h文件
@interface AObject : NSObject

- (void)sendMessage;

@end
// .m文件
@implementation AObject

/** 驗(yàn)證消息重定向 */
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(sendMessage)) {
         return [BObject new];
    }

    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

@end

// .h文件
@interface BObject : NSObject

- (void)sendMessage;

@end

// .m文件
@implementation BObject

- (void)sendMessage {
    NSLog(@"%@ send message", self.class);
}

@end

// 調(diào)用
AObject *a = [AObject new];
[a sendMessage];

運(yùn)行結(jié)果：

2019-03-12 10:18:54.252949+0800 iOSCodeLearning[18165:5967575] BObject send message

在forwardingTargetForSelector:處打個斷點(diǎn)，查看一下調(diào)用棧：

message_redirection

_CF_forwarding_prep_0和___forwarding___這兩個方法會先被調(diào)用了拣帽，之后調(diào)用了forwardingTargetForSelector:疼电。

方法簽名測試

// .h文件
@interface AObject : NSObject

- (void)sendMessage;

@end
// .m文件
@implementation AObject

/** 消息重定向 */
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
   return nil;
}

/** 方法簽名測試 */
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(sendMessage)) {
        return [BObject instanceMethodSignatureForSelector:@selector(sendMessage)];
    }
    
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    SEL selector = [anInvocation selector];
    if (selector == @selector(sendMessage)) {
        [anInvocation invokeWithTarget:[BObject new]];
    } else {
        [super forwardInvocation:anInvocation];
    }
}

@end

// .h文件
@interface BObject : NSObject

- (void)sendMessage;

@end

// .m文件
@implementation BObject

- (void)sendMessage {
    NSLog(@"%@ send message", self.class);
}

@end

// 調(diào)用
AObject *a = [AObject new];
[a sendMessage];

method_signature

代碼執(zhí)行結(jié)果和消息重定向測試的運(yùn)行結(jié)果一致。_CF_forwarding_prep_0和___forwarding___這兩個方法又再次被調(diào)用了减拭，之后代碼會先執(zhí)行forwardingTargetForSelector:（消息重定向）蔽豺，消息重定向如果失敗后調(diào)用methodSignatureForSelector:和forwardInvocation:方法簽名。所以說___forwarding___方法才是消息轉(zhuǎn)發(fā)的真正實(shí)現(xiàn)峡谊。

crash測試

// .h文件
@interface AObject : NSObject

- (void)sendMessage;

@end
// .m文件
@implementation AObject

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    return nil;
}

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

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

/** 驗(yàn)證Crash */
- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(sendMessage)) {
        NSLog(@"%@ doesNotRecognizeSelector", self.class);
    }
}

@end

// .h文件
@interface BObject : NSObject

- (void)sendMessage;

@end

// .m文件
@implementation BObject

- (void)sendMessage {
    NSLog(@"%@ send message", self.class);
}

@end

// 調(diào)用
AObject *a = [AObject new];
[a sendMessage];

代碼運(yùn)行結(jié)果肯定是crash茫虽，結(jié)合上面的代碼我們知道消息轉(zhuǎn)發(fā)會調(diào)用___forwarding___這個內(nèi)部方法。___forwarding___方法調(diào)用順序是forwardingTargetForSelector:->methodSignatureForSelector:->doesNotRecognizeSelector:

我們用一張圖表示整個消息發(fā)送的過程：

消息機(jī)制流程圖

super關(guān)鍵字

我們先查看一下執(zhí)行[super init]的時候既们，調(diào)用了那些方法

super_init

objc_msgSendSuper2的聲明在objc-abi.h中

// objc_msgSendSuper2() takes the current search class, not its superclass.
OBJC_EXPORT id _Nullable
objc_msgSendSuper2(struct objc_super * _Nonnull super, SEL _Nonnull op, ...)
    OBJC_AVAILABLE(10.6, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

objc_super的定義如下：

struct objc_super {
    /// Specifies an instance of a class.
    __unsafe_unretained _Nonnull id receiver;

    /// Specifies the particular superclass of the instance to message. 
#if !defined(__cplusplus)  &&  !__OBJC2__
    /* For compatibility with old objc-runtime.h header */
    __unsafe_unretained _Nonnull Class class;
#else
    __unsafe_unretained _Nonnull Class super_class;
#endif
    /* super_class is the first class to search */
};

從上面的定義我們可以知道receiver即消息的實(shí)際接收者濒析，
super_class為指向當(dāng)前類的父類。

所以該函數(shù)實(shí)際的操作是：從objc_super結(jié)構(gòu)體指向的super_class開始查找啥纸，直到會找到NSObject的方法為止号杏。找到后以receiver去調(diào)用。當(dāng)然整個查找的過程還是和消息發(fā)送的流程一樣斯棒。

所以我們能理解為什么下面這段代碼執(zhí)行的結(jié)果都是AObject了吧盾致。雖然使用[super class]，但是真正執(zhí)行方法的對象還是AObject荣暮。

// 代碼
@implementation AObject

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        NSLog(@"%@", [super class]);
        NSLog(@"%@", [self class]);
    }
    
    return self;
}

@end

// 執(zhí)行結(jié)果
2019-03-12 19:44:46.003313+0800 iOSCodeLearning[34431:7234182] AObject
2019-03-12 19:44:46.003442+0800 iOSCodeLearning[34431:7234182] AObject