runtime

我們都知道大部分語言是編譯時決議的，而Object-C是在運(yùn)行時決議方淤，這來源于強(qiáng)大的runtime引几。通過runtime可以動態(tài)對類各方面進(jìn)行配置，還有就是消息傳遞爸舒。消息傳遞其實就是通過objc_msgSend按照sel找到函數(shù)imp的過程。

objc_msgSend

新建一個工程稿蹲，在main.m文件夾內(nèi)創(chuàng)建一個LGPerson類。在main函數(shù)內(nèi)部調(diào)用[p study]鹊奖，[p happy]苛聘。

@interface LGPerson : NSObject

- (void)study;
- (void)happy;
+ (void)eat;

@end

@implementation LGPerson

- (void)study {
    NSLog(@"%s",__func__);
}
- (void)happy {
    NSLog(@"%s",__func__);
}
+ (void)eat {
    NSLog(@"%s",__func__);
}

@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        LGPerson *p = [LGPerson alloc];
        [p study];
        [p happy];
        
    }
    return NSApplicationMain(argc, argv);
}

通過clang探索objc_msgSend

使用clang編譯，打開該工程目錄輸入clang -rewrite-objc main.m忠聚，然后打開該工程目下main.cpp文件设哗，我們可以看到[p study]，[p happy]被編譯成了objc_msgSend()函數(shù)两蟀。第一個參數(shù)是接受者网梢，第二個參數(shù)是方法名，系統(tǒng)會根據(jù)這2個參數(shù)找到方法具體實現(xiàn)赂毯。

LGPerson *p = ((LGPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("LGPerson"), sel_registerName("alloc"));
        ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)p, sel_registerName("study"));
        ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)p, sel_registerName("happy"));

我們把 [p study]直接改為編譯后的方法((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)p, NSSelectorFromString(@"study")),直接運(yùn)行驗證战虏，我們可以看到study方法是可以執(zhí)行拣宰。

編譯后的方法驗證

我們在study方法加個參數(shù)str，看看clang編譯文件烦感，打開該工程目錄輸入clang -rewrite-objc main.m巡社，然后打開該工程目下main.cpp文件。

加上參數(shù)的objc_msgSend

((void (*)(id, SEL, NSString *))(void *)objc_msgSend)((id)p, sel_registerName("study:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_mx_2ljwkcpn0kg_4m1bgs1507f00000gn_T_main_5b862f_mi_3);

objc_msgSend的種類

我們查看main.cpp文件的頂部。我們發(fā)現(xiàn)有5種objc_msgSend绿渣。

• objc_msgSend : 發(fā)消息給本類
• objc_msgSendSuper : 發(fā)消息給父類
• objc_msgSend_stret : 發(fā)消息返回值是一個結(jié)構(gòu)體
• objc_msgSendSuper_stret : 發(fā)消息給父類朝群，返回值是一個結(jié)構(gòu)體
• objc_msgSend_fpret : 發(fā)消息返回值是一個浮點(diǎn)型的
  
  objc_msgSend的種類

objc_msgSendSuper

首先我們來個經(jīng)典的面試題，新建一個LGPerson中符，還是申明一個study方法姜胖，再新建一個LGTeacher繼承自LGPerson，在LGTeacher的init方法里面打印[self class]和[super class]舟茶。

@interface LGPerson : NSObject

-(void)study;

@end
@interface LGTeacher : LGPerson

@end
@implementation LGTeacher

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

初始化一個LGTeacher的實例對象谭期，我們通常會認(rèn)為第一個打印是LGTeacher，第二的打印位LGPerson吧凉∷沓觯看看是不是啊，運(yùn)行阀捅。

初始化LGTeacher實例對象

運(yùn)行結(jié)果

objc_msgSendSuper

Developer Documentation

objc_msgSendSuper官方文檔

查看objc_msgSendSuper官方文檔。

• Parameters
  super
  A pointer to an objc_super data structure. Pass values identifying the context the message was sent to, including the instance of the class that is to receive the message and the superclass at which to start searching for the method implementation.
  op
  A pointer of type SEL. Pass the selector of the method that will handle the message.
  ...
  A variable argument list containing the arguments to the method.

• Return Value
  The return value of the method identified by op.

• Discussion
  When it encounters a method call, the compiler generates a call to one of the functions objc_msgSend, objc_msgSend_stret, objc_msgSendSuper, or objc_msgSendSuper_stret. Messages sent to an object’s superclass (using the super keyword) are sent using objc_msgSendSuper; other messages are sent using objc_msgSend. Methods that have data structures as return values are sent using objc_msgSendSuper_stret and objc_msgSend_stret.

• 參數(shù)
  父類
  指向 objc_super 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針朴肺。 傳遞標(biāo)識消息發(fā)送到的上下文的值窖剑，包括要接收消息的類的實例和開始搜索方法實現(xiàn)的超類。
  操作
  SEL 類型的指針戈稿。 傳遞將處理消息的方法的選擇器西土。
  ...
  包含方法參數(shù)的變量參數(shù)列表。

• 返回值
  op 標(biāo)識的方法的返回值鞍盗。

• 討論
  當(dāng)遇到方法調(diào)用時需了，編譯器生成對函數(shù) objc_msgSend跳昼、objc_msgSend_stret、objc_msgSendSuper 或 objc_msgSendSuper_stret 之一的調(diào)用援所。 發(fā)送到對象超類的消息（使用 super 關(guān)鍵字）使用 objc_msgSendSuper 發(fā)送庐舟； 其他消息使用 objc_msgSend 發(fā)送。 將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為返回值的方法使用 objc_msgSendSuper_stret 和 objc_msgSend_stret 發(fā)送住拭。
  我們查看蘋果官方文件可以查看到（使用 super 關(guān)鍵字）使用 objc_msgSendSuper 發(fā)送挪略，所以說我們前文[super class]是實際是調(diào)用objc_msgSendSuper函數(shù)的，接受者是類的實例滔岳。
  我們可以看到main.app內(nèi)部[super class],其實接受者還是self一個LGTeacher的實例對象杠娱，所以說消息的接受者還是LGTeacher的實例對象，所以[super class]輸出為LGTeacher谱煤。
  

  main.app

重寫objc_msgSendSuper

我們在子類LGTeacher重寫父類LGPerson的study方法摊求，然后不進(jìn)行調(diào)用，然后我們重寫objc_msgSendSuper刘离。查看objc_super結(jié)構(gòu)體我們可以發(fā)現(xiàn)它需要傳一個receiver（接受者）和super_class（父類）室叉。receiver還是LGTeacher，super_class是LGPerson.class硫惕。

    struct objc_super lg_objc_super;
    lg_objc_super.receiver = self;
    lg_objc_super.super_class = LGPerson.class;

    void* (*objc_msgSendSuperTyped)(struct objc_super *self,SEL _cmd) = (void *)objc_msgSendSuper;
    objc_msgSendSuperTyped(&lg_objc_super,@selector(study));

重寫objc_msgSendSuper方法

子類調(diào)用study方法

objc_super結(jié)構(gòu)體

運(yùn)行我們可以發(fā)現(xiàn)是可以調(diào)用LGPerson的study方法茧痕。

study方法調(diào)用

lg_objc_super.super_class = NSObject.class;

運(yùn)行，我們可以看到是找不到這個study方法的恼除，因為使用objc_msgSendSuper時候它會直接從它的super_class直接找相應(yīng)的方法實現(xiàn)踪旷，我們設(shè)置的是NSObject.class，NSObject沒有實現(xiàn)study方法豁辉，所以就直接就找不到study方法的實現(xiàn)了令野。

找不到方法

方法的快速查找

我們是結(jié)合objc4-838進(jìn)行探索的，我們?nèi)炙阉?code>objc_msgSend徽级，可以看到有很多气破，我們找到真機(jī)arm64架構(gòu)下的，objc_msgSend是由匯編寫的餐抢，為什么會采用匯編呢堵幽，是因為匯編效率性能高，可以節(jié)約不少的時間弹澎。

objc_msgSend

objc_msgSend符號

然后在加上符號

進(jìn)入objc_msgSend函數(shù)

• objc_msgSend匯編解析

//進(jìn)入objc_msgSend流程
    ENTRY _objc_msgSend
//流程開始团滥，無需frame
    UNWIND _objc_msgSend, NoFrame

//判斷p0(消息接受者)是否存在，不存在則重新開始執(zhí)行objc_msgSend
    cmp p0, #0          // nil check and tagged pointer check

//如果支持小對象類型报强。返回小對象或空
#if SUPPORT_TAGGED_POINTERS
//b是進(jìn)行跳轉(zhuǎn)灸姊，b.le是小于判斷，也就是小于的時候LNilOrTagged
    b.le    LNilOrTagged        //  (MSB tagged pointer looks negative)
#else
//等于秉溉，如果不支持小對象力惯，就LReturnZero
    b.eq    LReturnZero
#endif
//通過p13取isa
    ldr p13, [x0]       // p13 = isa
//通過isa取class并保存到p16寄存器中
    GetClassFromIsa_p16 p13, 1, x0  // p16 = class
//LGetIsaDone是一個入口
LGetIsaDone:
    // calls imp or objc_msgSend_uncached
//進(jìn)入到緩存查找或者沒有緩存查找方法的流程
    CacheLookup NORMAL, _objc_msgSend, __objc_msgSend_uncached

#if SUPPORT_TAGGED_POINTERS
LNilOrTagged:
// nil check判空處理，直接退出
    b.eq    LReturnZero     // nil check
    GetTaggedClass
    b   LGetIsaDone
// SUPPORT_TAGGED_POINTERS
#endif

我們可以看到是和objc4-838中objc_msgSend函數(shù)匯編是一樣的召嘶。

1. 首先進(jìn)入objc_msgSend流程父晶，cmp p0,判斷p0是否存在，我們讀取寄存器看看,可以看到x0是一個LGTeacher的實例對象,x1是study方法弄跌。
   
   讀取寄存器x0 x1
   
   2.ldr p13, [x0]通過p13取isa指針地址甲喝，我們可以打印x13地址為0x000021a1047b96e1，然后我們通過x0打印對象的isa铛只，可以看到x13就是對象的isa指針埠胖。
   
   isa
   
   3.GetClassFromIsa_p16 p13, 1, x0：通過isa&掩碼(0xffffffff8)獲取class并保存到p16寄存器中，我們打印x16可以看到x16是類對象地址淳玩。
   
   image.png
   
   4.CacheLookup NORMAL, _objc_msgSend, __objc_msgSend_uncached開始找方法直撤，取出x16的class移到x15，通過x16找cache凯肋。

CacheLookup

5.ldr x11, [x16, #0x10]：x16通過內(nèi)存平移可以得到x11,x11就是之前cache詳解內(nèi)的第一個8字節(jié)成員_bucketsAndMaybeMask谊惭。

驗證x11

CacheHit

_objc_msgSend_uncached函數(shù)

總結(jié)：
當(dāng)調(diào)用objc_msgSend(receiver, sel)時:

• 看receiver是否存在
• 通過receiver的isa指針獲取類對象
• 通過類對象內(nèi)存平移獲取cache
• 通過cache找到buckets
• 根據(jù)buckets找相應(yīng)的sel
• 如果有相應(yīng)的sel走CacheHit函數(shù)
• 如果沒有相應(yīng)的sel會調(diào)用_objc_msgSend_uncached函數(shù)

方法的慢速查找

方法在cache內(nèi)找不到就是調(diào)用_objc_msgSend_uncached函數(shù)悄雅，我們在_objc_msgSend_uncached函數(shù)內(nèi)部可以看到它會調(diào)用MethodTableLookup函數(shù)驱敲，MethodTableLookup函數(shù)會調(diào)用_lookUpImpOrForward。_lookUpImpOrForward函數(shù)在匯編內(nèi)是看不到宽闲，那我們直接在源碼內(nèi)搜索lookUpImpOrForward众眨。

_objc_msgSend_uncached

MethodTableLookup

判斷cache內(nèi)部有沒有方法

lookUpImpOrForward

getMethodNoSuper_nolock

search_method_list_inline

findMethodInSortedMethodList

done

log_and_fill_cache

curClass->getSuperclass()

總結(jié)：
消息的慢速查找流程：

• 調(diào)用lookUpImpOrForward
• 看本類的cache里面有沒有該方法
• 如果沒有看本類的methodList有沒有該方法(二分查找)
• 如果沒有看父類的cache里面有沒有該方法
• 如果沒有看父類的methodList有沒有該方法(二分查找)
• 然后逐級向上查找
• 當(dāng)父類是nil的時候也就是查找到NSObject的時候再姑，都沒有的話就會進(jìn)入消息轉(zhuǎn)發(fā)流程萌抵。