前言

在《cache底層分析》一文中詳細得剖析了cache的底層原理以及其相關的流程基公。那么我們有沒有留意到cahche調用insert方法之前做了哪些操作呢？哪些操作又是以什么形式傳遞的呢妒茬？
那么查看objc-cache.mm文件的頭部注釋中寫著insert()的插入時機是通過最上層的objc_msgSend觸發(fā)的仰美，如下圖：

objc-cache.mm頭部注釋

準備資料

• objc4-818.2 源碼
• Objective-C Runtime
• arm匯編指令

runtime

runtime定義

編譯時

• 編譯時 顧名思義就是正在編譯的時候. 編譯器把源代碼翻譯成機器能識別的代碼(當然只是?般意義上這么說,實際上可能只是翻譯成某個中間狀態(tài)的語?)迷殿。編譯時通過語法分析、詞法分析等編譯時類型檢查（靜態(tài)類型檢查）來發(fā)現(xiàn)代碼中的errors或warning等編譯時的錯誤信息咖杂。
• 靜態(tài)檢查不會把代碼放內存中運?起來,?只是當作?本來掃描檢查庆寺，?些?說編譯時還分配內存啥的肯定是錯誤的說法。

運行時

• 運?時就是代碼通過dyld被裝載到內存中執(zhí)行的過程诉字。運?時類型檢查就與前?講的編譯時類型檢查(或者靜態(tài)類型檢查)不?樣懦尝。不是簡單的掃描代碼，?是在內存中做操作和判斷壤圃。

runtime的版本

runtime有兩個版本陵霉，一個Legacy版本（早期版本），一個Modern版本（現(xiàn)行版本）伍绳。

• 早期版本對應的編程接口：Objective-C 1.0
• 現(xiàn)行版本對應的編程接口：Objective-C 2.0踊挠，源碼中經常看到的OBJC2
• 早期版本用于Objective-C 1.0冲杀，32位的Mac OS X的平臺
• 現(xiàn)行版本用于Objective-C 2.0止毕，iPhone程序和Mac OS X v10.5及以后的系統(tǒng)中的64位程序

注意：runtime就是c/c++/匯編寫的一套API。

runtime三種實現(xiàn)方式

• Objective-C方式漠趁，[penson sayHappy]
  -Framework & Serivce方式扁凛，isKindOfClass
• Runtime API方式，class_getInstanceSize
  
  runtime的實現(xiàn)方式

方法的本質

探究底層又兩個方式闯传，第一種就是看匯編代碼谨朝，其次就是C/C++編譯之后的代碼。如果分析匯編代碼的話會設計到寄存器數(shù)據(jù)的一系列讀取操作甥绿，過程比較繁瑣字币，那么我們就采用第二種方式來看看方法底層的實現(xiàn)是怎么樣子的。首先編譯生成main.cpp文件共缕，然后自定義XXPerson類洗出，在XXPerson類中添加實例方法，在main函數(shù)中調用如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
 XXPerson *person = [[XXPerson alloc]init];
        [person saySomething];
        [person sayHappy:@"happy!"];
 }
    return 0;
}

xrun導出main.cpp文件图谷，查看到main函數(shù)的底層實現(xiàn)如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        XXPerson *person = ((XXPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((XXPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("XXPerson"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
        ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("saySomething"));
        ((void (*)(id, SEL, NSString * _Nonnull))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("sayHappy:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_mq_n7r4vx491nz9b2b3wpmz1mg00000gn_T_main_12c37c_mi_1);
    }
    return 0;
}

分析：

• 通過底層的代碼翩活，方法的實現(xiàn)是通過objc_msgSend來發(fā)送的阱洪。
• 方法的本質其實就是消息的發(fā)送。

通過底層objc_msgSend來實現(xiàn)法法菠镇，情況如下：

objc_msgSend調用方法

• objc_msgSend能夠調用類的方法冗荸，跟對象調用的結果一樣。

注意：

• 運行項目之前必須導入<objc/message.h>頭文件利耍。
• 關閉objc_msgSend檢查機制：target --> Build Setting -->搜索objc_msgSend -- Enable strict checking of obc_msgSend calls設置為NO蚌本。

調用類方法

創(chuàng)建XXPerson類方法sayNB，通過調用隘梨，已經底層的main.cpp可以得出一下代碼：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
 XXPerson *person = [[XXPerson alloc]init];
        [person saySomething];
        [XXPerson sayNB];
 }
    return 0;
}
//底層代碼
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        XXPerson *person = ((XXPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((XXPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("XXPerson"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
        ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("saySomething"));
        ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("XXPerson"), sel_registerName("sayNB"));
    }
    return 0;
}

• 類方法的調用也是通過objc_msgSend來進行消息發(fā)送程癌。

注意：

• 通過之前類結構的學習，底層是不分類方法跟實例方法的轴猎，只是查找方法的地方不一樣（實例方法保存在本類鐘嵌莉，類方法保存在元類中）。
• 類方法其實就是元類的實例方法税稼。

調用父類方法

穿件XXTeacher類繼承XXPerson類，并用XXTeacher實例調用父類的saySomething方法如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
 XXTeacher *teacher = [[XXTeacher alloc]init];
        [teacher saySomething];
 }
    return 0;
}

用xrun導出main.cpp文件垮斯，查看底層代碼實現(xiàn)

main底層實現(xiàn)

重寫saySomething

objc_msgSendSuper調用

• 子類調用父類的方法可以通過objc_msgSendSuper來進行消息的發(fā)送兜蠕，其本質也就是消息的發(fā)送扰肌。
• objc_msgSendSuper是通過向父類發(fā)送消息，與objc_msgSend流程有點不一樣熊杨。

objc_msgSendSuper的數(shù)據(jù)結構

通過查找objc4的源碼發(fā)現(xiàn)：

//objc_msgSendSuper的定義
objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ )
    OBJC_AVAILABLE(10.0, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

查看參數(shù)objc_super的結構如下(提取__OBJC2__的部分)：

struct objc_super {
   //消息的接收者
    __unsafe_unretained _Nonnull id receiver;     
 //方法最先查找的class是super_class ,如果super_class查找不到會查找super_class的父類
    __unsafe_unretained _Nonnull Class super_class;  

};

objc_msgSendSuper代碼案例

通過objc_msgSendSuper的方式曙旭，調用XXPerson的saySomething方法:

objc_msgSendSuper案例分析

• objc_msgSendSuper能夠向父類發(fā)送消息，調用父類的方法晶府。
• 方法調用桂躏，首先在本類中找，如果沒有就到父類中找川陆。（receiver只是指定調用的是誰剂习，但是方法是在super_class找）

objc_msgSend匯編探究

首相我們在saySomething方法調用時候下個匯編斷點，如下圖：

saySomething匯編實現(xiàn)

然后我們進入objc_msgSend的匯編實現(xiàn)（打objc_msgSend的符號斷點）较沪，如下圖：

objc_msgSend匯編實現(xiàn)

• 匯編顯示objc_msgSend在libobjc.A.dylib系統(tǒng)庫鳞绕。
• objc_msgSend也可以在objc4的源碼中找到。

objc_msgSend在objc4源碼中的實現(xiàn)

到這里源碼的實現(xiàn)尸曼，有些同學就會想到objc_msgSend可能是c或者是c++來實現(xiàn)的们何。可是實踐告訴我們控轿，objc_msgSend的底層實現(xiàn)在源碼中是匯編語言冤竹。
源碼查找流程:在objc源碼中全局搜索objc_msgSend拂封，找到真機的匯編objc-msg-arm64.s

查找圖

寄存器的轉換

objc_msgSend匯編實現(xiàn)

• 支持Taggedpointer小對象類型，小對象為空 片部，返回nil镣衡，不為nil處理isa獲取class跳轉CacheLookup流程 。
• 不支持Taggedpointer小對象類型且receiver = nil档悠，跳轉LReturnZero流程返回nil廊鸥。
• 不支持Taggedpointer小對象類型且receiver != nil，通過GetClassFromIsa_p16把獲取到class存放在p16的寄存器中辖所，然后走CacheLookup流程惰说。

GetClassFromIsa_p16獲取Class匯編流程

GetClassFromIsa_p16匯編實現(xiàn)

ExtractISA方法的匯編實現(xiàn)

// A12 以上 iPhone X 以上的
#if __has_feature(ptrauth_calls)
   ...
#else
   ...
.macro ExtractISA             //ExtractISA 主要功能 isa & ISA_MASK = class 存放到p16寄存器
    and    $0, $1, #ISA_MASK  // and 表示 & 操作缘回， $0 = $1(isa) & ISA_MASK  = class
.endmacro
// not JOP
#endif

ExtractISA主要功能isa & ISA_MASK = class 存放到p16寄存器吆视。

重點：CacheLookup匯編實現(xiàn)流程

在《cache底層分析》一文中已經根據(jù)objc4底層源碼分析過整個insert的流程了，那么通過CacheLookup匯編的形式來看看這個流程跟之前的是否能夠銜接上酥宴，拭目以待＠舶伞！

buckets和下標index

查找buckets與index

• 獲取_bucketsAndMaybeMask地址也就是cache的地址：p16 = isa(class)拙寡，p16 + 0x10 = _bucketsAndMaybeMask = p11授滓。
• 獲取buckets容器的首地址：buckets = _bucketsAndMaybeMask & 0xffffffffffff(maskShift不同架構也會不同)。
• 獲取hash下標：p12 =（cmd ^ ( _cmd >> 7)）& msak這一步的作用就是獲取hash下標index肆糕。

流程：isa --> _bucketsAndMaybeMask -->buckets -->hash -->index般堆。

遍歷緩存

遍歷緩存

• 根據(jù)下標index 找到index對應的bucket。p13 = buckets + ((_cmd ^ (_cmd >> 7)) & mask) << (1+PTRSHIFT))诚啃。
• 先獲取對應的bucket然后取出imp和sel存放到p17和p9淮摔，然后*bucket--向前移動。
• 1流程：p9= sel和 傳入的參數(shù)_cmd進行比較始赎。如果相等走2流程噩咪，如果不相等走3流程。
• 2流程：緩存命中直接跳轉CacheHit流程极阅。
• 3流程：判斷sel = 0條件是否成立胃碾。如果成立說明buckets里面沒有傳入的參數(shù)_cmd的緩存，沒必要往下走直接跳轉__objc_msgSend_uncached流程筋搏。如果sel 仆百！= 0說明這個bucket被別的方法占用了。你去找下一個位置看看是不是你需要的奔脐。然后在判斷下個位置的bucket和第一個bucket地址大小俄周，如果大于第一個bucket的地址跳轉1流程循環(huán)查找吁讨，如果小于等于則接繼續(xù)后面的流程。
• 如果循環(huán)到第1個bucket里都沒有找到符合的_cmd峦朗。那么會接著往下走建丧，因為下標index后面的可能還有bucket還沒有查詢。

CacheHit

// A12 以上 iPhone X 以上的
#if __has_feature(ptrauth_calls)
   ...
#else   //這是我們需要研究的
.macro TailCallCachedImp
    // $0 = cached imp, $1 = buckets, $2 = SEL, $3 = class(也就是isa)
    eor $0, $0, $3   // $0 = imp ^ class 這一步是對imp就行解碼波势，獲取運行時的imp地址
    br  $0           //調用 imp翎朱，意思是找到方法了并調用了
.endmacro
...
#endif

緩存查詢到以后直接對bucket的imp進行解碼操作。即imp = imp ^ class尺铣，然后調用解碼后的imp拴曲。

遍歷緩存流程圖

帶著疑問：為什么sel = 0 的時候就直接跳出了緩存的查找呢？

遍歷緩存流程圖

• 如果既沒有hash沖突又沒有目標方法的緩存凛忿，那么hash下標對應的bucket就是空的直接跳出緩存查找澈灼。
• 不會出現(xiàn)中間是有空的bucket，兩邊有目標bucket這種情況店溢。

mask向前遍歷緩存

向前遍歷緩存

• 找到最后一個bucket的位置：p13 = buckets + (mask << 1+3)找到最后一個bucket的位置叁熔。
• 先獲取對應的bucket然后取出imp和sel存放到p17和p9，然后*bucket--向前移動床牧。
• p9= sel和 傳入的參數(shù)_cmd進行比較荣回。如果相等走2流程。
• 如果不相等在判斷（sel 叠赦！= 0 && bucket > 第一次確定的hash下標bucket）接著循環(huán)緩存查找驹马，如果整個流程循環(huán)完仍然沒有查詢到或者遇到空的bucket革砸。說明該緩存中沒有緩存）sel = _cmd的方法除秀，緩存查詢結束跳轉__objc_msgSend_uncached流程。
• mask向前遍歷和前面的循環(huán)遍歷邏輯基本一樣算利。

緩存查詢流程圖

緩存查詢流程

objc_msgSend流程圖

objc_msgSend流程