coding 的演示功能不讓用卿操，原來(lái)搭建的博客訪問(wèn)不了了。索性將全部博客遷移到簡(jiǎn)書待诅，這篇是舊文章叹坦，歡迎大家以后來(lái)簡(jiǎn)書看我的博客
經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的面試，工作終于塵埃落定了咱士。這兩個(gè)多月的面試過(guò)程中立由，我發(fā)現(xiàn)很多底層基礎(chǔ)的東西大公司非吃觯看重序厉。比如：RunLoop，RunTime毕箍，Block等弛房。這篇文章主要是介紹RunTime中函數(shù)調(diào)用的機(jī)制，知識(shí)點(diǎn)有一定深度而柑，也是面試過(guò)程中能力的體現(xiàn)文捶。
1.Objective-C中的函數(shù)調(diào)用
對(duì)于C語(yǔ)言，函數(shù)調(diào)用是由編譯器直接轉(zhuǎn)化完成的媒咳，在編譯時(shí)程序就開(kāi)始查找要執(zhí)行的函數(shù)(C語(yǔ)言函數(shù)調(diào)用原理)粹排。
然而在OC中，情況確是完全不一樣的涩澡。在編譯時(shí)OC程序并不直接查找要執(zhí)行的函數(shù)顽耳，必須等到真正運(yùn)行時(shí)，程序才查找要執(zhí)行的函數(shù)。這就是OC的運(yùn)行時(shí)特性射富。
例子：在C語(yǔ)言中膝迎，僅申明一個(gè)函數(shù)，不去實(shí)現(xiàn)胰耗。其他地方調(diào)用此函數(shù)限次。編譯時(shí)就會(huì)報(bào)錯(cuò)(C語(yǔ)言編譯時(shí)查找要執(zhí)行的函數(shù)，找不到所以報(bào)錯(cuò))柴灯。而同樣的情況在OC中并不會(huì)報(bào)錯(cuò)卖漫，只有在運(yùn)行時(shí)候才會(huì)報(bào)錯(cuò)。(OC運(yùn)行時(shí)才查找要執(zhí)行的函數(shù))
2.Objective-C函數(shù)調(diào)用的底層實(shí)現(xiàn)
Objective-C為什么能在運(yùn)行時(shí)才查找函數(shù)赠群，它到底是怎么做到的呢懊亡？下面我們就來(lái)看看吧。
在runTime的SDK下有一個(gè)objc_msgSend()的方法
OBJC_EXPORT id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
當(dāng)我們寫下一行代碼[obj doSth];乎串，在編譯時(shí)店枣，編譯器并不直接去查找doSth的方法，而是將代碼轉(zhuǎn)化為
objc_msgSend(obj,@selector(doSth));
將調(diào)用函數(shù)的對(duì)象obj和函數(shù)的方法名對(duì)應(yīng)的SEL@selector(doSth)作為參數(shù)傳入objc_msgSend()方法中叹誉。由objc_msgSend()方法實(shí)現(xiàn)了函數(shù)查找和匹配鸯两。
在objc_msgSend()方法中，主要通過(guò)以下步驟來(lái)查找和調(diào)用函數(shù)：
- 根據(jù)對(duì)象
obj找到對(duì)象類中存儲(chǔ)的函數(shù)列表methodLists长豁。 - 再根據(jù)SEL
@selector(doSth)在methodLists中查找對(duì)應(yīng)的函數(shù)指針method_imp钧唐。 - 根據(jù)函數(shù)指針
method_imp調(diào)用響應(yīng)的函數(shù)。
3.objc_msgSend的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)
前面我們只是簡(jiǎn)單的介紹了objc_msgSend()的原理匠襟，下面我們來(lái)詳細(xì)看看objc_msgSend是怎么實(shí)現(xiàn)的钝侠。
首先我們來(lái)看看NSObject的結(jié)構(gòu)，對(duì)于任意一個(gè)NSObject對(duì)象酸舍，下面都有一個(gè)isa的屬性帅韧，指向?qū)ο髮?duì)應(yīng)的Class類
@interface NSObject <NSObject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}
所以通過(guò)isa屬性即可拿到對(duì)象對(duì)應(yīng)的Class。然后我們來(lái)看看<span id="jump">Class的結(jié)構(gòu)</span>
typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
Class isa; // 指向metaclass
Class superclass; // 指向父類Class
const char *name; // 類名
uint32_t version; // 類的版本信息
uint32_t info; // 一些標(biāo)識(shí)信息啃勉，標(biāo)明是普通的Class還是metaclass
uint32_t instance_size; // 該類的實(shí)例變量大小(包括從父類繼承下來(lái)的實(shí)例變量);
struct old_ivar_list *ivars; //類中成員變量的信息
struct old_method_list **methodLists; 類中方法列表
Cache cache; 查找方法的緩存忽舟，用于提升效率
struct old_protocol_list *protocols; // 存儲(chǔ)該類遵守的協(xié)議
}
由上面的代碼我們能看到Class是一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針，指向objc_class結(jié)構(gòu)體淮阐。
在objc_class中有一個(gè)methodLists屬性叮阅，這是一個(gè)old_method_list結(jié)構(gòu)體。
struct old_method_list {
void *obsolete; //廢棄的屬性
int method_count; //方法的個(gè)數(shù)
/* variable length structure */
struct old_method method_list[1]; //方法的首地址
};
old_method_list結(jié)構(gòu)體是一個(gè)儲(chǔ)存old_method的列表，他有2個(gè)成員，分別是old_method的個(gè)數(shù)和存儲(chǔ)首地址驱敲。我們可以把他當(dāng)做一個(gè)可變長(zhǎng)度的old_method數(shù)組耻讽。
開(kāi)始我也不明白為什么是
method_list[1]，數(shù)組的大小怎么會(huì)是1呢渡处？后來(lái)才想通由于數(shù)組的大小是不定的陵究，不同的類對(duì)應(yīng)的不同的方法個(gè)數(shù)僚害。所以定義時(shí)只存儲(chǔ)首地址缴饭，在實(shí)際使用過(guò)程中再擴(kuò)展長(zhǎng)度
我們?cè)賮?lái)看看old_method結(jié)構(gòu)體
struct old_method {
SEL method_name; //函數(shù)的SEL
char *method_types; //函數(shù)的類型
IMP method_imp; //函數(shù)指針
};
old_method結(jié)構(gòu)體由method_name暑劝，method_types，method_imp三個(gè)成員組成颗搂，分別對(duì)應(yīng)著函數(shù)的SEL担猛，函數(shù)類型，和指向具體要執(zhí)行函數(shù)的函數(shù)指針丢氢。
所以只要找到old_method即可通過(guò)其成員屬性method_imp來(lái)調(diào)用具體要執(zhí)行的函數(shù)傅联。
我們?cè)賮?lái)理一下思路：
- obj->isa(Class類型) obj對(duì)象通過(guò)isa屬性拿到對(duì)應(yīng)的Class
- Class->methodLists(old_method_list類型) Class通過(guò)methodLists屬性拿到存放所有方法的列表
- old_method_list->old_method 在old_method_list中通過(guò)SEL查找到對(duì)應(yīng)的old_method
- old_method->method_imp(IMP類型) old_method通過(guò)method_imp屬性拿到函數(shù)指針
- method_imp->調(diào)用函數(shù) 通過(guò)函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)
通過(guò)上面的思路我們知道只有第三步稍微復(fù)雜一些，我們來(lái)看看第三步的具體代碼吧疚察。
static inline old_method *_findMethodInList(old_method_list * mlist, SEL sel) {
int i;
if (!mlist) return nil;
for (i = 0; i < mlist->method_count; i++) {
old_method *m = &mlist->method_list[i];
if (m->method_name == sel) {
return m;
}
}
return nil;
}
- 查找函數(shù)是個(gè)內(nèi)聯(lián)函數(shù)蒸走，傳入
old_method_list和SEL，返回old_method - 首先對(duì)
old_method_list數(shù)組判空貌嫡，如果為空比驻，返回nil - 遍歷
old_method_list數(shù)組，根據(jù)SEL匹配岛抄，找到old_method
4.函數(shù)調(diào)用的性能優(yōu)化
上面部分我們已經(jīng)講完了函數(shù)調(diào)用的基本過(guò)程别惦。在看完上面部分之后大家可能會(huì)有疑惑：Objective-C的函數(shù)調(diào)用是如此的復(fù)雜，會(huì)不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行起來(lái)非常慢呢夫椭？畢竟每調(diào)用一個(gè)函數(shù)都要走這么多過(guò)程掸掸。
別急，其實(shí)在調(diào)用的過(guò)程中蘋果對(duì)其做了一些性能優(yōu)化蹭秋，使得其調(diào)用并不比C語(yǔ)言很多扰付。下面我們來(lái)具體看看做了哪些性能優(yōu)化：
4.1 SEL的使用
大家可能早就有疑惑了，前面一直在說(shuō)SEL仁讨，SEL到底是個(gè)什么東西羽莺？
/// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;
蘋果對(duì)SEL的官方解釋是：一種不透明的類型，它代表著一個(gè)方法選擇器陪竿。
SEL本質(zhì)其實(shí)是一個(gè)int類型的地址禽翼，指向存儲(chǔ)的方法名屠橄。對(duì)于每一個(gè)類族跛，都會(huì)分配一塊特殊空空間，專門存儲(chǔ)類中的方法名锐墙，SEL就是指向?qū)?yīng)方法名的地址礁哄。由于方法名字符串是唯一的，所以SEL也是唯一的溪北。
為什么不直接使用方法名而使用SEL呢桐绒？這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有找到比較官方的資料夺脾，個(gè)人認(rèn)為由于方法名是字符串，SEL是int類型茉继，使用時(shí)int類型更方便咧叭，效率更高（特別是比較相等時(shí)，字符串的比較比int的比較效率低很多）
4.2 cache的使用
我們來(lái)仔細(xì)分析一下函數(shù)的調(diào)用過(guò)程：
obj->isa->methodLists
old_method->method_imp
- 由于
isa是obj的成員變量烁竭，methodLists是isa的成員變量菲茬，所以用obj可以直接拿到methodLists - 由于
method_imp是old_method的成員變量，所以用old_method可以直接拿到method_imp
所以函數(shù)調(diào)用過(guò)程的主要時(shí)間消耗在methodLists中查找old_method派撕。
cache就是用來(lái)優(yōu)化這個(gè)查找過(guò)程的婉弹。cache也是objc_class的一個(gè)結(jié)構(gòu)體成員，見(jiàn)Class的結(jié)構(gòu)终吼。
我們可以把cache簡(jiǎn)單當(dāng)成一個(gè)哈希表镀赌，key是SEL，Value是old_method际跪。由此可知商佛，從cache中查找old_method相當(dāng)簡(jiǎn)單高效。
從methodLists中查找old_method的真正過(guò)程分為如下兩步：
- 通過(guò)
SEL在cache中查找old_method姆打，若找到了直接返回威彰，若未找到執(zhí)行2 - 在
methodLists中查找old_method，找到之后先將old_method插入cache中以方便下次查找穴肘，再返回old_method
由此可知歇盼，在第一次調(diào)用某個(gè)函數(shù)時(shí)，會(huì)比較慢评抚，因?yàn)?code>cache中沒(méi)有這個(gè)函數(shù)豹缀，第二次調(diào)用時(shí)就會(huì)非常快了
總結(jié)
這篇文章主要是講Objective-C中函數(shù)調(diào)用的過(guò)程慨代，其他不太相關(guān)的東西就被忽略了邢笙，例如objc_class結(jié)構(gòu)體中其他成員變量作用，本類中查找不到函數(shù)怎么去父類中查找侍匙，如果沒(méi)有找到函數(shù)怎么辦氮惯？這些問(wèn)題我可能后續(xù)還會(huì)有文章介紹，現(xiàn)在暫時(shí)先寫到這吧想暗。如果有人想要了解可以在評(píng)論區(qū)提問(wèn)或者加QQ群討論妇汗。大家有什么異議的地方也可以和我說(shuō)
