一纹因，前言

在iOS開發(fā)過程中，我們都知道不管是什么方法的執(zhí)行圾结，對(duì)象的創(chuàng)建鸭轮，以及代理 和Block的實(shí)現(xiàn)都離不開runtime,所以runtime可以說是iOS開發(fā)過程中的生命存在歪沃， 運(yùn)行時(shí) 存在 動(dòng)態(tài)決議 的作用，例如我們?cè)谝粋€(gè)類的聲明中聲明了相關(guān)的方法嫌松，但是并沒有進(jìn)行實(shí)現(xiàn)時(shí)沪曙，進(jìn)行編譯是不會(huì)有任何問題的，但是運(yùn)行時(shí)就會(huì)報(bào)錯(cuò)豆瘫，告知我們沒有實(shí)現(xiàn)該方法。接下來我們就重點(diǎn)研究一下運(yùn)行時(shí)為什么會(huì)只能的告訴我們沒有實(shí)現(xiàn)該方法菊值。

二外驱，環(huán)境配置

首先我們?cè)趍ain.m 中聲明一個(gè)類LGTeacher集成自NSObject,聲明一個(gè)方法sayHello，再次聲明一個(gè)類LGPerson繼承自LGTeacher腻窒，在LGPerson中重寫了父類的sayHello昵宇，以及從新聲明了sayNB，
代碼如下

@interface LGTeacher : NSObject
- (void)sayHello;
@end

@implementation LGTeacher
- (void)sayHello{
    NSLog(@"666");
}
@end

@interface LGPerson : LGTeacher
- (void)sayHello;
- (void)sayNB;
@end

@implementation LGPerson
- (void)sayNB{
    NSLog(@"666");
}
@end

此時(shí)我們?cè)趍ain.m 中進(jìn)行創(chuàng)建相應(yīng)的對(duì)象儿子；并調(diào)用相應(yīng)的方法：

       LGPerson *person = [LGPerson alloc];
        
        LGTeacher *teacher = [LGTeacher alloc];
        
        [teacher sayHello];
        
        [person sayNB];

此時(shí)我們對(duì)該文件進(jìn)行相應(yīng)的clang命令瓦哎，生成應(yīng)的.cpp文件，對(duì)該文件進(jìn)行查看柔逼，我們能發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)runtime對(duì)我們的所有方法進(jìn)行相關(guān)的處理蒋譬；這就是runtime的作用；
以上的代碼在運(yùn)行時(shí)編譯成

          LGPerson *person = ((LGPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("LGPerson"), sel_registerName("alloc"));
  
        LGTeacher *teacher = ((LGTeacher *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("LGTeacher"), sel_registerName("alloc"));

        ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)teacher, sel_registerName("sayHello"));

        ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("sayNB"));

也就是說我們?cè)趧?chuàng)建對(duì)象的時(shí)候存在兩種對(duì)應(yīng)的關(guān)系愉适；

• alloc 對(duì)應(yīng)的是 sel_registerName("alloc")
• 方法調(diào)用 對(duì)應(yīng)是 sel_registerName("方法名"));

我們?cè)诳刂婆_(tái)打印的結(jié)果是

2020-09-20 23:01:12.225822+0800 001-運(yùn)行時(shí)感受[13893:304936] 666
2020-09-20 23:01:12.226333+0800 001-運(yùn)行時(shí)感受[13893:304936] 666

然后我們?cè)谟胷untime的形式進(jìn)行創(chuàng)建方法犯助，改寫原來的方法調(diào)用過程；

       [teacher sayHello];
        
        objc_msgSend(teacher, sel_registerName("sayHello"));
        
        [person sayNB];
        
        objc_msgSend(person, sel_registerName("sayNB"));

我們能看到這兩組打印結(jié)果完全是一樣的
所以我們得出的結(jié)論是
[teacher sayHello] 和 objc_msgSend(teacher, sel_registerName("sayHello")); 完全等價(jià)维咸；那么為什么會(huì)是這樣的剂买，這就是我們接下來重點(diǎn)研究的對(duì)象objc_msgSend的查找流程

三，查找流程

在objc_msgSend的方法查找過程中存在兩種查找流程癌蓖，一種是帶緩存的瞬哼，一種是不帶緩存，也即是快速和慢速的兩種情況租副，因?yàn)槲覀兩弦还?jié)學(xué)習(xí)了一個(gè)類的中的相關(guān)的cache_t的部分坐慰，并做了相關(guān)的詳細(xì)的介紹；所以里邊涉及了很多方法的存儲(chǔ)和對(duì)應(yīng)的imp的存儲(chǔ)過程用僧。那么接下來我們分別對(duì)兩個(gè)查找流程進(jìn)行一個(gè)學(xué)習(xí)和分析讨越。

1、快速查找

我們知道不管我們是何種語言實(shí)現(xiàn)的代碼永毅，在底層都會(huì)編譯為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的語言把跨，也就是二進(jìn)制的代碼；那么計(jì)算機(jī)為什么能將我們寫的代碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制語言了沼死，這就是計(jì)算機(jī)最高效的一種語言匯編着逐，這就是計(jì)算機(jī)能快速識(shí)別我們代碼的根本原因，那么我們就對(duì)匯編查找流程進(jìn)行一個(gè)分析和學(xué)習(xí)吧；

首先引入一個(gè)相關(guān)匯編指令介紹

匯編部分指令.png

我們打開開源代碼0bjc781,進(jìn)行編譯過后進(jìn)入相關(guān)的匯編代碼耸别；進(jìn)入?yún)R編文件

    ENTRY _objc_msgSend
    UNWIND _objc_msgSend, NoFrame

    cmp p0, #0          // nil check and tagged pointer check
#if SUPPORT_TAGGED_POINTERS
    b.le    LNilOrTagged        //  (MSB tagged pointer looks negative)
#else
    b.eq    LReturnZero
#endif
    ldr p13, [x0]       // p13 = isa
    GetClassFromIsa_p16 p13     // p16 = class
LGetIsaDone:
    // calls imp or objc_msgSend_uncached
    CacheLookup NORMAL, _objc_msgSend

匯編解析：

• 1 ENTRY _objc_msgSend 進(jìn)入?yún)R編進(jìn)行方法查找入口健芭；
• 2 NoFrame 進(jìn)入無窗口調(diào)試模式；
• 3 cmp p0, #0 進(jìn)行判斷類是否是空秀姐；如果是空這進(jìn)入LReturnZero,否則進(jìn)入 LNilOrTagged
• 4 ldr p13, [x0] 將[x0] 中的信息讀取到p13 即將isa賦值給 p13, p13= 該類的isa
• 5 獲取isa 進(jìn)行關(guān)聯(lián)類對(duì)象慈迈，相當(dāng)于alloc流程中的initWithIsa
• 6 CacheLookup NORMAL, _objc_msgSend 獲取完isa 后，進(jìn)行正常的消息轉(zhuǎn)發(fā)過程省有；

CacheLookup的定義是什么痒留？ 所以帶著刨根問底的理念全局搜索這個(gè)關(guān)鍵字，

CacheLookup 的查找有三種格式

• 1 NORMAL
• 2 GETIMP
• 3 LOOKUP
  接下來我們著重分析一下 NORMAL 其他兩種情況剩余時(shí)間再去學(xué)習(xí)總結(jié)蠢沿，也算是一個(gè)學(xué)習(xí)的過程
  我們找到相關(guān)的CacheLookup定義 伸头；代碼如下

.macro CacheLookup

    
LLookupStart$1:

    // p1 = SEL, p16 = isa
    ldr p11, [x16, #CACHE]              // p11 = mask|buckets

#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
    and p10, p11, #0x0000ffffffffffff   // p10 = buckets
    and p12, p1, p11, LSR #48       // x12 = _cmd & mask
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4
    and p10, p11, #~0xf         // p10 = buckets
    and p11, p11, #0xf          // p11 = maskShift
    mov p12, #0xffff
    lsr p11, p12, p11               // p11 = mask = 0xffff >> p11
    and p12, p1, p11                // x12 = _cmd & mask
#else
#error Unsupported cache mask storage for ARM64.
#endif


    add p12, p10, p12, LSL #(1+PTRSHIFT)
                     // p12 = buckets + ((_cmd & mask) << (1+PTRSHIFT))

    ldp p17, p9, [x12]      // {imp, sel} = *bucket
1:  cmp p9, p1          // if (bucket->sel != _cmd)
    b.ne    2f          //     scan more
    CacheHit $0         // call or return imp
    
2:  // not hit: p12 = not-hit bucket
    CheckMiss $0            // miss if bucket->sel == 0
    cmp p12, p10        // wrap if bucket == buckets
    b.eq    3f
    ldp p17, p9, [x12, #-BUCKET_SIZE]!  // {imp, sel} = *--bucket
    b   1b          // loop

3:  // wrap: p12 = first bucket, w11 = mask
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
    add p12, p12, p11, LSR #(48 - (1+PTRSHIFT))
                    // p12 = buckets + (mask << 1+PTRSHIFT)
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4
    add p12, p12, p11, LSL #(1+PTRSHIFT)
                    // p12 = buckets + (mask << 1+PTRSHIFT)

.endmacro

匯編分析

• 1 ldr p11, [x16, #CACHE] 我們找到#CACHE 的定義是

#define CACHE (2 * __SIZEOF_POINTER__)

而 __SIZEOF_POINTER__ 我們都知道是8,所以 #CACHE 是16；
根據(jù)匯編語句也就是 ldr p11, [x16, 16] 也就是 x16 平移16位也就是順著ISA平移16位到Cache_t的位置舷蟀，也就是正如備注說的 p11 = mask|buckets 也就相當(dāng)于上次文章中介紹的找到相關(guān)的buckets的索引位置恤磷；index

的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

• 2 p10, p11, #0x0000ffffffffffff 通過掩碼找出取出緩存中的buckets 也就是 p11 = mask|buckets;
• 3 and p12, p1, p11, LSR #48 因?yàn)?p11, LSR #48就相當(dāng)于

 static constexpr uintptr_t maskShift = 48;
    
    // Additional bits after the mask which must be zero. msgSend
    // takes advantage of these additional bits to construct the value
    // `mask << 4` from `_maskAndBuckets` in a single instruction.
    static constexpr uintptr_t maskZeroBits = 4;
    
    // The largest mask value we can store.
    static constexpr uintptr_t maxMask = ((uintptr_t)1 << (64 - maskShift)) - 1;
    
    // The mask applied to `_maskAndBuckets` to retrieve the buckets pointer.
    static constexpr uintptr_t bucketsMask = ((uintptr_t)1 << (maskShift - maskZeroBits)) -

取出mask 在和p12 進(jìn)行按位與操作 也就是x12 = _cmd & mask

• 4 add p12, p10, p12, LSL #(1+PTRSHIFT) 因?yàn)?p12, LSL #(1+PTRSHIFT) 我們找到PTRSHIFT 的定義如下

#define PTRSHIFT 3
也就是p12, LSL #4

也就是 p12左移4位也就是 左移16； p12 = *(buckets + index) *16 也就是找到相應(yīng)位置的bucket;

• 5 ldp p17, p9, [x12] // {imp, sel} = *bucket取出第四步驟中取出的buckect中的sel 和imp

• 6 拿到相應(yīng)的Sel 和IMP 和我們調(diào)用的方法進(jìn)行對(duì)比野宜，如果沒有找到則跳轉(zhuǎn)到2 找到那么就進(jìn)入CacheHit定義

.macro CacheHit
.if $0 == NORMAL
    TailCallCachedImp x17, x12, x1, x16 // authenticate and call imp
.elseif $0 == GETIMP
    mov p0, p17
    cbz p0, 9f          // don't ptrauth a nil imp
    AuthAndResignAsIMP x0, x12, x1, x16 // authenticate imp and re-sign as IMP
9:  ret             // return IMP
.elseif $0 == LOOKUP
    // No nil check for ptrauth: the caller would crash anyway when they
    // jump to a nil IMP. We don't care if that jump also fails ptrauth.
    AuthAndResignAsIMP x17, x12, x1, x16    // authenticate imp and re-sign as IMP
    ret             // return imp via x17
.else
.abort oops
.endif
.endmacro

• 7 再次沒查找到的時(shí)候向前查找所有的buckets扫步，如果都沒找到，則進(jìn)入 CheckMiss ：定義

    // miss if bucket->sel == 0
.if $0 == GETIMP
    cbz p9, LGetImpMiss
.elseif $0 == NORMAL
    cbz p9, __objc_msgSend_uncached
.elseif $0 == LOOKUP
    cbz p9, __objc_msgLookup_uncached
.else
.abort oops
.endif
.endmacro

這就是整個(gè)快速查找過程匈子，

2锌妻、慢速查找

在此過程中我們知道調(diào)用方法就是獲取某個(gè)方法的IMP.所以我們找到項(xiàng)目的 class_getMethodImplementation 方法，在詳細(xì)研究相關(guān)的流程情況旬牲，代碼定義如下

IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel)
{
    IMP imp;

    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    imp = lookUpImpOrNil(nil, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER);

    // Translate forwarding function to C-callable external version
    if (!imp) {
        return _objc_msgForward;
    }

    return imp;
}

再次尋根究底的探索相關(guān)的獲取imp的重點(diǎn)方法lookUpImpOrNil;再次進(jìn)入

static inline IMP
lookUpImpOrNil(id obj, SEL sel, Class cls, int behavior = 0)
{
    return lookUpImpOrForward(obj, sel, cls, behavior | LOOKUP_CACHE | LOOKUP_NIL);
}

再次順騰摸瓜進(jìn)入 lookUpImpOrForward

IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
    const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
    IMP imp = nil;
    Class curClass;
    runtimeLock.assertUnlocked();
    // Optimistic cache lookup
    if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) {
        imp = cache_getImp(cls, sel);
        if (imp) goto done_nolock;
    }

    runtimeLock.lock();

    checkIsKnownClass(cls);

    if (slowpath(!cls->isRealized())) {
        cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
     
    }

    if (slowpath((behavior & LOOKUP_INITIALIZE) && !cls->isInitialized())) {
        cls = initializeAndLeaveLocked(cls, inst, runtimeLock);
     
    }

    runtimeLock.assertLocked();
    curClass = cls;

    for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) {
        // curClass method list.
        Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
        if (meth) {
            imp = meth->imp;
            goto done;
        }

        if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {
            // No implementation found, and method resolver didn't help.
            // Use forwarding.
            imp = forward_imp;
            break;
        }

        // Halt if there is a cycle in the superclass chain.
        if (slowpath(--attempts == 0)) {
            _objc_fatal("Memory corruption in class list.");
        }

        // Superclass cache.
        imp = cache_getImp(curClass, sel);
        if (slowpath(imp == forward_imp)) {
            // Found a forward:: entry in a superclass.
            // Stop searching, but don't cache yet; call method
            // resolver for this class first.
            break;
        }
        if (fastpath(imp)) {
            // Found the method in a superclass. Cache it in this class.
            goto done;
        }
    }

    // No implementation found. Try method resolver once.

    if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
        behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;
        return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
    }

 done:
    log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
    runtimeLock.unlock();
 done_nolock:
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
        return nil;
    }
    return imp;
}

代碼解析過程仿粹；

• 1 首先從緩存中取出相應(yīng)的imp,我們知道快速查找流程就是沒找到相應(yīng)的緩存；所以此處不可能存在imp.所以直接將IMP設(shè)置為nil;
• 2 再次檢查是否是我們當(dāng)前的類對(duì)象原茅；
• 3 如果當(dāng)前類是否是運(yùn)行相應(yīng)的查找行為權(quán)限吭历，如果有就繼續(xù)查找；
• 4 如果當(dāng)前類中沒找到相應(yīng)的方法擂橘，繼續(xù)從父類方法列表中去查找晌区，直到找到NSObject 為止，
• 5 如果找到通贞；那么就將該方法列表緩存起來朗若，為了下次能快速的查找，
• 6 如果慢速都沒找到昌罩，直到返回nil的時(shí)候哭懈，那么就要進(jìn)行動(dòng)態(tài)方法解析。

這就是所有慢速查找流程的核心茎用，通過上述流程就能體現(xiàn)objec_msgSend的流程執(zhí)行遣总。

四睬罗，總結(jié)；

慢速查找的原理就是在c/c++層面去進(jìn)行旭斥，只是做的事情是找到就進(jìn)行緩存操作容达，也是反復(fù)的遞歸找出我們所需的方法實(shí)現(xiàn)imp ,如果沒找到包括快速和慢速都沒有，那么后期將會(huì)繼續(xù)判斷是否允許動(dòng)態(tài)解析垂券，方法決議等花盐，如果不允許，則程序就會(huì)報(bào)錯(cuò)菇爪，告知我們這個(gè)方法沒有實(shí)現(xiàn)算芯，這就是這個(gè)objc_msgSend的流程，