runtime之objc_msgSend和消息轉(zhuǎn)發(fā)

前言

OC是一門動態(tài)語言妻柒，就預(yù)示這光靠編譯過程來完全讀懂工作的方式是不夠的百姓，很多執(zhí)行語句都需要在運行時才能知道其意思楣颠，也就是runtime笛洛。

理解OC中的消息傳遞

在Object-C中夏志，函數(shù)的調(diào)用過程經(jīng)常性的使用到方法，用來傳遞消息。而消息包括名稱或選擇子(selector)沟蔑，以及參數(shù)和返回值湿诊。
oc是一門動態(tài)語言，也就說明其消息可以是動態(tài)綁定的過程瘦材，在編譯時厅须，無法決定運行時該調(diào)用的函數(shù)。
例如該語句我們沒有辦法去知道返回值的類型：

id value = [Person sendMessage:@"黃"];

整個合起來就是一個消息食棕，在其中朗和，Person為接收者(receiver)，sendMessage為選擇子簿晓，后續(xù)為參數(shù)眶拉。當(dāng)編譯器收到該條消息是，通過C語言函數(shù)憔儿，也是消息傳遞機制中的核心函數(shù)objc_msgSend進行消息傳遞忆植。

void objc_msgSend(id self, SEL cmd, ...)

該函數(shù)能接受多個參數(shù)，其中第一個參數(shù)代表接收者谒臼，第二個參數(shù)是選擇子朝刊，后跟可以跟多個發(fā)送消息參數(shù)。

objc_msgSend 消息傳遞機制

objc_msgSend會先判斷接收者對象是否存在蜈缤，如果存在情況根據(jù)接收者所屬的類中搜尋”方法列表“拾氓，如果找不到，則會向上找繼承類的”方法列表“底哥，找打找到合適就跳轉(zhuǎn)咙鞍，如果找不到則執(zhí)行消息轉(zhuǎn)發(fā)(后期會更新消息轉(zhuǎn)發(fā)機制)。

該過程雖然繁瑣叠艳，但是objc_msgSend會為將每將匹配的結(jié)果緩存到”快速映射表“中奶陈，每個類都存在這樣的緩存易阳，后續(xù)若是需要再發(fā)送同樣的消息附较，可以直接查找映射表，節(jié)省執(zhí)行時間潦俺。

后續(xù)消息處理工作拒课，會交給一些函數(shù)來處理：
objc_msgSend_stret如果待發(fā)送的消息要返回結(jié)構(gòu)體，可交由此函數(shù)處理事示。
objc_msgSend_fpret如果待發(fā)送的消息要返回浮點數(shù)早像，可交由此函數(shù)處理。
objc_msgSendSuper如果給父類發(fā)送消息肖爵，可交由此函數(shù)處理卢鹦。

前面提到消息一旦找到就會跳轉(zhuǎn)過去，之所以可以跳轉(zhuǎn)劝堪，是因為OC對象的每個方法視為簡單的C函數(shù)冀自。

void Class_selector(id self, SEL cmd, ...)

每個類都有一張表揉稚，其中的指針都會指向這種函數(shù)，oc則以方法名作為key熬粗，來查表并執(zhí)行跳轉(zhuǎn)搀玖。

為了優(yōu)化跳轉(zhuǎn)方法變得簡單一些，采用”尾調(diào)用優(yōu)化“方式：如果某函數(shù)的最后一個操作是跳轉(zhuǎn)到另一個函數(shù)驻呐，編譯器會生成跳轉(zhuǎn)所需的指令碼灌诅，而不是向棧中新增新的幀，這樣減少了含末，每次調(diào)用objc_msgSend需要新增棧幀的問題猜拾，還有減少”棧溢出“的發(fā)生。但是僅在調(diào)用其他函數(shù)時答渔，而不會把返回值另做他用的情況下关带。

根據(jù)上面的描述總結(jié)消息發(fā)送的步驟：

檢查接收者對象是否為nil，是則直接結(jié)束轉(zhuǎn)發(fā)沼撕，否則進入下一步宋雏；
查看類緩存的”快速映射表“中是否緩存該方法，該映射方法务豺，是直接發(fā)送消息磨总，否則進入下一步；
查看類的”方法列表“中是否存在笼沥，是緩存到映射表蚪燕，并發(fā)送消息，否則進入下一步奔浅；
查看父類的”快速映射表“是否緩存改方法馆纳，有就發(fā)送，否則進入下一步汹桦；
查看父類的"方法列表"中是否存在鲁驶，是緩存到映射表，并發(fā)送消息舞骆，否則回到第4步繼續(xù)查找更上層的父類钥弯；
查找到?jīng)]有父類之后，就說明并沒有該方法督禽，但是還不一定結(jié)束脆霎，后面會去進入消息轉(zhuǎn)發(fā)機制的步驟。

動態(tài)方法解析

上述說到狈惫，當(dāng)發(fā)送消息時睛蛛，會出現(xiàn)無法解讀消息的情況。即當(dāng)消息發(fā)送到最后，依然找不到接收消息的方式時忆肾，oc對該消息可以進行更多處理菠红，也就是動態(tài)方法解析跟消息轉(zhuǎn)發(fā)。

oc是動態(tài)語言难菌，在消息找不到目標(biāo)時试溯，編譯器無法解析錯誤情況并不會報錯，因為在運行時可以動態(tài)的給類添加方法郊酒，所以當(dāng)無法解析消息是遇绞，就會啟動消息轉(zhuǎn)發(fā)機制，可由程序員手動動態(tài)處理后續(xù)的消息問題燎窘。

如果程序員沒有去處理這些問題摹闽，則會直接crach掉：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // 去調(diào)用一個沒有實現(xiàn)的方法后
    [self test];
}
// 刪掉實現(xiàn)方法
//- (void)test { }

// 閃退并打印以下
*** -[ViewController test]: unrecognized selector sent to instance 0x100e01440
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', 
reason: '-[ViewController test]: unrecognized selector sent to instance 0x100e01440'

我們只調(diào)用test方法，但是沒有調(diào)用實現(xiàn)方法褐健，因此付鹿，如果沒有做異常處理的話，會直接閃退蚜迅。

消息轉(zhuǎn)發(fā)兩個階段：

第一階段是動態(tài)方法解析舵匾，先征詢接收者所屬的類，看是否能動態(tài)添加方法谁不，以處理當(dāng)>前”未知選擇子（調(diào)用的方法）“坐梯。
第二階段涉及完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)機制，若是第一階段可以順利完成刹帕，就不會啟動消息轉(zhuǎn)發(fā)吵血。

顯然如果能越早對消息進行處理，則減少運行時所耗費的時長偷溺。

動態(tài)方法解析有兩個方法蹋辅，包括實例方法解析和類方法解析

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel

在該例子中，如所屬類添加了resolveInstanceMethod方法去處理挫掏，當(dāng)調(diào)用的方法沒有找到實現(xiàn)目標(biāo)時侦另，就會調(diào)用該實例方法去處理。

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) { }
@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // 去調(diào)用一個沒有實現(xiàn)的方法后
    [self test];
}
// 刪掉實現(xiàn)方法
//- (void)test { }

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(test)) {
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)dynamicMethodIMP, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end

如上圖所示砍濒，不會異常閃退淋肾，因為當(dāng)調(diào)用test方法時硫麻，找不到會直接調(diào)用resolveInstanceMethod爸邢，而在resolveInstanceMethod中對test，通過class_addMethod動態(tài)添加拿愧。

備援接收者

如果resolveInstanceMethod或者resolveClassMethod返回YES就直接結(jié)束杠河，如果返回NO，說明動態(tài)解析沒有創(chuàng)建動態(tài)方法去處理，當(dāng)前接收者還有第二次機會能處理未知選擇子券敌，在運行時唾戚，到這一步，就會問這條消息能不能轉(zhuǎn)發(fā)給其他接收者處理待诅。

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    Person *person = [[Person alloc]init];

    if (aSelector == @selector(test)) {
        return person;
    } else {
       return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
    }
}

當(dāng)調(diào)用到這一步叹坦，如果返回對象，則是在告訴編譯器卑雁，把這條消息傳遞給person對象來處理募书。到這里就不會出現(xiàn)異常，如果直接返回nil或者沒有該對象测蹲，說明依然沒辦法處理結(jié)束并拋出異常莹捡。

注意：我們無法經(jīng)由這一步操作消息轉(zhuǎn)發(fā)，如果需要修改消息的內(nèi)容扣甲，就要啟用完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)機制篮赢。

完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)

到這一步，說明只能啟用消息轉(zhuǎn)發(fā)琉挖，通過將有關(guān)消息的全部內(nèi)容启泣，創(chuàng)建NSInvocation對象，并封裝內(nèi)容包括選擇子示辈、目標(biāo)及參數(shù)种远。再觸發(fā)NSInvocation對象時，通過’消息派發(fā)系統(tǒng)‘將消息指派給目標(biāo)對象顽耳。

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation

但是使用消息轉(zhuǎn)發(fā)時必須為另一個類實現(xiàn)的消息創(chuàng)建一個有效的方法簽名：

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector

實現(xiàn)的方式如下所致坠敷，其與第二步消息轉(zhuǎn)發(fā)等效，但是卻可以在消息觸發(fā)前射富，改變消息的內(nèi)容膝迎。比如：追加一個參數(shù)或者改變選擇子等。

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if(aSelector == @selector(test))
    {
      return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
    }
    return nil;
}


- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    SEL selector = [anInvocation selector];
    // 新建需要轉(zhuǎn)發(fā)消息的對象
    Cat *cat = [[Cat alloc] init];
    if ([cat respondsToSelector:selector]) {
        // 喚醒這個方法
        [anInvocation invokeWithTarget:cat];
    }
}

以上就是消息轉(zhuǎn)發(fā)的幾個步驟胰耗，每一步均有機會處理消息限次。步驟越往后，處理消息的代價就越大柴灯，如果可以在第一步就把消息處理完卖漫，運行時也可以將消息緩存起來。如果放到最后再做處理的話赠群，不僅復(fù)雜還需要創(chuàng)建和處理完整的NSInvocation對象羊始。