《Effective Objective-C 2.0》讀書(shū)筆記(二)

xiu援制!

關(guān)鍵詞:消息傳遞阱佛、消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制、方法調(diào)配纬朝、類對(duì)象


理解objc_msgSend的作用

C語(yǔ)言

靜態(tài)綁定(static binding):在編譯期就能決定運(yùn)行時(shí)所應(yīng)調(diào)用的函數(shù)渐苏。

#import <stdio.h>

void printHello () {
    printf("Hello, world!\n");
}
void printGoodbye () {
    printf("Goodbye, world!\n");
}

void doTheThing (int type) {
    if (type == 0) {
        printHello();
    } else {
        printGoodbye();
    }
}

如果不考慮“內(nèi)聯(lián)(inline)”掀潮,if和else語(yǔ)句中都有函數(shù)調(diào)用的指令。那么編譯器在編譯代碼的時(shí)候就已經(jīng)知道程序中有printHelloprintGoodbye這兩個(gè)函數(shù)了琼富,于是會(huì)直接生成調(diào)用這些函數(shù)的指令仪吧。而函數(shù)地址實(shí)際上是硬編碼在指令之中的。

動(dòng)態(tài)綁定(dynamic binding):要調(diào)用的函數(shù)在函數(shù)知道運(yùn)行期才能確定鞠眉。

void printHello () {
    printf("Hello, world!\n");
}
void printGoodbye () {
    printf("Goodbye, world!\n");
}

void doTheThing (int type) {
    void (*fcn) ();
    if (type == 0) {
        fcn = printHello;
    } else {
        fcn = printGoodbye;
    }
    fcn ();
}

只有一個(gè)函數(shù)調(diào)用指令薯鼠,但待調(diào)用函數(shù)的無(wú)法硬編碼在指令之中,而是要在運(yùn)行期讀取出來(lái)械蹋。
(Only a single function call is made but at the cost of having to read the address of which function to call rather than being hardcoded.)

Objective-C

Objective-C是動(dòng)態(tài)語(yǔ)言出皇,在對(duì)象接收到消息之后,是在運(yùn)行期決定該調(diào)用哪個(gè)方法哗戈。

給對(duì)象發(fā)送消息可以這樣寫(xiě):

id returnValue = [someObject messageName:parameter];

編譯器會(huì)將其轉(zhuǎn)換為一條標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言函數(shù)調(diào)用郊艘,此函數(shù)是消息傳遞機(jī)制的核心函數(shù),其原型(prototype)為:

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

于是轉(zhuǎn)換結(jié)果為:

void objc_msgSend(someObject, @selector(messageName:), parameter);

為了完成此操作,該方法需在接受者所屬的類中搜尋其“方法列表”纱注,如果能找到與selector名稱相符的方法畏浆,就跳至其實(shí)現(xiàn)代碼。若找不到狞贱,就按繼承體系向上查找刻获。若最終還是找不到,執(zhí)行消息轉(zhuǎn)發(fā)(message forwarding)操作斥滤。

Objective-C對(duì)象的每個(gè)方法都可視為簡(jiǎn)單的C函數(shù),其原型為:

<return_type> Class_selector(id self, SEL _cmd, ...)

每個(gè)類里都有一個(gè)表格勉盅,其中的指針都會(huì)指向這種函數(shù)佑颇,selector的名稱就是查找表格時(shí)所用的“鍵”。objc_msgSend等函數(shù)正是通過(guò)這張表格來(lái)尋找應(yīng)該執(zhí)行的方法并跳至其實(shí)現(xiàn)的草娜。

其他的相關(guān)函數(shù):

  • objc_msgSend_stret ——> 若待發(fā)送的消息要返回結(jié)構(gòu)體挑胸,交由此函數(shù)處理
  • objc_msgSend_fpret ——> 若待發(fā)送的消息要返回浮點(diǎn)數(shù),交由此函數(shù)處理
  • objc_msgSendSuper ——> 若向父類發(fā)送消息([super message:parameter])宰闰,交由此函數(shù)處理

消息轉(zhuǎn)發(fā)(message forwarding)機(jī)制

當(dāng)對(duì)象在收到無(wú)法解讀的消息時(shí)茬贵,就會(huì)啟動(dòng)消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,程序員可經(jīng)由此過(guò)程告訴對(duì)象如何處理位置消息移袍。

-[__NSCFNumber lowercaseString]: unrecognized selector sent to instance 0xc27
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[__NSCFNumber lowercaseString]: unrecognized selector sent to instance 0xc27'

這段異常是由NSObject的doesNotRecognizerSelector:方法拋出的解藻,此異常表明:消息接收者的類型類型為_(kāi)_NSCFNumber,而該接受者無(wú)法理解名為lowercaseString的selector葡盗。在此時(shí)螟左,消息轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程以應(yīng)用程序崩潰而告終,不過(guò)觅够,開(kāi)發(fā)者在編寫(xiě)自己的類時(shí)胶背,可與轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中設(shè)置掛鉤,用以執(zhí)行預(yù)定的邏輯喘先,而不使應(yīng)用程序崩潰钳吟。

消息轉(zhuǎn)發(fā)分為兩大階段:

  1. 動(dòng)態(tài)方法解析(dynamic method resolution):看接受者所屬的類能否動(dòng)態(tài)添加方法,已處理當(dāng)前這個(gè)未知的selector窘拯;
  2. 若無(wú)法添加红且,請(qǐng)接收者看看有沒(méi)有其他對(duì)象能處理這個(gè)消息,若有涤姊,runtime系統(tǒng)會(huì)把消息轉(zhuǎn)給這個(gè)對(duì)象直焙;若沒(méi)有,則啟動(dòng)完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制砂轻,runtime系統(tǒng)會(huì)把與消息有關(guān)的全部細(xì)節(jié)封裝到NSInvocation對(duì)象中奔誓,再給接受者最后一次機(jī)會(huì)來(lái)處理。
動(dòng)態(tài)方法解析

對(duì)象在無(wú)法解析消息時(shí),首先將調(diào)用其所屬類的下列方法:

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel

若尚未實(shí)現(xiàn)的方法不是實(shí)例方法而是類方法厨喂,則會(huì)調(diào)用此方法:

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel

在自己寫(xiě)的類中重寫(xiě)此方法和措。

采用這種方法的前提是,相關(guān)方法的實(shí)現(xiàn)代碼已經(jīng)寫(xiě)好蜕煌,只等著運(yùn)行的時(shí)候動(dòng)態(tài)插在類里面派阱。此方案通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)用@dynamic修飾的屬性。

舉例:

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    NSString *selectorStr = NSStringFromSelector(sel);
    if ([selectorStr hasPrefix:@"set"]) {
        class_addMethod(self,
                        sel,
                        (IMP)propertySetter,
                        "v@:@");
    } else {
        class_addMethod(self,
                        sel,
                        (IMP)propertyGetter,
                        "@@:");
    }
    return YES;
}

其中斜纪,關(guān)于BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)方法:
(要先#include <objc/runtime.h>#include <objc/objc-runtime.h>

BOOL class_addMethod(Class cls, —> 所添加方法的類
                      SEL name, —> 需要被添加的方法
                       IMP imp, -> 所對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法的地址
              const char *types -> 類型編碼
)

被添加的方法實(shí)現(xiàn)如下贫母,必須至少帶兩個(gè)參數(shù):
idself,SEL_cmd盒刚,其中“id value”為被添加方法的參數(shù)

void propertySetter(idself, SEL_cmd, id value) {
    CustomDictionary *typedSelf = (CustomDictionary *)self;
    NSMutableDictionary *backingStore = typedSelf.backingStore;

    NSString *selectorString = NSStringFromSelector(_cmd);
    NSMutableString *key = [selectorString mutableCopy];

    [key deleteCharactersInRange:NSMakeRange(key.length - 1, 1)];
    [key deleteCharactersInRange:NSMakeRange(0, 3)];

    NSString *lowercaseFirstChar = [[key substringToIndex:1] lowercaseString];
    [key replaceCharactersInRange:NSMakeRange(0, 1) withString:lowercaseFirstChar];

    if (value) {
        [backingStore setObject:value forKey:key];
    } else {
        [backingStore removeObjectForKey:key];
    }
}
id propertyGetter(id self, SEL _cmd) {
    CustomDictionary *typedSelf = (CustomDictionary *)self;
    NSMutableDictionary *backingStore = typedSelf.backingStore;

    NSString *key = NSStringFromSelector(_cmd);

    return [backingStore objectForKey:key];
}
備援接收者

若無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)方法解析腺劣,當(dāng)前接收者還有第二次機(jī)會(huì)處理未知selector,即看能不能把這條消息轉(zhuǎn)給其他接受者:

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

若能找到備援接收者因块,則將其返回橘原,若找不到,則返回nil涡上。
用此方法可以模擬出多繼承的效果趾断,即讓某個(gè)類中的其他類型的對(duì)象響應(yīng)selector。

完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation

首先將與那條消息有關(guān)的所有信息封裝于NSInvocation對(duì)象中吩愧。然后消息派發(fā)系統(tǒng)會(huì)將消息指派給目標(biāo)對(duì)象芋酌。

如果在實(shí)現(xiàn)上只是讓另一個(gè)target來(lái)執(zhí)行selector,那么效果和使用備援接收者等效雁佳。通常是改變消息的內(nèi)容隔嫡,如改變參數(shù),selector等甘穿。如本類的“forwardInvocation:”方法無(wú)法處理該消息腮恩,那么會(huì)追溯父類,直到執(zhí)行NSObject類的同名方法温兼,并繼而調(diào)用“doesNotRecognizerSelector:”方法以拋出異常秸滴。


消息轉(zhuǎn)發(fā)全流程

方法調(diào)配(method swizzling)

可以通過(guò)下列方法實(shí)現(xiàn)互換兩個(gè)方法的實(shí)現(xiàn):

Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)

例如,調(diào)換NSString類的lowercaseStringuppercaseString方法:

Method originalMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(lowercaseString));
Method swappedMethod = class_getInstanceMethod([NSString class], @selector(uppercaseString));
method_exchangeImplementations(originalMethod, swappedMethod);

此時(shí)募判,調(diào)用兩個(gè)方法:

NSString *testStr = @"this Is tHe StrIng.";
NSLog(@"lowercaseMethod = %@", [testStr lowercaseString]);
NSLog(@"uppercaseMethod = %@", [testStr uppercaseString]);

結(jié)果:

2016-04-25 16:32:08.380 DynamicMethodResolution[34922:3258700] lowercaseMethod = THIS IS THE STRING.
2016-04-25 16:32:08.382 DynamicMethodResolution[34922:3258700] uppercaseMethod = this is the string.

可以通過(guò)這一手段為既有方法添加功能荡含,如為一些完全不透明的黑盒方法增加日志功能。所以一般來(lái)說(shuō)只是在調(diào)試時(shí)使用届垫。


類對(duì)象

對(duì)象類型并非在編譯器就綁定好了释液,而是要在運(yùn)行時(shí)查找。描述Objective-C對(duì)象所用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義在運(yùn)行期程序庫(kù)的頭文件里:

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;

由此可見(jiàn)装处,每個(gè)對(duì)象結(jié)構(gòu)體的首個(gè)成員是Class類的變量isa误债,描述了實(shí)例所屬的類。該變量定義了對(duì)象所屬的類,通常稱為“is a”指針寝蹈。

Class對(duì)象也定義在運(yùn)行期程序庫(kù)的頭文件中:

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class super_class                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

此結(jié)構(gòu)體存放類的“元數(shù)據(jù)(metadata)”李命,例如類有幾個(gè)實(shí)例方法,具備多少個(gè)實(shí)例變量等信息箫老。此結(jié)構(gòu)體的首個(gè)變量也是isa指針封字,表明Class本身亦為Objective-C對(duì)象。結(jié)構(gòu)體里還有個(gè)變量叫super_class耍鬓,它定義了本類的超類阔籽,確立了繼承關(guān)系。類對(duì)象所屬的類型(也就是isa指針?biāo)赶虻念愋停┦橇硗庖粋€(gè)類牲蜀,叫做“元類(metaclass)”笆制,用來(lái)描述類對(duì)象本身所具備的元數(shù)據(jù)「鬓保“類方法”就定義于此處项贺,因?yàn)檫@些方法可以理解成為類對(duì)象的實(shí)例方法君躺。

每個(gè)類只有一個(gè)“類對(duì)象”峭判,每個(gè)“類對(duì)象”僅有一個(gè)與之相關(guān)的“元類”。


SomeClass實(shí)例及類對(duì)象的“元類”所屬的類繼承體系

基于此繼承關(guān)系棕叫,便可進(jìn)行“類型信息查詢”(introspection林螃,“內(nèi)省”)。

- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)aClass;

判斷對(duì)象是否為某個(gè)特定類的實(shí)例俺泣。

- (BOOL)isKindOfClass:(Class)aClass;

判斷是否為某類或其子類的實(shí)例疗认。

當(dāng)把數(shù)據(jù)從集合對(duì)象(NSArrayNSDictionary等)中取出時(shí)伏钠,它們的類型通常是id横漏,此時(shí)會(huì)使用類型信息查詢來(lái)知道其具體的類型。

避免直接比較類對(duì)象([someObject class] == [someClass class])熟掂,而盡量使用類型信息查詢方法([someObject isKindOfClass:[someClass class]])缎浇。

(完)

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