很久沒有寫簡書了，今天得空更新一篇逞频。其實(shí)有關(guān)于Objective-C消息的傳遞和轉(zhuǎn)發(fā)，簡書上已經(jīng)有很多類似的文章了栋齿。但是苗胀，為了讓自己記憶深刻，以便自己后續(xù)查找瓦堵，所以還是記錄下來基协。
一. 消息的傳遞
使用某個(gè)對象去調(diào)用成員方法，這個(gè)操作在我們實(shí)際開發(fā)中在常見不慣了菇用，當(dāng)時(shí)往往我們并沒去實(shí)際研究澜驮，其底層的實(shí)際操作是怎樣的⊥锱福可能有的小伙伴會說杂穷，我知道怎么調(diào)用就可以了，干嘛還要去研究底層揩慕。這個(gè)的話亭畜，純屬個(gè)人興趣吧。喜歡知其所以然迎卤，對我們的自身的提高也是一件非常好的事情拴鸵。
某個(gè)對象調(diào)用其所屬類的成員方法，這個(gè)在Objective-C(以下簡稱OC)中的術(shù)語叫“消息傳遞(pass a message)”蜗搔。我們的成員方法有生命格式是劲藐，返回值、方法名樟凄、參數(shù)聘芜、方法實(shí)體。這些知識我們的語法名稱缝龄，編譯器內(nèi)部汰现，他們又有不同的叫法。每個(gè)成員方法叔壤，又叫做“消息”瞎饲。“消息”主要有以下幾個(gè)東西構(gòu)成：“消息名稱”或“選擇子(selector)”炼绘、“參數(shù)”嗅战、“返回值”。
由于OC是C的超集俺亮，所以我們在弄清楚OC的方法傳遞之前驮捍，我們先來回顧下C語言的函數(shù)調(diào)用疟呐。C語言使用的是“靜態(tài)綁定”（static binding），也就是說东且，程序在編譯階段就已經(jīng)決定了各個(gè)步驟所需調(diào)用的函數(shù)名以及其具體實(shí)現(xiàn)代碼启具。舉例說明：
# import <stdio.h>
void printHello() {
printf("Hello, world!\n");
}
void printGoodbye() {
printf("Goodbye, world!\n");
}
void gratting(int type) {
if (type == 0) {
printHello();
} else {
printGoodbye();
}
}
此時(shí)如果我們在不考慮內(nèi)聯(lián)函數(shù)的情況下，那么編譯器在編譯代碼的時(shí)候就已經(jīng)知道了程序中有printHello和printGoodbye兩個(gè)函數(shù)了苇倡，于是編譯器會直接把此兩個(gè)函數(shù)編譯成相關(guān)指令富纸，且兩個(gè)函數(shù)的存放地址也已經(jīng)硬編碼在指令之中了。那么旨椒，如果我們把上面的代碼稍加修改，會怎么樣呢?修改如下：
# import <stdio.h>
void printHello() {
printf("Hello, world!\n");
}
void printGoodbye() {
printf("Goodbye, world!\n");
}
void gratting(int type) {
void *(fnc)();
if (type == 0) {
fnc = printHello;
} else {
fnc = printGoodbye;
}
fnc();
}
此時(shí)堵漱，我們使用了“動態(tài)綁定”（dynamic bingding）综慎。以為在所要調(diào)用的函數(shù)直到執(zhí)行了if else判讀之后，才能知道具體要調(diào)用那個(gè)方法勤庐。編譯器在這種情況下生成的指令與剛才的例子則有所不同示惊。在事先的例子中，在if else判斷語句中都有函數(shù)調(diào)用指令愉镰。但在剛才的例子中米罚，只有一個(gè)函數(shù)調(diào)用指令，不過待調(diào)用的函數(shù)的地址無法硬編碼到指令之中丈探，而是在執(zhí)行到了if else 語句后才知道具體的調(diào)用函數(shù)录择。那么這就是我們要講的第一個(gè)概念“動態(tài)綁定”（dynamic bingding）。
在OC中碗降，某實(shí)例對象調(diào)用某個(gè)成員方法隘竭，我們稱其為向該實(shí)例對象傳遞某條消息。此時(shí)將會使用到我們上述的動態(tài)綁定機(jī)制來決定需要調(diào)用的方法是哪一個(gè)讼渊。在OC的底層动看，所有的成員方法都是C語言函數(shù)，當(dāng)實(shí)例對象調(diào)用某個(gè)方法的時(shí)候爪幻，他到底該去調(diào)用哪個(gè)底層的C函數(shù)菱皆？這就得在程序的運(yùn)行期才能知道，甚至挨稿，程序在運(yùn)行期仇轻，知道了該調(diào)用那一個(gè)底層函數(shù)后，我們還可以動態(tài)的去改變它叶组。由于OC具備這樣的相關(guān)功能拯田，也使其成了一種真正的動態(tài)開發(fā)語言。
在某對象調(diào)用某成員方法時(shí)候甩十，我們通常會這樣寫：
id return value = [someObject methodName: parameter];
在上述代碼中船庇，someObject 叫做消息的“接受者”吭产，messageName叫做“選擇子”。選擇子和參數(shù)合起來就稱之為一條“消息”鸭轮。當(dāng)編譯器看到了此條消息后臣淤，編譯器就會將其轉(zhuǎn)換一條標(biāo)準(zhǔn)的C語言函數(shù)調(diào)用，所調(diào)用的函數(shù)就是消息傳遞機(jī)制中的和興函數(shù)窃爷，objc_msgSend邑蒋。該方法原型如下:
id returnValue = objc_msgSend(someObject, @selector(methodName:), parameter);
objc_msgSend函數(shù)會要依據(jù)接收者與選擇子的類型來調(diào)用適當(dāng)?shù)姆椒ā榱耸菇邮照吣軠?zhǔn)確的調(diào)用到成員方法按厘，objc_msgSend會在接受者所屬類中去遍歷查找“方法列表”医吊，如果能找到與選擇子名稱相符的方法，就直接跳轉(zhuǎn)到其實(shí)現(xiàn)代碼逮京。如果找不到卿堂，就會沿著接受者所屬類的繼承體系繼續(xù)向上查找，等找到了合適的方法之后再進(jìn)行跳轉(zhuǎn)懒棉。如果最終還是未能找到與選擇子名稱相符的方法草描，那就執(zhí)行“消息轉(zhuǎn)發(fā)(message forwarding)”操作。
綜上所述策严，某類的實(shí)例對象在調(diào)用其成員方法的時(shí)候似乎需要執(zhí)行很多部的操作穗慕。可能我們會提出疑問妻导，如果該過程會執(zhí)行這么多步驟逛绵，那么在資源消耗上的開銷會不會很大呢？其實(shí)我們不用擔(dān)心這個(gè)問題栗竖，編譯器在執(zhí)行選擇子匹配的過程中暑脆，會將匹配的結(jié)果緩存到“快速映射表（fast map）”里面，切每個(gè)類都有這樣一塊緩存區(qū)狐肢。有了緩存區(qū)過戶添吗，方法調(diào)用的匹配過程就會變得非常的快速。當(dāng)然份名，話說回來碟联，即使有這種所謂的快速緩存區(qū)，與之“靜態(tài)綁定的函數(shù)調(diào)用操作”相比較僵腺，它還是慢很多鲤孵，但OC是一門動態(tài)語言，這里且暫且不表辰如。
上述的介紹普监，知識描述了部分消息調(diào)用時(shí)的底層原理，在實(shí)際開發(fā)中，我們還可能會遇到其他一些“邊界情況”凯正，若如此情況毙玻，則需要交由OC運(yùn)行環(huán)境中的另一些函數(shù)來處理。我們這里只做簡單介紹廊散，不具體闡述桑滩。“邊界情況”如下：
- objc_msgSend_stret: 如果待發(fā)送的消息的返回值是一個(gè)“結(jié)構(gòu)體（struct）”允睹，那么可交由此函數(shù)來處理运准。只有當(dāng)CPU的寄存器能夠容納的下消息返回?cái)?shù)據(jù)類型時(shí)，這個(gè)函數(shù)才會處理此消息缭受。相反胁澳，則需由另一個(gè)函數(shù)執(zhí)行派發(fā)。此時(shí)米者，那個(gè)函數(shù)會通過分配在棧上的某個(gè)變量來處理消息返回的結(jié)構(gòu)體听哭。
- objc_msgSend_fpret: 如果待發(fā)送消息的返回值是浮點(diǎn)數(shù)，那么可交由此函數(shù)來處理塘雳。在某些架構(gòu)的CPU中調(diào)用函數(shù)時(shí)，需要對“浮點(diǎn)數(shù)寄存器”做特殊處理普筹，也就是說败明，通常所用的objc_msgSend在這種情況下并不合適。這個(gè)函數(shù)是為了處理x86等架構(gòu)CPU中某些令人稍覺奇怪的狀況太防。
- objc_msgSendSuper：如果需要給某實(shí)例對象所屬類的父類發(fā)送消息妻顶， 例如我們常用到的
[super message: parameter];
此時(shí)就可交由此函數(shù)來處理。
前面我們說到了蜒车，objc_msgSend等消息傳遞函數(shù)一旦找到了與之匹配的方法實(shí)現(xiàn)就會實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)讳嘱，編譯器之所以會這么做，就是因?yàn)镺C中所有類的成員方法在底層都是標(biāo)準(zhǔn)的C語言函數(shù)酿愧，其原型如下:
<return_type> Class_selector(id self, SEL, _cmd, ...);
真正的函數(shù)名可能和上述有所差別沥潭，這里我用“類（class）”和“選擇子（selector）”來命名是想其工作原理。OC中每一個(gè)類都有一張表嬉挡，表中的方法指針“methodPointer”都會只指向這樣的函數(shù)钝鸽，而選擇子的名稱則是方法列表中的“key”。objc_msgSend等函數(shù)正是通過這張表來尋找應(yīng)該執(zhí)行的方法庞钢，并跳轉(zhuǎn)至實(shí)現(xiàn)代碼中拔恰。
“消息傳遞”總結(jié):
- 某實(shí)例對象調(diào)用其成員方法，稱之為給該對象傳遞一條消息基括。
- 消息有接受者颜懊，選擇子以及參數(shù)列表構(gòu)成。給某實(shí)例對象“發(fā)送消息（invoke a message）”就是在改對象上調(diào)用方法“call a method”。
- 發(fā)給某對象的全部消息都要由“動態(tài)消息派發(fā)系統(tǒng)（dynamic message dispatch system）”來處理河爹，該系統(tǒng)會查出對應(yīng)的方法匠璧，并執(zhí)行其代碼。
二. 消息的轉(zhuǎn)發(fā)
上文我們了解了OC消息的傳遞機(jī)制昌抠，接下來我們來說說消息的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制患朱。
很多時(shí)候，某實(shí)例對象在收到了無法解讀的消息之后炊苫，該怎么辦呢裁厅？
在開發(fā)過程中，我在某個(gè)類中申明了某個(gè)方法侨艾，但是我們不具體實(shí)現(xiàn)执虹，此時(shí)我們編譯我們的程序，我們會發(fā)現(xiàn)唠梨，編譯器并不會報(bào)錯(cuò)袋励。因?yàn)镺C門動態(tài)語言，我們可以在運(yùn)行期当叭，動態(tài)的向該類中添加我們剛剛申明的方法的具體實(shí)現(xiàn)代碼茬故。但是此時(shí)，如果我們并沒有動態(tài)添加該方法的具體實(shí)現(xiàn)蚁鳖，也就是說磺芭，我們用某實(shí)例去調(diào)用該方法，但是該方法不能被正常調(diào)用醉箕，因?yàn)槲覀冇腥?shí)現(xiàn)它的具體邏輯钾腺，此時(shí)就會啟動“消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制”。
在我們的開發(fā)過程中讥裤，你可能遇見過經(jīng)由消息轉(zhuǎn)發(fā)流程處理的消息放棒，只是我們未加留意它。如果在控制臺看到以下報(bào)錯(cuò)提示己英，那就說明我們向某一實(shí)例發(fā)送了一條其無法解讀的消息间螟，從而啟動了消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，并將此消息轉(zhuǎn)發(fā)給了NSObject的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)剧辐『ィ控制打印如下:
- [__NSCFNumber lowercaseString]: unrecognized selector send to instance 0x87
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '- [__NSCFNumber lowercaseString]: unrecognized selector sent to instance 0x87'
上面控制臺答應(yīng)的消息是由NSObject的“doesNotRecognizeSelector:”方法所拋出的異常，此異常表明：消息的接受者的類型是 __NSCFNumber荧关， 而該接收者無法解讀名為“l(fā)owercacseString”的選擇子溉奕。在本例中，消息轉(zhuǎn)發(fā)過程以程序crash而告終忍啤，不過加勤，開發(fā)者在編寫自己的類的時(shí)候仙辟，可在轉(zhuǎn)發(fā)過程中設(shè)置掛鉤，用以執(zhí)行預(yù)定的邏輯鳄梅，而讓程序不會crash掉叠国。
好了，看完實(shí)例戴尸，我們在具體說說消息轉(zhuǎn)發(fā)的具體步驟粟焊。消息轉(zhuǎn)發(fā)可以分兩個(gè)階段。第一個(gè)階段先征詢接收者所屬的類孙蒙，看其能否動態(tài)添加方法项棠，以處理當(dāng)前這個(gè)未知選擇子。這個(gè)步驟叫做“動態(tài)方法解析（dynamic method resolution）”挎峦。第二階段則涉及到完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制香追。如果運(yùn)行期系統(tǒng)已經(jīng)把第一階段執(zhí)行完了，那么接收者自己就無法再以動態(tài)新增方法的手段來響應(yīng)包含該選擇子的消息了坦胶。此時(shí)透典，運(yùn)行期系統(tǒng)會請求接收者以其他手段來處理與消息相關(guān)的方法調(diào)用。這里又要分為兩個(gè)小步驟顿苇，首先峭咒，接收者會查看，看有沒有其他對象也就是“備用接收者（replacement receiver）”能處理該未知消息纪岁，如果有讹语，則運(yùn)行期系統(tǒng)會將此未知消息轉(zhuǎn)發(fā)給那個(gè)可執(zhí)行此消息的對象，于是消息轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)束蜂科。如果接收者未能查看到備用接收者，則啟動完整消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制短条，運(yùn)行期系統(tǒng)會把與此未知消息有關(guān)的所有信息和細(xì)節(jié)都封裝到NSInvocation的實(shí)例對象中导匣，然后再給接收者一次機(jī)會，令其設(shè)法解決當(dāng)前未處理的這條消息茸时。
2.1 動態(tài)方法解析
上述過程就是整個(gè)消息轉(zhuǎn)發(fā)過程贡定，但是里面還有些知識點(diǎn)，這給大家具體解釋下可都。首先我們看看上文中提及到的動態(tài)解析方法缓待。在消息轉(zhuǎn)發(fā)的第一個(gè)階段，當(dāng)實(shí)例對象收到無法解讀的消息時(shí)渠牲，首先會去征詢接收者所屬類旋炒，看其能否動態(tài)添加方法來處理該未知消息。此過程叫做“動態(tài)方法解析”签杈。
在對象收到無法解讀消息后瘫镇，首先會調(diào)用所屬類的下列方法:
+ (BOOL) resolveInstancemethod: (SEL) selector;
該方法的參數(shù)，就是那個(gè)未知的選擇子。其返回值為布爾類型铣除，表示這個(gè)類是否能新增一個(gè)實(shí)例方法來處理該未知消息谚咬。還與這么一種情況，當(dāng)我們通過類直接調(diào)用其類方法的時(shí)候尚粘，切該類方法也是類當(dāng)前不能響應(yīng)的方法择卦，此時(shí)同樣，會去征詢類本身郎嫁，看其能否動態(tài)新增一個(gè)類方法來處理該未知消息秉继。此時(shí)調(diào)用的方法和上面類似"resolveClassMethod："。
在使用這個(gè)方法的時(shí)候行剂，有一個(gè)前提秕噪，動態(tài)添加的方法的具體實(shí)現(xiàn)，我們已經(jīng)提前編碼好了厚宰。只等在運(yùn)行期動態(tài)插入即可腌巾。這里我們舉個(gè)例子來說明， 當(dāng)然铲觉，文章最后我們會用一個(gè)完整的簡單例子來說明消息的傳遞和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制澈蝙。這里，我們暫且先說這個(gè)動態(tài)插入撵幽。在開發(fā)的過程中灯荧，我們很多時(shí)候用@dynamic來修飾類的屬性，例如我們在訪問CoreData框架中的“NSManagerObjects”對象的屬性時(shí)盐杂，我們就可以用到動態(tài)插入逗载，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)這些屬性的所需的setter和getter是在編譯器就能確定的。好了链烈，我們來看看如果用“resolveInstancemethod”方法來實(shí)現(xiàn)@dynamic屬性的：
id autoDictionaryGetter(id self, SEL _cmd);
void autoDictionarySetter(id self, SEL _cmd, id value);
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)selector {
NSString *selectorString = NSStringFromSelector(selector);
if (/* selector is from a @dynamic property */) {
if ([selectorString hasPrefix:@"set"]) {
class_addMethod(self, selector, (IMP)autoDictionarySetter, "v@:@");
} else {
class_addMethod(self, selector, (IMP)autoDictionaryGetter, "@@:");
}
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod: selector];
}
此段代碼首先是將選擇子轉(zhuǎn)為字符串厉斟，然后檢測其是否表示設(shè)置方法。如果前綴位"set"强衡，則表示為設(shè)置方法擦秽，否則就是獲取方法。不管是哪種情況漩勤，都會把處理改選擇子的方法加到類里面感挥。所添加的方法是用C函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。C函數(shù)可能會用代碼來操作相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)越败，類之中的屬性數(shù)據(jù)就就存放在那些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里面触幼。以coreData為例，這些存取方法也許要和后端數(shù)據(jù)庫通信究飞，以便獲取或更新相應(yīng)的值域蜗。
2.2 備用接收者
在消息轉(zhuǎn)發(fā)的第二階段巨双，接收者擁有第二次機(jī)會來處理未知消息，在這一步驟中霉祸，運(yùn)行期會判斷接收者能不能將此未知消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他接收者來處理筑累。這個(gè)其他接收者就是備用接收者。此時(shí)會調(diào)用下面這個(gè)方法：
- (id) forwardingTargetForSelector: (SEL) selector;
該方法參數(shù)就是將要轉(zhuǎn)發(fā)的選擇子丝蹭。如果說接收者能找到能處理該未知選擇子的其他對象慢宗，則將其返回，若找不到奔穿，就返回nil镜沽。
2.3 完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)
如果說消息轉(zhuǎn)發(fā)算法已經(jīng)來到這一步的話，那么唯一能做的就是啟動完整消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制贱田。首先缅茉，創(chuàng)建一個(gè)NSInvocation對象，此對象包含有選擇子男摧，目標(biāo)以及參數(shù)蔬墩。然后將尚未處理的選擇子，及其先關(guān)全部細(xì)節(jié)都封裝于此對象中耗拓。在觸發(fā)NSInvocation對象時(shí)拇颅，“消息派發(fā)系統(tǒng)(message-dispatch-system)”將親自出馬，把消息派發(fā)給目標(biāo)對象乔询。其方法如下：
-(void)forwardInvocation: (NSInvocation *)invocation;
消息轉(zhuǎn)發(fā)全流程：
為了說明消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的意義樟插，下面示范如何以動態(tài)方法解析來實(shí)現(xiàn) @dynamic 屬性。假設(shè)要編寫一個(gè)類似于“字典”的對象竿刁，他里面可以容納其他對象黄锤，只不過開發(fā)者要直接通過屬性來存取其中的數(shù)據(jù)。這個(gè)類的設(shè)計(jì)思路是：由開發(fā)者來添加屬性定義食拜，并將其聲明為 @dynamic 猜扮，而類則會處理自動處相關(guān)屬性的存取。
具體代碼如下:
.h文件內(nèi)容
#import <Foundation/Foundation.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface SxsAutoDictionary : NSObject
@property(nonatomic, copy) NSString *string;
@property(nonatomic, strong) NSNumber *number;
@property(nonatomic, copy) NSDate *date;
@property(nonatomic, strong) id opaqueObject;
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END
//其實(shí)這些屬性都沒有任何的實(shí)際意義监婶，所以屬性的類型和屬性名稱你可以隨意設(shè)置。
.m文件內(nèi)容
#import <objc/runtime.h>
#import "SxsAutoDictionary.h"
@interface SxsAutoDictionary ()
@property(nonatomic, strong) NSMutableDictionary *backingStore;
@end
@implementation SxsAutoDictionary
@dynamic string, number, date, opaqueObject;
- (id)init {
if (self = [super init]) {
_backingStore = [NSMutableDictionary dictionary];
}
return self;
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
NSString *selStrin = NSStringFromSelector(sel);
if ([selStrin hasPrefix:@"set"]) {
class_addMethod(self, sel, (IMP)autoDictionarySetter, "v@:@");
} else {
class_addMethod(self, sel, (IMP)autoDictionaryGetter, "@@:");
}
return YES;
}
id autoDictionaryGetter(id self, SEL _cmd) {
//Get the backing store from the objcet
SxsAutoDictionary *typeSelf = (EOCAutoDictionary *)self;
NSMutableDictionary *backingStore = typeSelf.backingStore;
//The key is simply the selector name
NSString *key = NSStringFromSelector(_cmd);
//Return the value
return [backingStore objectForKey:key];
}
void autoDictionarySetter(id self, SEL _cmd, id value) {
//Get the backing store from the objcet
SxsAutoDictionary *typeSelf = (EOCAutoDictionary *)self;
NSMutableDictionary *backingStroe = typeSelf.backingStore;
/**
* The selector will be for example , "setOpaqueObject".
* We need to remove the "set", ":", and lowercase the first letter of the remainder
*/
NSString *selectorString = NSStringFromSelector(_cmd);
NSMutableString *key = [selectorString mutableCopy];
// Remove the ":" at the end
[key deleteCharactersInRange: NSMakeRange(key.length - 1, 1)];
// Remove the 'set' prefix
[key deleteCharactersInRange:NSMakeRange(0, 3)];
// lowercase the first character
NSString *lowercaseFirstChar = [[key substringToIndex:1] lowercaseString];
[key replaceCharactersInRange:NSMakeRange(0, 1) withString:lowercaseFirstChar];
if (value) {
[backingStroe setObject:value forKey:key];
} else {
[backingStroe removeObjectForKey:key];
}
}
@end
該類的實(shí)際調(diào)用:
SxsAutoDictionary *dic = [[SxsAutoDictionary alloc] init];
dic.string = @"Set a String";
NSLog(@"Print: %@", dic.string);
控制臺輸出結(jié)果：
2019-04-19 11:21:48.503465+0800 EffectiveObjective-C_TestApp[9036:2325913] Print: Set a String
消息轉(zhuǎn)發(fā)總結(jié):
- 如果對象無法響應(yīng)某個(gè)選擇子齿桃，則進(jìn)入消息轉(zhuǎn)發(fā)流程惑惶。
- 通過運(yùn)行期的動態(tài)方法解析，我們可以在需要用到某個(gè)方法時(shí)再講其動態(tài)插入到類中短纵。
- 對象可以把無法響應(yīng)的選擇子轉(zhuǎn)發(fā)給其他備用對象來處理带污。
- 經(jīng)過以上兩個(gè)步驟知乎，如果還是沒法處理未知消息香到，則啟用完整消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制鱼冀。
