iOS消息發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)示例詳解
前言
Objective-C 是一門動態(tài)語言，它將很多靜態(tài)語言在編譯和鏈接時期做的事情，放到了運行時來處理。之所以能具備這種特性，離不開 Runtime 這個庫。Runtime 很好的解決了如何在運行時期找到調(diào)用方法這樣的問題。下面話不多說了，來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧。
消息發(fā)送
在 Objective-C 中，方法調(diào)用稱為向?qū)ο蟀l(fā)送消息：
// MyClass 類
@interface MyClass: NSObject
- (void)printLog;
@end
@implementation MyClass
- (void)printLog {
NSLog(@"print log !");
}
@end
MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init];
[myClass printLog];
// 輸出： print log !
上面代碼中的 [myClass printLog] 也可以這么寫：
((void (*)(id, SEL))(void *) objc_msgSend)(myClass, @selector(printLog));
[myClass printLog] 經(jīng)過編譯后就是調(diào)用 objc_msgSend 方法。
我們看看這個方法的文檔定義：
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...);
self：消息的接收者 op： 消息的方法名，C 字符串 ... ：參數(shù)列表
Runtime 是如何找到實例方法的具體實現(xiàn)的？
基礎(chǔ)概念
講之前，我們需要先明白一些基礎(chǔ)概念：Objective-C 是一門面向?qū)ο蟮恼Z言，對象又分為實例對象、類對象、元類對象以及根元類對象。它們是通過一個叫 isa 的指針來關(guān)聯(lián)起來，具體關(guān)系如下圖：
以我們上文的代碼為例：
MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init];
整理下相互間的關(guān)系：
- myClass 是實例對象
- MyClass 是類對象
- MyClass 的元類就是 NSObject 的元類
- NSObject 就是 Root class (class)
- NSObject 的 superclass 為 nil
- NSObject 的元類就是它自己
- NSObject 的 superclass 就是 NSObject
對應(yīng)上圖中的位置關(guān)系如下：
接著，我們用代碼來驗證下上文的關(guān)系：
MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init]; Class class = [myClass class]; Class metaClass = object_getClass(class); Class metaOfMetaClass = object_getClass(metaClass); Class rootMetaClass = object_getClass(metaOfMetaClass); Class superclass = class_getSuperclass(class); Class superOfSuperclass = class_getSuperclass(superclass); Class superOfMetaOfSuperclass = class_getSuperclass(object_getClass(superclass)); NSLog(@"MyClass 實例對象是：%p",myClass); NSLog(@"MyClass 類對象是：%p",class); NSLog(@"MyClass 元類對象是：%p",metaClass); NSLog(@"MyClass 元類對象的元類對象是：%p",metaOfMetaClass); NSLog(@"MyClass 根元類對象是：%p",rootMetaClass); NSLog(@"MyClass 父類是：%@",class_getSuperclass(class)); NSLog(@"MyClass 父類的父類是：%@",superOfSuperclass); NSLog(@"MyClass 父類的元類的父類是：%@",superOfMetaOfSuperclass); NSLog(@"NSObject 元類對象是：%p",object_getClass([NSObject class])); NSLog(@"NSObject 父類是：%@",[[NSObject class] superclass]); NSLog(@"NSObject 元類對象的父類是：%@",[object_getClass([NSObject class]) superclass]); //輸出： MyClass 實例對象是：0x60c00000b8d0 MyClass 類對象是：0x109ae3fd0 MyClass 元類對象是：****0x109ae3fa8 MyClass 元類對象的元類對象是：****0x10ab02e58** MyClass 根元類對象是：0x10ab02e58 MyClass 父類是：NSObject MyClass 父類的父類是：(null) MyClass 父類的元類的父類是：NSObject NSObject 元類對象是：0x10ab02e58 NSObject 父類是：(null) NSObject 元類對象的父類是：NSObject
可以發(fā)現(xiàn)，輸出結(jié)果是完全符合我們的結(jié)論的！
現(xiàn)在我們能知道各種對象之間的關(guān)系：
實例對象通過 isa 指針，找到類對象 Class；類對象同樣通過 isa 指針，找到元類對象；元類對象也是通過 isa 指針，找到根元類對象；最后，根元類對象的 isa 指針，指向自己?？梢园l(fā)現(xiàn) NSObject 是整個消息機制的核心，絕大數(shù)對象都繼承自它。
尋找流程
上文提到了，一個 Objective-C 方法會被編譯成 objc_msgSend，這個函數(shù)有兩個默認(rèn)參數(shù)，id 類型的 self, SEL 類型的 op。我們先看看 id 的定義：
typedef struct objc_object *id;
struct objc_object {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
我們可以看到，在 objc_object 結(jié)構(gòu)體中，只有一個指向 Class 類型的 isa 指針。
我們再看看 Class 的定義：
struct objc_class {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
里面有很多參數(shù)，很顯眼的能看到這一行：
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
看名字也容易理解，這個 methodLists 就是用來存放方法列表的。我們再看看 objc_method_list 這個結(jié)構(gòu)體：
struct objc_method_list {
struct objc_method_list * _Nullable obsolete OBJC2_UNAVAILABLE;
int method_count OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
}
里面的 objc_method ，也就是我們熟悉的 Method：
struct objc_method {
SEL _Nonnull method_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char * _Nullable method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP _Nonnull method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;
}
Method 里面保存了三個參數(shù)：
- 方法的名稱
- 方法的類型
- 方法的具體實現(xiàn)，由 IMP 指針指向
經(jīng)過層層挖掘，我們能明白實例對象調(diào)用方法的大致邏輯：
MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init]; [myClass printLog];
- 先被編譯成
((void (*)(id, SEL))(void *) objc_msgSend)(myClass, @selector(printLog)); - 沿著入?yún)?myClass 的 isa 指針，找到 myClass 的類對象（Class），也就是 MyClass
- 接著在 MyClass 的方法列表 methodLists 中，找到對應(yīng)的 Method
- 最后找到 Method 中的 IMP 指針，執(zhí)行具體實現(xiàn)
類對象的類方法又是怎么找到并執(zhí)行的？
由上文，我們已經(jīng)知道，實例對象是通過 isa 指針，找到其類對象（Class）中保存的方法列表中的具體實現(xiàn)的。
比如：
MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init]; [myClass printLog];
可以理解為：printLog 方法就是保存在 MyClass 中的。
那么如果是個類方法，又是保存在什么地方的呢？
我們回顧下 Class 的定義：
struct objc_class {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
可以發(fā)現(xiàn)到這一行：
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
這里的 isa 同樣是指向一個 Class 的指針。上文中，我們也知道了類對象的 isa 指針是指向元類對象的。那么不難得出：
類對象的類方法，是保存在元類對象中的！
類對象和元類對象都是 Class 類型，僅僅服務(wù)的對象不同罷了。找到了元類對象，自然就找到了元類對象中的 methodLists，接下來就和實例對象的方法尋找調(diào)用一樣的流程了。
關(guān)于父類（superclass）
在 Objective-C 中，子類調(diào)用一個方法，如果沒有子類沒有實現(xiàn)，父類實現(xiàn)了，會去調(diào)用父類的實現(xiàn)。上文中，找到 methodLists 后，尋找 Method 的過程如下：
如何提高方法查找的效率？
上文中，我們大概知道，方法是通過 isa 指針，查找 Class 中的 methodLists 的。如果子類沒實現(xiàn)對應(yīng)的方法實現(xiàn)，還會沿著父類去查找。整個工程，可能有成萬上億個方法，是如何解決性能問題的呢？
例如：
for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
MyClass *myObject = myObjects[i];
[myObject methodA];
}
這種高頻次的調(diào)用 methodA，如果每調(diào)用一次都需要遍歷，性能是非常差的。所以引入了 Class Cache 機制：
Class Cache 認(rèn)為，當(dāng)一個方法被調(diào)用，那么它之后被調(diào)用的可能性就越大。
查找方法時，會先從緩存中查找，找到直接返回 ；找不到，再去 Class 的方法列表中找。
在上文中 Class 的定義中，我們可以發(fā)現(xiàn) cache：
struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;
說明了緩存是存在類中的，每個類都有一份方法緩存，而不是每個類的 object 都保存了一份。
消息轉(zhuǎn)發(fā)
如果方法列表（methodLists）沒找到對應(yīng)的 selector 呢？
// ViewController.m 中 （未實現(xiàn) myTestPrint 方法） [self performSelector:@selector(myTestPrint:) withObject:@"，你好 ！"];
系統(tǒng)會提供三次補救的機會。
第一次
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {} (實例方法)
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {} (類方法)
這兩個方法，一個針對實例方法；一個針對類方法。返回值都是 Bool。
使用示例：
// ViewController.m 中
void myMethod(id self, SEL _cmd,NSString *nub) {
NSLog(@"ifelseboyxx%@",nub);
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"
if (sel == @selector(myTestPrint:)) {
#pragma clang diagnostic pop
class_addMethod([self class],sel,(IMP)myMethod,"v@:@");
return YES;
}else {
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
}
我們只需要在 resolveInstanceMethod: 方法中，利用 class_addMethod 方法，將未實現(xiàn)的 myTestPrint: 綁定到 myMethod 上就能完成轉(zhuǎn)發(fā)，最后返回 YES。
第二次
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {}
這個方法要求返回一個 id。使用場景一般是將 A 類的某個方法，轉(zhuǎn)發(fā)到 B 類的實現(xiàn)中去。
使用示例：
想轉(zhuǎn)發(fā)到 Person 類中的 -myTestPrint: 方法中：
@interface Person : NSObject
@end
@implementation Person
- (void)myTestPrint:(NSString *)str {
NSLog(@"ifelseboyxx%@",str);
}
@end
// ViewController.m 中
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"
if (aSelector == @selector(myTestPrint:)) {
#pragma clang diagnostic pop
return [Person new];
}else{
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
}
第三次
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {}
第一個要求返回一個方法簽名，第二個方法轉(zhuǎn)發(fā)具體的實現(xiàn)。二者相互依賴，只有返回了正確的方法簽名，才會執(zhí)行第二個方法。
這次的轉(zhuǎn)發(fā)作用和第二次的比較類似，都是將 A 類的某個方法，轉(zhuǎn)發(fā)到 B 類的實現(xiàn)中去。不同的是，第三次的轉(zhuǎn)發(fā)相對于第二次更加靈活，forwardingTargetForSelector: 只能固定的轉(zhuǎn)發(fā)到一個對象；forwardInvocation: 可以讓我們轉(zhuǎn)發(fā)到多個對象中去。
使用實例：
想轉(zhuǎn)發(fā)到 Person 類以及 Animal 類中的 -myTestPrint: 方法中：
@interface Person : NSObject
@end
@implementation Person
- (void)myTestPrint:(NSString *)str {
NSLog(@"ifelseboyxx%@",str);
}
@end
@interface Animal : NSObject
@end
@implementation Animal
- (void)myTestPrint:(NSString *)str {
NSLog(@"tiger%@",str);
}
@end
// ViewController.m 中
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"
if (aSelector == @selector(myTestPrint:)) {
#pragma clang diagnostic pop
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@"];
}
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
Person *person = [Person new];
Animal *animal = [Animal new];
if ([person respondsToSelector:anInvocation.selector]) {
[anInvocation invokeWithTarget:person];
}
if ([animal respondsToSelector:anInvocation.selector]) {
[anInvocation invokeWithTarget:animal];
}
}
⚠️ 如果到了第三次機會，還沒找到對應(yīng)的實現(xiàn)，就會 crash：
unrecognized selector sent to instance 0x7f9f817072b0
總結(jié)
到這里，我們大概能了解消息發(fā)送與轉(zhuǎn)發(fā)的過程了，附上流程圖：
好了，以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。
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