iOS runtime之消息发送,消息转发机制

消息:消息直到运行时才会与方法实现进行绑定。在OC中方法调用是一个消息发送的过程。

在OC中调用一个方法的格式如:

[cat eat: fish];

在方法调用的时候,runtime会将上面的方法调用转化成一个C语言的函数调用,表示朝着cat发了一个eat:消息,并传入了fish这个参数:

objc_msgSend(cat, @selector(eat:), fish);

那么在这个C语言函数中发生了什么事情?编译器是如何找到这个方法的呢?消息发送的主要步骤如下:

1.首先检查这个selector是不是要忽略。比如Mac OS X开发,有了垃圾回收就不会理会retain,release这些函数。
2.检测这个selector的target是不是nil,OC允许我们对一个nil对象执行任何方法不会Crash,因为运行时会被忽略掉。
3.如果上面两步都通过了,就开始查找这个类的实现IMP,先从cache里查找,如果找到了就运行对应的函数去执行相应的代码。
4.如果cache中没有找到就找类的方法列表中是否有对应的方法。
5.如果类的方法列表中找不到就到父类的方法列表中查找,一直找到NSObject类为止。
6.如果还是没找到就要开始进入动态方法解析,后面会说

在消息的传递中,编译器会根据情况在objc_msgSend 、objc_msgSend_stret 、objc_msgSendSuper、objc_msgSendSuper_stret 这四个方法中选择一个调用。如果消息是传递给父类,那么会调用名字带有super的函数,如果消息返回值是数据结构而不是简单值时,会调用名字带有stret的函数。

动态方法解析

当runtime系统在Cache和类的方法列表(包括父类)中找不到要执行的方法时runtime会调用resolveInstanceMethod: 或者resolveClassMethod: 来给我们一次动态添加方法实现的机会。我们需要用class_addMethod函数完成向特定类添加特定方法实现的操作:

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
    // implementation ....
}
@implementation MyClass
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL
{
    if (aSEL == @selector(resolveThisMethodDynamically)) {
          class_addMethod([self class], aSEL, (IMP)
dynamicMethodIMP, "v@:");
          return YES;
}
    return [super resolveInstanceMethod:aSEL];
}
@end 

上面的例子为 resolveThisMethodDynamically 这个方法添加了实现内容,就是dynamicMethodIMP方法中的代码。其中"v@:"表示返回值跟参数。注意:动态方法解析是在上面说的第6步后,消息转发机制侵入之前执行,动态方法解析器将会首先给予提供该方法选择器对应的IMP的机会。如果你想让该方法选择器被传送到转发机制,就让resolveInstanceMethod:方法返回NO。

消息转发

1.重定向
消息转发机制执行前,runtime系统允许我们替换消息的接收者为其他对象。通过- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法。

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    if(aSelector == @selector(mysteriousMethod:)){
          return alternateObject;
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

如果此方法返回的是nil 或者self,则会进入消息转发机制(forwardInvocation:),否则将会向返回的对象重新发送消息。
2.转发
当动态方法解析不做处理返回NO时,则会触发消息转发机制。这时forwardInvocation:方法会被执行,我们可以重写这个方法来自定义我们的转发逻辑:

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
    if ([someOtherObject respondsToSelector:[anInvocation selector]])
        [anInvocation invokeWithTarget:someOtherObject];
    else
        [super forwardInvocation:anInvocation];
}

唯一参数是个NSInvocation类型对象,该对象封装了原始的消息和消息的参数,我们可以实现forwardInvocation:方法来对不能处理的消息做一些处理。也可以将消息转发给其它对象处理,而不抛出错误。

注意:参数anInvocation是从哪来的?在forwardInvocation:消息发送前,runtime系统会向对象发送methodSignatureForSelector:消息,并取到返回的方法签名用于生成NSInvocation对象。所以重写forwardInvocation:的同时也要重写methodSignatureForSelector:方法,否则会抛出异常。当一个对象由于没有相应的方法实现而无法响应某个消息时,运行时系统将通过forwardInvocation:消息通知该对象。每个对象都继承了forwardInvocation:方法,我们可以将消息转发给其它的对象。

- (NSMethodSignature*)methodSignatureForSelector:(SEL)selector
{
    NSMethodSignature* signature = [super methodSignatureForSelector:selector];
    if (!signature) {
       signature = [someObject methodSignatureForSelector:selector];
    }
    return signature;
}

forwardInvocation:方法就是一个不能识别消息的分发中心,将这些不能识别的消息转发给不同的消息对象,或者转发给同一个对象,再或者将消息翻译成另外的消息,亦或者简单的“吃掉”某些消息,因此没有响应也不会报错。例如:我们可以为了避免直接闪退,可以当消息没法处理时在这个方法中给用户一个提示,也不失为一种友好的用户体验。

转发和多继承

转发和继承相似,可用于为OC编程添加一些多继承的效果,一个对象把消息转发出去,就好像他把另一个对象中放法接过来或者“继承”一样。消息转发弥补了objc不支持多继承的性质,也避免了因为多继承导致单个类变得臃肿复杂。
虽然转发可以实现继承功能,但是NSObject还是必须表面上很严谨,像respondsToSelector:和isKindOfClass:这类方法只会考虑继承体系,不会考虑转发链。

方法中的隐藏参数

我们经常用到关键字self,但是self 是如何获取当前方法的对象呢?其实这也是runtime系统的作用,self是在方法运行时被动态传入的。

当objc_msgSend找到方法对应实现时,它将直接调用该方法实现,并将消息中的所有参数都传递给方法实现,同时它还将传递两个隐藏参数:
1.接受消息的对象(self所指向的内容,当前方法的对象指针)
2.方法选择器(_cmd指向的内容,当前方法的SEL指针)

因为在源代码方法的定义中,我们并没有发现这两个参数的声明,它们是在代码被编译时被插入方法实现中的。尽管这些参数没有被明确的声明,在源代码中我们仍然可以引用它们。

这两个参数中self更实用,它是在方法实现中访问消息接收者对象的实例变量的途径。这时我们可能会想到另一个关键字super,实际上super关键字接收到消息时,编译器会创建一个objc_super结构体:

struct objc_super { id receiver; Class class; };

这个结构体指明了消息应该被传递给特定的父类,receiver仍然是self本身,当我们想通过[super class]获取父类时,编译器其实是将指向self的id指针和class 的SEL传递给了objc_msgSendSuper 函数。只有在NSObject类中才能找到class 方法,然后class方法底层被转化为object_getClass(),接着底层编译器将代码转换为objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class)) ,传入的第一个参数是指向self的id指针,与调用[self class]相同,所以我们得到的永远都是self d的类型。因此:

// 这句话不能获取父类的类型,只能获取当前类的类型名                     
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));

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