runtime进行曲，objc_msgSend的前世今生（二）

概要：傻瓜式讲解动态绑定和消息转发。
学习进度:

一、objc_msgSend伪代码复习

伪代码

// 首先看一下objc_msgSend的方法实现的伪代码
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...) {
   if (!self) return nil;
   // 关键代码（a）
   IMP imp = class_getMethodImplementation(self->isa, SEL op);
   imp(self, op, ...); // 调用这个函数，伪代码...
}
// 查找IMP
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel) {
    if (!cls || !sel) return nil;
    IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel);
    if (!imp) {
      ... // 执行动态绑定
    }
    IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel);
    if (!imp) return _objc_msgForward; // 这个是用于消息转发的
    return imp;
}
// 遍历继承链，查找IMP
IMP lookUpImpOrNil(Class cls, SEL sel) {
    if (!cls->initialize()) {
        _class_initialize(cls);
    }
    Class curClass = cls;
    IMP imp = nil;
    do { // 先查缓存,缓存没有时重建,仍旧没有则向父类查询
        if (!curClass) break;
        if (!curClass->cache) fill_cache(cls, curClass);
        imp = cache_getImp(curClass, sel);
        if (imp) break;
    } while (curClass = curClass->superclass); // 关键代码（b）
    return imp;
}

问题
伪代码中大部分在runtime进行曲，objc_msgSend的前世今生（一）中已经说明的很详细，这里看下上篇中留下的两个小疑问：

  • 动态绑定。
  • 消息转发。

二、动态绑定

动态绑定，从名称来看就大致懂了。如果调用一个类的方法，而这个类及其父类均没有实现这个方法。那么我们就在运行时绑定此方法到该类。举一例子如下：

// 使用@dynamic表明不自动合成属性a的set和get方法。
#import <UIKit/UIKit.h>
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface A : NSObject
@property (nonatomic, assign) NSInteger a;
@end
@implementation A
@dynamic a;
@end
int main(int argc, char * argv[]) {
    A *aObject = [[A alloc] init];
    NSLog(@"%ld", aObject.a);   // 崩于此行
}

// 执行结果：crash，报错如下
2017-01-09 21:25:06.929 block[28341:228218] -[A a]: unrecognized selector sent to instance 0x60800000c580

参照一中objc_msgSend执行步骤，可知A类并没有动态绑定和消息转发，所以返回的imp为空，执行crash。下面我们为其加入动态绑定的方法。

// 代码
#import <UIKit/UIKit.h>
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface A : NSObject
@property (nonatomic, assign) NSInteger a;
@end
@implementation A
@dynamic a;
int a(id self, SEL _cmd) {
    return 1;
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    class_addMethod([self class], @selector(a), (IMP)a, "i@:");
    return YES;
}
@end
int main(int argc, char * argv[]) {
    A *aObject = [[A alloc] init];
    NSLog(@"%ld", aObject.a);
}

// 没有crash，并输出1
2017-01-09 21:50:11.314 block[30605:247164] 1

OC中的方法实质上就是一个有id self和 SEL _cmd两个参数的C方法。

这里的aObject.a中a为实例方法，那么类方法怎么进行动态绑定？即通过resolveClassMethod方法。

// 代码
#import <UIKit/UIKit.h>
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface A : NSObject
@end
@implementation A
void b(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@"b");
}
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {
    class_addMethod([self class], @selector(b), (IMP)b, "v@:");
    return YES;
}
@end
int main(int argc, char * argv[]) {
    [[A class] performSelector:@selector(b)]; // 因为[A b];这种调用方式会编译错误，所以动态调用
}

// 打断点查看，虽然调用了resolveClassMethod，但还是crash
017-01-09 22:26:58.671 block[34171:285065] +[A b]: unrecognized selector sent to class 0x1037b5e30

参照上一篇文章中，A的class中只存有实例方法，A的metaClass中只存有类方法，而相应的调用也是如此，即实例方法在A的class中找，而类方法在A的metaClass中找。所以上述给A class添加方法b并没有作用，仅仅是添加了一个实例方法b。正确方法如下：

// 代码
#import <UIKit/UIKit.h>
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface A : NSObject
@end
@implementation A
void b(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@"b");
}
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {
    Class aMeta = objc_getMetaClass(class_getName([self class]));
    class_addMethod([aMeta class], @selector(b), (IMP)b, "v@:");
    return YES;
}
@end
int main(int argc, char * argv[]) {
    [[A class] performSelector:@selector(b)];
}

// 没有crash，输出b，无敌
2017-01-09 22:31:53.440 block[34634:289598] b

三、消息转发

参见一中查找IMP代码。

// 查找IMP
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel) {
    if (!cls || !sel) return nil;
    IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel);
    if (!imp) {
      ... // 执行动态绑定
    }
    IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel);
    if (!imp) return _objc_msgForward; // 这个是用于消息转发的
    return imp;
}

可知，消息转发是objc_msgSend的最后一道防线。如果找不到imp，则会调用下面方法抛出异常。

- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector;

而在调用doesNotRecognizeSelector之前，会先调用方法（对于实例方法）。

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;

若此方法能为另一个类的消息创建一个有效的方法签名（当另一个类中有aSelector则可以创建）。创建方式如下：

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    NSMethodSignature* signature = [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    if (!signature) {
        B *bObject = [[B alloc] init]; // 假设B中有实例方法aSelector
        signature = [bObject methodSignatureForSelector:aSelector];
    }
    return signature;
}

若返回值signature为nil，则执行doesNotRecognizeSelector抛出异常，若signature签名成功，则执行转发方法。

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    B *bObject = [[B alloc] init];
    [anInvocation invokeWithTarget:bObject];
}

当然，进入forwardInvocation中之后就不会在调用起本类的doesNotRecognizeSelector方法了。除非将这个消息又转回自己（如果调用某个对象的方法没找到，则调用相应类的doesNotRecognizeSelector抛出异常）。又比如，若forwardInvocation什么都不写，则不会有任何现象，也不会crash，也不会抛出异常。

下面看一下完整的实例方法转发代码：

#import <UIKit/UIKit.h>
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface B : NSObject
- (void)b;
@end
@implementation B
- (void)b {
    NSLog(@"b");
}
- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
    [super doesNotRecognizeSelector:aSelector];
}
@end
@interface A : NSObject
@end
@implementation A

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    NSMethodSignature* signature = [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    if (!signature) {
        B *bObject = [[B alloc] init];
        signature = [bObject methodSignatureForSelector:aSelector];
    }
    return signature;
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    B *bObject = [[B alloc] init];
    [anInvocation invokeWithTarget:bObject];
}

- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
    [super doesNotRecognizeSelector:aSelector];
}
@end
int main(int argc, char * argv[]) {
    A *aObject = [[A alloc] init];
    [aObject performSelector:@selector(b)];
}

实例方法的转发大概讲完了，接下来看下类方法的转发。和实例方法类似，有两个需要额外注意的地方。

  • 实例方法是在B的class中查找b方法，若查找类方法，需要在B的metaClass中查找。
  • 上述代码中的methodSignatureForSelector、forwardInvocation、doesNotRecognizeSelector在类方法的转发过程不会被触发，需要将前面的“-”换成“＋”才会被触发（毕竟是查找类方法，有点区别）。

类方法转发代码如下：

#import <UIKit/UIKit.h>
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface B : NSObject
+ (void)b;
@end
@implementation B
+ (void)b {
    NSLog(@"b");
}
- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
    [super doesNotRecognizeSelector:aSelector];
}
@end
@interface A : NSObject
@end
@implementation A

+ (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    NSMethodSignature* signature = [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    if (!signature) {
        Class bMeta = objc_getMetaClass(class_getName([B class]));
        signature = [[bMeta class] instanceMethodSignatureForSelector:aSelector];
    }
    return signature;
}

+ (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    [anInvocation invokeWithTarget:[B class]];
}

+ (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
    [super doesNotRecognizeSelector:aSelector];
}
@end
int main(int argc, char * argv[]) {
    [[A class] performSelector:@selector(b)];
}

四、消息转发补充

1、forwardingTargetForSelector

看到现在，不少曾经看过消息转发的一些文章的读友可能发现，有一个函数没有被提到：

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;

那么，它是做什么的呢？经过测试，该函数会在methodSignatureForSelector调用之前进行调用，来看一下是否可以进行转发。下面写一个forwardingTargetForSelector实现转发的样例：

// 下述为类方法的转发样例，如果是实例方法，需要将forwardingTargetForSelector改为实例方法
#import <UIKit/UIKit.h>
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface B : NSObject
+ (void)b;
@end
@implementation B
+ (void)b {
    NSLog(@"b");
}
@end
@interface A : NSObject
@end
@implementation A
+ (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(b)) {
        return [B class];
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
@end
int main(int argc, char * argv[]) {
    [[A class] performSelector:@selector(b)];
}

// 输出
2017-01-10 08:54:39.007 block[52966:479279] b

那么，既然forwardingTargetForSelector可以实现消息转发，为什么还要使用forwardInvocation作为消息管理中心呢？

  • 虽然，forwardingTargetForSelector使用简单，不需要重写methodSignatureForSelector，产生的消耗也比forwardInvocation低得多。
  • 但是，forwardingTargetForSelector无法获取当前的NSInvocation，或者说少了一些可以操作的值。

2、respondsToSelector:和isKindOfClass:

若不进行重写，respondsToSelector:和isKindOfClass:均只会作用于继承链，而不会触及转发。假设我在四.1中：

// 代码
NSLog(@"%i", [[A class] respondsToSelector:@selector(b)]);

// 虽然A中实现了b方法的转发，但是respondsToSelector:并不会查看
2017-01-10 09:10:47.921 block[54479:495382] 0

当然，我们可以重写respondsToSelector:来保证消息转发链也可以响应。

// 代码，前面为＋是因为这里看的是类方法b
+ (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector
{
    if ( [super respondsToSelector:aSelector] )
        return YES;
    else {
        if ([[B class] respondsToSelector:@selector(b)])
            return YES;
    }
    return NO;
}

// 调用NSLog(@"%i", [[A class] respondsToSelector:@selector(b)]);输出
2017-01-10 09:14:59.227 block[54899:500487] 1

同样的道理，isKindOfClass:、instancesRespondToSelector:和 conformsToProtocol:都会有相同的机制。

五、消息转发应用

1、多重继承

根据上述任意消息转发样例，可知实现了在A中调用B中的方法b，大概可以猜到，这是不是类似继承机制？答案是肯定的，因为OC不支持多继承，此处就给了一个实现多继承的方式，因为我们可以实现任意个类消息的转发，这里就不举例了。

这是一个先进的技术，只适用于没有其他解决方案的情况下。它能作为继承的替代品。如果必须使用这种技术，请确保您充分了解转发的类和被转发的类的行为。

2、NSProxy使用和面向切面编程

暂时没空写这部分，参见神经病院Objective-C Runtime住院第二天——消息发送与转发第四节。

3、JSPatch

JSPatch中也用到消息转发相关内容，暂不介绍，后续后有专门的文章。

六、消息传递流程图

objc_msgSend全过程（假设存在动态绑定）

七、文献

1、https://developer.apple.com/library/content/documentation/Cocoa/Conceptual/ObjCRuntimeGuide/Articles/ocrtForwarding.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008048-CH105-SW1
2、http://www.jianshu.com/p/4d619b097e20

最后编辑于 ：
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 人面猴
    序言：七十年代末，一起剥皮案震惊了整个滨河市，随后出现的几起案子，更是在滨河造成了极大的恐慌，老刑警刘岩，带你破解...
    沈念sama阅读 158,425评论 4赞 361
  • 死咒
    序言：滨河连续发生了三起死亡事件，死亡现场离奇诡异，居然都是意外死亡，警方通过查阅死者的电脑和手机，发现死者居然都...
    沈念sama阅读 67,058评论 1赞 291
  • 救了他两次的神仙让他今天三更去死
    文/潘晓璐 我一进店门，熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来，“玉大人，你说我怎么就摊上这事。” “怎么了？”我有些...
    开封第一讲书人阅读 108,186评论 0赞 243
  • 道士缉凶录：失踪的卖姜人
    文/不坏的土叔 我叫张陵，是天一观的道长。 经常有香客问我，道长，这世上最难降的妖魔是什么？ 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 43,848评论 0赞 204
  • 港岛之恋（遗憾婚礼）
    正文 为了忘掉前任，我火速办了婚礼，结果婚礼上，老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己，他们只是感情好，可当我...
    茶点故事阅读 52,249评论 3赞 286
  • 恶毒庶女顶嫁案：这布局不是一般人想出来的
    文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着，像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上，一...
    开封第一讲书人阅读 40,554评论 1赞 216
  • 城市分裂传说
    那天，我揣着相机与录音，去河边找鬼。 笑死，一个胖子当着我的面吹牛，可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播，决...
    沈念sama阅读 31,830评论 2赞 312
  • 双鸳鸯连环套：你想象不到人心有多黑
    文/苍兰香墨 我猛地睁开眼，长吁一口气：“原来是场噩梦啊……” “哼！你这毒妇竟也来了？” 一声冷哼从身侧响起，我...
    开封第一讲书人阅读 30,536评论 0赞 197
  • 万荣杀人案实录
    序言：老挝万荣一对情侣失踪，失踪者是张志新（化名）和其女友刘颖，没想到半个月后，有当地人在树林里发现了一具尸体，经...
    沈念sama阅读 34,239评论 1赞 241
  • 护林员之死
    正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡，尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 30,505评论 2赞 244
  • 白月光启示录
    正文 我和宋清朗相恋三年，在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 32,004评论 1赞 258
  • 活死人
    序言：一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡，死状恐怖，灵堂内的尸体忽然破棺而出，到底是诈尸还是另有隐情，我是刑警宁泽，带...
    沈念sama阅读 28,346评论 2赞 253
  • 日本核电站爆炸内幕
    正文 年R本政府宣布，位于F岛的核电站，受9级特大地震影响，放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜，却给世界环境...
    茶点故事阅读 32,999评论 3赞 235
  • 男人毒药：我在死后第九天来索命
    文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 26,060评论 0赞 8
  • 一桩弑父案，背后竟有这般阴谋
    文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 26,821评论 0赞 194
  • 情欲美人皮
    我被黑心中介骗来泰国打工， 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 35,574评论 2赞 271
  • 代替公主和亲
    正文 我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 35,480评论 2赞 267

推荐阅读更多精彩内容

  • 无标题文章
    转至元数据结尾创建： 董潇伟，最新修改于： 十二月 23, 2016 转至元数据起始第一章:isa和Class一....
    40c0490e5268阅读 1,635评论 0赞 9
  • Objective-C Runtime
    转载：http://yulingtianxia.com/blog/2014/11/05/objective-c-r...
    F麦子阅读 694评论 0赞 2
  • Runtime详解
    参考链接： http://www.cnblogs.com/ioshe/p/5489086.html 简介 Runt...
    乐乐的简书阅读 2,094评论 0赞 9
  • Runtime知识点
    Runtime是什么 Runtime 又叫运行时，是一套底层的 C 语言 API，其为 iOS 内部的核心之一，我...
    SuAdrenine阅读 839评论 0赞 3
  • 第1篇，Hello Dog！
    我所自学的内容都是Python3的，所以后面的内容也是Python3的，操作系统为MacOS,后面也会出现Linu...
    ZYiDa阅读 495评论 0赞 0