Objective-C:消息机制

2016-10-28

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OC的消息发送石沉大海，就容易崩溃

消息发送

Objective-C 中的方法调用，其本质是消息的发送，在编译时程序不查找要执行的函数，必须等到真正运行时，程序才查找要执行的函数。

为这一特性提供支撑的，就是消息发送机制。

在OC中调用方法，以如下形式：

~~~objective-c
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Obj.h"
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Obj * obj = [[Obj alloc] init];
        [obj doSomething];
    }
    return 0;
}
~~~

通过对象名 obj 调用方法 doSomething，我们将main.m编译链接处理一下：打开终端，进入main.m所在文件夹，输入clang编译命令：clang -rewrite-objc main.m，查看编译生成的main文件（拖拽到最下方，查看main函数）：

~~~objective-c
// - (void)doSomething;
/* @end */
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        Obj * obj = ((Obj *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((Obj *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Obj"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
        ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)obj, sel_registerName("doSomething"));
    }
    return 0;
}
static struct IMAGE_INFO { unsigned version; unsigned flag; } _OBJC_IMAGE_INFO = { 0, 2 };
~~~

可知，OC的方法调用，会在编译链接后，被处理为：

~~~objective-c
objc_msgSend(obj,@selector(doSomething));
~~~

我们可以直接使用底层的C函数来进行方法调用：

打开编译器Build Settings 将消息发送代码检查Enable Strict Checking of objc_msgSend Calls选项置为NO;
在Obj类中声明方法：- (void)doSomething:(NSString *)str;
导入头文件#import ，调用：

~~~objective-c
objc_msgSend(obj, @selector(doSomething:), @"some obj");
~~~

打印结果：doSomething with str : some obj

对于继承自NSObject的obj对象（不特指obj）：

~~~objective-c
@interface NSObject  {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}
~~~

存在一个Class类型的isa指针，该指针的类型包含的信息就是这篇文章的重点

类结构与isa指针

isa指针的Class类型结构：

~~~objective-c
typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
  Class isa;           // 实例的isa指向类对象，类对象的isa指向元类
  Class super_class ;  // 指向其父类
  const char *name ;   // 类名
  long version ;       // 类的版本信息，初始化默认为0，可以通过runtime函数class_setVersion和class_getVersion进行修改、读取
  long info;           // 一些标识信息,如CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class ，其中包含对象方法和成员变量;CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass，其中包含类方法;
  long instance_size ; // 该类的实例变量大小(包括从父类继承下来的实例变量);
  struct objc_ivar_list *ivars;           // 用于存储每个成员变量的地址
  struct objc_method_list **methodLists ; // 与 info 的一些标志位有关,如CLS_CLASS (0x1L),则存储对象方法，如CLS_META (0x2L)，则存储类方法;
  struct objc_cache *cache;               // 指向最近使用的方法的指针，一种优化，用于提升效率；调用过的方法存入缓存列表，下次调用先找缓存
  struct objc_protocol_list *protocols;   // 存储该类遵守的协议
}
~~~

对象的isa指针指向类，类中的isa指针指向元类，元类中的指针指向NSObject，这也是NSObject类是所有类的根类的原因。

在该结构中，我们可以看到ivars 和methodLists字段。对于普通类，ivars中存储成员变量的信息，methodLists中存储对象方法信息；

对于静态类，ivars中存储静态成员变量的信息，methodLists中存储类方法信息。

消息发送的过程

我们回到运行时对方法调用的处理中：

objc_msgSend(obj,@selector(doSomething));其中@selector() 是SEL类型的方法选择器，SEL本身是一个int类型的地址，存放方法名字，每一个方法对应一个SEL，SEL是根据方法名字生成的，这也决定了OC中的方法不可重名。

SEL的主要作用是快速通过方法名doSomething查找对应方法的函数指针，继而进行调用该函数。

总结消息发送的过程：　　　　

[obj doSomething]; 在编译时被处理为objc_msgSend(obj,@selector(doSomething));
对于 objc_msgSend 函数，先通过obj的isa指针找到其class，在Class中查找函数列表methodLists；
根据 SEL 在 methodLists 中找到 imp 指针（函数指针），执行函数；
没有找到对应的imp指针，则根据 class 中的 super_class 指针，去父类中查找，继而上述到元类，根类，若根类中无此函数信息，则抛出 unrecognized selector sent to xxx 的异常，如果找到该函数指针，则执行。
在 isa ——> methodLists 之间，存有缓存优化，即有 cache 的实现，根据 isa 在 Class 中先去 cache 通过 SEL 查找对应的 method，若 cache 中未找到，再去 methodLists 中查找，若找到，则将 method 加入到 cache 中，节约了消息发送的时间成本。（猜测 cache 中 method 列表是以SEL为key通过hash表来存储的，这样能提高函数查找速度）。

以上，就是OC的消息发送特性，它是Runtime的重要组成，决定了OC区别于C的动态特性。

附：

事件监听本质发送消息.但是发送消息是OC的特性，如果Swift中将一个函数声明称private,那么该函数不会被添加到方法列表中，如果在private前面加上@objc,那么该方法依然会被添加到方法列表中。
重写父类的方法，并没有覆盖掉父类的方法，只是在当前类对象中找到了这个方法后就不再去父类中找。
调用已经重写过的方法的父类的实现，使用super这个编译器标识，其作用是在运行时跳过在当前的类对象中寻找方法的过程。

消息发送过程中的拦截调用

在消息发送过程中，如果没有找到method，再抛出异常之前，运行时还会进一步处理，这不处理即：转向拦截调用。拦截调用，通过重写NSObject提供的四个方法来进行处理:

~~~objective-c
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;
~~~

当调用一个不存在的类方法时，会调用该方法，返回值默认为NO，重写为：加上自己的处理然后返回YES；

~~~objective-c
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;
~~~

该方法同上，区别在于处理的是实例方法；

~~~objective-c
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;
~~~

该方法将所调用的未找到的method，重定向到另一个声明了该method的类，需要返回拥有该方法的实例；

~~~objective-c
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;
~~~

该方法将所调用的未找到的method，打包成NSInvocation（即anInvocation），在该方法中进行自定义处理后，调用invokeWithTarget:方法，让另一个实例来触发；

通过这四个方法，我们有机会对“未找到消息接受者”导致闪退进行处理，Runtime给我们提供了机会，也意味着“最后通牒”。