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iOS开发进阶:方法查找与消息转发

iOS开发进阶:方法查找与消息转发

作者: __Null | 来源:发表于2021-08-13 15:34 被阅读0次

    Objective-C的方法的调用都是一个消息转发的过程,objc_msgSend(receiver, selector, ...),第一个参数表示消息的接收者,第二个参数表示消息的名称,即方法。

    方法的调用,中间经历了消息的快速查找、慢速查找、消息转发三个过程。

    1.方法快速查找

    消息的快速查找在底层通过汇编语言实现,会在cache中依据继承关系链来查找。


    isa走位图

    如果是实例方法instanceMethod,则会类的继承链上进行查找,由subclass->superclass->rootclass中查找。如果是类方法classMethod,则会在元类的继承链上查找,由subclass-meta->superclass-meta->rootclass-meta->rootclass中查找。

    如果快速查找没有命中缓存,则会进入慢速查找函数lookUpImpOrForward

    2.方法慢速查找

    方法的慢速查找入口在lookUpImpOrForward,看一下核心代码:

    NEVER_INLINE IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior){
        IMP imp = nil;
        Class curClass = cls;
        ...
        for (;;) {
            /*从当前类中查找符合条件的method,如果找到了,则进入done*/
            Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
            if (meth) {  imp = meth->imp(false); goto done;}
    
            /*没有找到的话,则会向上查找superclass。没有superclass的话话,则会进入_objc_msgForward_impcache*/
            if (slowpath((curClass = curClass->getSuperclass()) == nil)) {  imp = forward_imp; break; }
    
            /*优先查找cache,找到则进入done流程,否则继续慢速查找父类的*/
            imp = cache_getImp(curClass, sel);
            if (slowpath(imp == forward_imp)) { break;  }
            if (fastpath(imp)) { goto done; }
        }
        
        /*仍然没有找到:进入动态决议流程*/
        if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
            behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;
            return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
        }
    
        done:
        ...
        done_unlock:
        ...
        return imp;
    }
    

    消息转发,即动态决议流程,判断是类方法还是实例方法,来做不同的操作

    static NEVER_INLINE IMP resolveMethod_locked(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior){
        ...
        if (! cls->isMetaClass()) {
            /*如果是类,则执行resolveInstanceMethod*/
            resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
        } 
        else {
            /*如果是元类,则执行resolveClassMethod*/
            resolveClassMethod(inst, sel, cls);
            if (!lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls)) {
                resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
            }
        }
        return lookUpImpOrForwardTryCache(inst, sel, cls, behavior);
    }
    

    如若是实例方法则执行+resolveInstanceMethod,如果是类方法则执行+resolveClassMethod方法。

    static void resolveClassMethod(id inst, SEL sel, Class cls){
         /*如果没有实现+ resolveClassMethod方法则return,因为在NSObject中实现了该方法,所以不存在找不到的情况??*/
        if (!lookUpImpOrNilTryCache(inst, @selector(resolveClassMethod:), cls)) {
            return;
        }
    
        ...
        BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
        bool resolved = msg(nonmeta, @selector(resolveClassMethod:), sel);
        //从缓存中查找一遍
        IMP imp = lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls);
    }
    
    static void resolveInstanceMethod(id inst, SEL sel, Class cls){
        /*如果没有实现+ resolveInstanceMethod方法则return,因为在NSObject中实现了该方法,所以不存在找不到的情况??*/
        if (!lookUpImpOrNilTryCache(cls, @selector(resolveInstanceMethod:), cls->ISA(/*authenticated*/true))) {
            return;
        }
    
        ...
        BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
        bool resolved = msg(cls, @selector(resolveInstanceMethod:), sel);
        //从缓存中查找一遍
        IMP imp = lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls);
    }
    

    2.1 代码调用未实现的方法

    知道系统处理异常的流程后我们就写代码试试,首先在NXPerson@interface中申明1个方法,并不实现该方法:

    //定义一个NXPerson class
    @interface NXPerson : NSObject
    - (void)instanceMethod;
    @end
    @implementation NXPerson
    @end
    
    //调用未实现的方法
    NXPerson *p = [NXPerson alloc];
    [p instanceMethod];
    

    错误打印:

    调用未实现的实例方法.png
    调用一个没有实现的方法,最终crash掉,且抛出错误-[NXPerson instanceMethod]: unrecognized selector sent to instance 0x1011044c0

    2.2 通过 resolveInstanceMethod来添加实现

    按照源码中的提供的思路来实现resolveInstanceMethod方法,我们发现该方法在crash和抛出异常之前被调用了2次,尽管我们只在该方法中调用父类的方法。官方提供该方法的目的在于我们可以在这种情况下,为一个没有实现的方法动态添加方法的实现。

    + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
        NSLog(@"%s",__func__);
        if(sel == NSSelectorFromString(@"instanceMethod")){
            //将instanceMethod的实现替换为run方法的实现
            SEL __sel = NSSelectorFromString(@"run");
            IMP imp = class_getMethodImplementation(self, __sel);
            const char *type = method_getTypeEncoding(class_getInstanceMethod(self, __sel));
            return  class_addMethod(self, sel, imp, type);
        }
        return [super resolveInstanceMethod:sel];
    }
    

    通过如上代码,我们将instanceMethod这个sel添加了一个实现imp,再调用[p instanceMethod]时,系统就会执行run方法,符合预期,结果如下:

    resolveInstanceMethod添加实现.png
    这种方式我们需要保证我们添加的实现是确实存在的。

    2.3 通过forwardingTargetForSelector:指定消息接收者

    消息动态决议中还会有第二种补救措施,实现-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)sel方法,返回能够消化该sel的实例即可。

    @interface NXTarget : NSObject
    - (void)instanceMethod;
    @end
    
    @implementation NXTarget
    - (void)instanceMethod{
        NSLog(@"%s",__func__);
    }
    @end
    

    测试如下方法,需要将resolveInstanceMethod方法屏蔽掉。

    - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
        NSLog(@"%s",__func__);
        if(aSelector == NSSelectorFromString(@"instanceMethod")) {
            //需要保证NXTarget中有同名的instanceMethod方法
            return [[NXTarget alloc] init];
        }
        return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
    }
    

    通过上面的代码,我们将名为instanceMethod的方法指定了一个新的接收者,这里需要注意在新的实例中需要有instanceMethod实例方法,那么指定为自己、当前类的实例、返回nil,或者指定的实例中不包含该方法仍然是无效的,会继续触发异常。

    forwardingTargetForSelector指定消息接收者.png

    2.4通过forwardInvocation:转发消息

    其中methodSignatureForSelectorforwardInvocation必须要成堆出现,否则无效。

    - (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
        NSLog(@"%s",__func__);
        if(aSelector == NSSelectorFromString(@"instanceMethod")){
            //返回instanceMethod的签名
            return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
        }
        return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    }
    
    - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
        NSLog(@"%s",__func__);
        if(anInvocation.selector == NSSelectorFromString(@"instanceMethod")){
            //对instanceMethod进行处理,在这里可以指定消息的接收者`anInvocation.target`,或者指定消息`anInvocation.selector`,通常只需要更改其中之一即可。
            //anInvocation.target = [[NXTarget alloc] init];
            anInvocation.selector = NSSelectorFromString(@"run");
            //执行方法
            [anInvocation invoke];
            return;
        }
        [super forwardInvocation:anInvocation];
    }
    

    重写- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation方法,我们可以指定新的消息接收者和消息体,最后调用[anInvocation invoke]方法将会触发新的消息发送流程。如果我们只提供了该方法的空实现,那么原有的方法将得不到执行,也不会抛出异常了。

    - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
        NSLog(@"%s",__func__);
    }
    

    综上所述,在消息查找不到的情况下,有3次亡羊补牢的机会,通过流程图表述如下:


    消息转发流程.png

    3.类方法查找流程

    类方法的查找流程在这里不做赘述,与实例方法的查找流程大同效益

    1.可以在+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel中添加方法,将方法添加到元类
    2.可以在+ (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector中返回类对象。
    3.可以在 + (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector中返回方法的签名,实现+ (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation方法。

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