IOS---消息转发机制

作者: silencerZiBo | 来源:发表于2017-06-30 11:19 被阅读94次

一>形成由来：
Object-C是在C的基础上进行编写的一门动态程序语言（也称超C）。底层全部是由C语言实现的。所谓的类，转换到底层C的实现，即结构体等相关的代码。相比于静态编译的语言来说，OC在具体执行的时候才会查询到具体的方法指针，从而实现方法。
而也正是这种OC的动态语言特性造就了两大该语言自身的特色：
1.runtime
2.消息转发机制以及消息传递（msg_send）
本篇幅主要讨论第二种，消息传递与转发机制。
首先要明确的是，OC的方法是如何调用的。在C、C++等语言中，我们定义了一个函数，然后经由其他函数调用时，相当于效用指向所定义函数的指针地址。通过地址查询到了该函数，并随后经由此具体实现一个方法。而OC其实也是相同的。首先需要了解objc_class的结构。
我们所创建的每一个类，以及系统原生定义的工具类，都是遵循如下的class结构体所进行创建和存储的，而OC的Class的isa便指向一个类的结构体，其中包含众多该Class的详细信息：

struct objc_class {
    struct objc_class super_class;  /*父类*/
    const char *name;               /*类名字*/
    long version;                   /*版本信息*/
    long info;                      /*类信息*/
    long instance_size;             /*实例大小*/
    struct objc_ivar_list *ivars;   /*实例参数链表*/
    struct objc_method_list **methodLists;  /*方法链表*/
    struct objc_cache *cache;               /*方法缓存*/
    struct objc_protocol_list *protocols;   /*协议链表*/
};

由该结构可以看到，Class的isa所指向的结构体中，包含了该类的父类名称、该类的名称、版本信息、方法链表等等。而涉及到该Class的所有函数，是由methodLists方法链表进行保存。而OC中的方法存储是用一一对应的映射关系来进行管理的。如下图结构所示：

image.png

如上，方法名和具体的实现地址形成映射的关系。而这里,存储方法名指针selector的是SEL链表，对应存储方法实现地址指针的address的是IMP链表。
SEL：选择子。即方法名的指针，我们平时调用一个方法，都是通过输入方法名，转化为选择子（sel），然后通过该sel在所属类的方法链表中查询具体的方法的。如果查询到，则使用对应的函数地址（imp），查询到具体的实现函数并执行函数。如果查询不到，则涉及到消息的转发了。调用以下方法的时候，我们是能看出方法在调用时的状态的：

[self performSelector:<#(SEL)#>];
    @selector(<#selector#>)

了解完了具体的Object-C的方法调用机制以后，我们就能理解消息转发机制能够形成的基础了。之所以留给消息转发实现的空间，就在于函数的具体执行，是在方法调用才从selector中寻找目标SEL，然后找到对应的IMP中的address来执行的。是动态编译的过程。因为，在Class本身查询SEL出现问题时，留出了一定的空间，供人操作改选择子（SEL）在本类动态添加或者其他对象中查询SEL对应的IMP实现方法，从而实现方法，防止报错。

完整的消息转发机制的过程：

image.png

从图上也可以看得出，消息转发总共分为三个阶段，层层递进。其中，到了第三个阶段，便称之为启动了完整的消息转发机制。当然，我们尽希望于在尽可能靠前的方法中，完成函数的处理，从而减少一定的性能消耗。
首先第一步：类内动态方法解析阶段

void testFunction(id self,SEL _cmd){
    printf("通过动态解析以及runtime添加的方法，并得到执行");
}
//类对象的动态解析函数
+(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
{
    //获取方法名称
    NSString * selNameStr = [NSString stringWithFormat:@"%@",NSStringFromSelector(sel)];
    //掩饰一个案例：当我们要识别的是一个testFunction方法，并动态添加
    if ([selNameStr isEqualToString:@"testFunction"])
    {
        //为该类动态添加一个方法testFunction处理消息，并执行该方法
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)testFunction, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveClassMethod:sel];
}
//实例对象的动态解析函数
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    //获取方法名称
    NSString * selNameStr = [NSString stringWithFormat:@"%@",NSStringFromSelector(sel)];
    //掩饰一个案例：当我们要识别的是一个testFunction方法，并动态添加
    if ([selNameStr isEqualToString:@"testFunction"])
    {
        //为该类动态添加一个方法testFunction处理消息，并执行该方法
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)testFunction, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveClassMethod:sel];
}

当第一步完成了SEL的处理，则方法得到执行，并结束。如若没有处理SEL，则进入第二步，启用备援接受者来处理该SEL。
第二步：启动备援接受者
第二步和第一步的区别在于，备援接受者方法在处理时可以向其他对象发送该SEL，并通过其他对象执行本对象不可执行的方法。这有别于动态方法解析，给自身动态添加未实现方法。当返回非self\非nil 时，消息被转给新对象执行。

-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    NSLog(@"unknow SEL's name is:%@",NSStringFromSelector(aSelector));

    Class unknowClass = NSClassFromString(@"TargetClass");
    NSObject * unknowOC = unknowClass.new;
    if (aSelector == NSSelectorFromString(@"TargetClassFunction")) {
        NSLog(@"找到了备援接受者");
        return unknowOC;
    }
    return [self forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

第二步，实质上是使用其他内部对象，来处理本类对象的未知SEL。你也可以利用该特性，营造出多重继承的效果。当第二步返回self、nil时，证明未被查到的SEL还没有找到合适的方法IMP。这是则走到第三步，启动完整的消息转发机制。
第三步：启动完整的消息转发机制
走到这一步时，系统会将那个未被处理的SEL封装为NSInvocation对象。里边详细封装了该SEL的所有信息。
需要注意的是methodSignatureForSelector，和forwardInvocation是配套使用的。如果你不实现方法签名，那么你是调用不到forwardInvocation函数的。这里就和NSInvocation对象本身创建就需要进行方法签名有关。以下是它的结构

/*  NSInvocation.h
    Copyright (c) 1994-2016, Apple Inc. All rights reserved.
*/

#import <Foundation/NSObject.h>
#include <stdbool.h>

@class NSMethodSignature;

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

NS_SWIFT_UNAVAILABLE("NSInvocation and related APIs not available")
@interface NSInvocation : NSObject {
@private
    void *_frame;
    void *_retdata;
    id _signature;
    id _container;
    uint8_t _retainedArgs;
    uint8_t _reserved[15];
}

+ (NSInvocation *)invocationWithMethodSignature:(NSMethodSignature *)sig;

@property (readonly, retain) NSMethodSignature *methodSignature;

- (void)retainArguments;
@property (readonly) BOOL argumentsRetained;

@property (nullable, assign) id target;
@property SEL selector;

- (void)getReturnValue:(void *)retLoc;
- (void)setReturnValue:(void *)retLoc;

- (void)getArgument:(void *)argumentLocation atIndex:(NSInteger)idx;
- (void)setArgument:(void *)argumentLocation atIndex:(NSInteger)idx;

- (void)invoke;
- (void)invokeWithTarget:(id)target;

@end

//方法签名
-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
    NSString *sel = NSStringFromSelector(aSelector);
    if ([sel rangeOfString:@"set"].location == 0)
    {
        //动态造一个 setter函数
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@"];
    } else {
        //动态造一个 getter函数
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"@@:"];
    }
}
//完整消息转发
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
    SEL selector = [anInvocation selector];
    if ([company respondsToSelector:selector])
    {
        [anInvocation invokeWithTarget:company];
}

第三步，相比较于第二步，有一个显著的特点就是：你可以将该方法封装的NSInvocation对象，同时交给多个不同的对象去尝试实现。

疑问&思考：

.Q：转发机制的三个方法区别在于什么？为什么要层层递进，而不能使用一个万事大吉？
A：首先，方法1是在本类中利用runtime动态去做方法添加来处理；方法2通过转发给另外一个对象来进行处理；方法3是通过将这个未处理的方法的所有信息全部封装，创建NSInvocation对象，再开启完整转发机制。方法3相比于方法2，它可以给多个对象做转发，来处理该对象。
以上是三者的区别。但是，最大的问题我认为还是在于，层层递进之下，性能的消耗也是在不断攀升的。所以，在不考虑具体特定需求的情况下，我们还是遵照性能最优来处理。当然，如果有特定的需求，如多重继承等等，则根据实际情况，在做判断。

未完成部分：
1.NSInvocation的使用
2.消息转发的平时使用案例

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