前言
在《cache底层分析》一文中详细得剖析了cache的底层原理以及其相关的流程。那么我们有没有留意到cahche调用insert方法之前做了哪些操作呢？哪些操作又是以什么形式传递的呢？
那么查看objc-cache.mm文件的头部注释中写着insert()的插入时机是通过最上层的objc_msgSend触发的，如下图：
objc-cache.mm头部注释
准备资料
runtime
runtime定义
编译时
-
编译时顾名思义就是正在编译的时候. 编译器把源代码翻译成机器能识别的代码(当然只是⼀般意义上这么说,实际上可能只是翻译成某个中间状态的语⾔)。编译时通过语法分析、词法分析等编译时类型检查（静态类型检查）来发现代码中的errors或warning等编译时的错误信息。 -
静态检查不会把代码放内存中运⾏起来,⽽只是当作⽂本来扫描检查，⼀些⼈说编译时还分配内存啥的肯定是错误的说法。
运行时
-
运⾏时就是代码通过dyld被装载到内存中执行的过程。运⾏时类型检查就与前⾯讲的编译时类型检查(或者静态类型检查)不⼀样。不是简单的扫描代码，⽽是在内存中做操作和判断。
runtime的版本
runtime有两个版本，一个Legacy版本（早期版本），一个Modern版本（现行版本）。
- 早期版本对应的编程接口：
Objective-C 1.0 - 现行版本对应的编程接口：
Objective-C 2.0，源码中经常看到的OBJC2 - 早期版本用于
Objective-C 1.0，32位的Mac OS X的平台 - 现行版本用于
Objective-C 2.0，iPhone程序和Mac OS X v10.5及以后的系统中的64位程序
注意：runtime就是c/c++/汇编写的一套API。
runtime三种实现方式
-
Objective-C方式，[penson sayHappy]
-Framework & Serivce方式，isKindOfClass -
Runtime API方式，class_getInstanceSize
runtime的实现方式
方法的本质
探究底层又两个方式，第一种就是看汇编代码，其次就是C/C++编译之后的代码。如果分析汇编代码的话会设计到寄存器数据的一系列读取操作，过程比较繁琐，那么我们就采用第二种方式来看看方法底层的实现是怎么样子的。首先编译生成main.cpp文件，然后自定义XXPerson类，在XXPerson类中添加实例方法，在main函数中调用如下：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
XXPerson *person = [[XXPerson alloc]init];
[person saySomething];
[person sayHappy:@"happy!"];
}
return 0;
}
xrun导出main.cpp文件，查看到main函数的底层实现如下：
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
XXPerson *person = ((XXPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((XXPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("XXPerson"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("saySomething"));
((void (*)(id, SEL, NSString * _Nonnull))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("sayHappy:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_mq_n7r4vx491nz9b2b3wpmz1mg00000gn_T_main_12c37c_mi_1);
}
return 0;
}
分析：
- 通过底层的代码，方法的实现是通过
objc_msgSend来发送的。 - 方法的本质其实就是
消息的发送。
通过底层objc_msgSend来实现法法，情况如下：
objc_msgSend调用方法
-
objc_msgSend能够调用类的方法，跟对象调用的结果一样。
注意：
- 运行项目之前必须导入
<objc/message.h>头文件。 - 关闭
objc_msgSend检查机制：target --> Build Setting -->搜索objc_msgSend -- Enable strict checking of obc_msgSend calls设置为NO。
调用类方法
创建XXPerson类方法sayNB，通过调用，已经底层的main.cpp可以得出一下代码：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
XXPerson *person = [[XXPerson alloc]init];
[person saySomething];
[XXPerson sayNB];
}
return 0;
}
//底层代码
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
XXPerson *person = ((XXPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((XXPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("XXPerson"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("saySomething"));
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("XXPerson"), sel_registerName("sayNB"));
}
return 0;
}
- 类方法的调用也是通过
objc_msgSend来进行消息发送。
注意：
- 通过之前类结构的学习，底层是
不分类方法跟实例方法的，只是查找方法的地方不一样（实例方法保存在本类钟，类方法保存在元类中）。 - 类方法其实就是
元类的实例方法。
调用父类方法
穿件XXTeacher类继承XXPerson类，并用XXTeacher实例调用父类的saySomething方法如下：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
XXTeacher *teacher = [[XXTeacher alloc]init];
[teacher saySomething];
}
return 0;
}
用xrun导出main.cpp文件，查看底层代码实现
main底层实现
在用XXTeacher.m文件重写saySomething方法，然后用
xrun把XXTeacher.m生成XXTeacher.cpp文件，查询XXTeacher函数的实现：
重写saySomething
objc_msgSendSuper调用
- 子类调用父类的方法可以通过
objc_msgSendSuper来进行消息的发送，其本质也就是消息的发送。 -
objc_msgSendSuper是通过向父类发送消息，与objc_msgSend流程有点不一样。
objc_msgSendSuper的数据结构
通过查找objc4的源码发现：
//objc_msgSendSuper的定义
objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ )
OBJC_AVAILABLE(10.0, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
查看参数objc_super的结构如下(提取__OBJC2__的部分)：
struct objc_super {
//消息的接收者
__unsafe_unretained _Nonnull id receiver;
//方法最先查找的class是super_class ,如果super_class查找不到会查找super_class的父类
__unsafe_unretained _Nonnull Class super_class;
};
objc_msgSendSuper代码案例
通过objc_msgSendSuper的方式，调用XXPerson的saySomething方法:
objc_msgSendSuper案例分析
-
objc_msgSendSuper能够向父类发送消息，调用父类的方法。 - 方法调用，首先在本类中找，如果没有就到父类中找。
（receiver只是指定调用的是谁，但是方法是在super_class找）
objc_msgSend汇编探究
首相我们在saySomething方法调用时候下个汇编断点，如下图：
saySomething汇编实现
然后我们进入objc_msgSend的汇编实现（打objc_msgSend的符号断点），如下图：
objc_msgSend汇编实现
- 汇编显示
objc_msgSend在libobjc.A.dylib系统库。 -
objc_msgSend也可以在objc4的源码中找到。
objc_msgSend在objc4源码中的实现
到这里源码的实现，有些同学就会想到objc_msgSend可能是c或者是c++来实现的。可是实践告诉我们，objc_msgSend的底层实现在源码中是汇编语言。
源码查找流程:在objc源码中全局搜索objc_msgSend，找到真机的汇编objc-msg-arm64.s
查找图
源码中寄存器的对应发生了一丢丢改变
（如p0 = x0）,为了方便理解方法体代码，如下图：
寄存器的转换
objc_msgSend入口汇编代码
objc_msgSend汇编实现
判断
receiver是否等于nil， 再判断是否支持Taggedpointer小对象类型。
- 支持
Taggedpointer小对象类型，小对象为空 ，返回nil，不为nil处理isa获取class跳转CacheLookup流程 。 - 不支持
Taggedpointer小对象类型且receiver = nil，跳转LReturnZero流程返回nil。 - 不支持
Taggedpointer小对象类型且receiver != nil，通过GetClassFromIsa_p16把获取到class存放在p16的寄存器中，然后走CacheLookup流程。
GetClassFromIsa_p16获取Class汇编流程
GetClassFromIsa_p16汇编实现
GetClassFromIsa_p16核心功能获取class存放在p16寄存器。（那么就是着重看ExtractISA方法的实现）
ExtractISA方法的汇编实现
// A12 以上 iPhone X 以上的
#if __has_feature(ptrauth_calls)
...
#else
...
.macro ExtractISA //ExtractISA 主要功能 isa & ISA_MASK = class 存放到p16寄存器
and $0, $1, #ISA_MASK // and 表示 & 操作， $0 = $1(isa) & ISA_MASK = class
.endmacro
// not JOP
#endif
ExtractISA主要功能isa & ISA_MASK = class 存放到p16寄存器。
重点：CacheLookup汇编实现流程
在《cache底层分析》一文中已经根据objc4底层源码分析过整个insert的流程了，那么通过CacheLookup汇编的形式来看看这个流程跟之前的是否能够衔接上，拭目以待！！
buckets和下标index
查找buckets与index
源码分析：
- 获取
_bucketsAndMaybeMask地址也就是cache的地址：p16 = isa(class)，p16 + 0x10 = _bucketsAndMaybeMask = p11。 - 获取buckets容器的首地址：
buckets = _bucketsAndMaybeMask & 0xffffffffffff(maskShift不同架构也会不同)。 - 获取
hash下标：p12 =（cmd ^ ( _cmd >> 7)）& msak这一步的作用就是获取hash下标index。
流程：isa --> _bucketsAndMaybeMask -->buckets -->hash -->index。
遍历缓存
遍历缓存
源码分析：
- 根据下标
index找到index对应的bucket。p13 = buckets + ((_cmd ^ (_cmd >> 7)) & mask) << (1+PTRSHIFT))。 - 先获取对应的
bucket然后取出imp和sel存放到p17和p9，然后*bucket--向前移动。 -
1流程：p9= sel和 传入的参数_cmd进行比较。如果相等走2流程，如果不相等走3流程。 -
2流程：缓存命中直接跳转CacheHit流程。 -
3流程：判断sel = 0条件是否成立。如果成立说明buckets里面没有传入的参数_cmd的缓存，没必要往下走直接跳转__objc_msgSend_uncached流程。如果sel ！= 0说明这个bucket被别的方法占用了。你去找下一个位置看看是不是你需要的。然后在判断下个位置的bucket和第一个bucket地址大小，如果大于第一个bucket的地址跳转1流程循环查找，如果小于等于则接继续后面的流程。 - 如果循环到第
1个bucket里都没有找到符合的_cmd。那么会接着往下走，因为下标index后面的可能还有bucket还没有查询。
CacheHit
// A12 以上 iPhone X 以上的
#if __has_feature(ptrauth_calls)
...
#else //这是我们需要研究的
.macro TailCallCachedImp
// $0 = cached imp, $1 = buckets, $2 = SEL, $3 = class(也就是isa)
eor $0, $0, $3 // $0 = imp ^ class 这一步是对imp就行解码，获取运行时的imp地址
br $0 //调用 imp，意思是找到方法了并调用了
.endmacro
...
#endif
缓存查询到以后直接对bucket的imp进行解码操作。即imp = imp ^ class，然后调用解码后的imp。
遍历缓存流程图
带着疑问：为什么sel = 0 的时候就直接跳出了缓存的查找呢？
遍历缓存流程图
分析得出：
- 如果既没有
hash冲突又没有目标方法的缓存，那么hash下标对应的bucket就是空的直接跳出缓存查找。 - 不会出现中间是有空的
bucket，两边有目标bucket这种情况。
mask向前遍历缓存
向前遍历缓存
分析：
- 找到最后一个
bucket的位置：p13 = buckets + (mask << 1+3)找到最后一个bucket的位置。 - 先获取对应的
bucket然后取出imp和sel存放到p17和p9，然后*bucket--向前移动。 -
p9= sel和 传入的参数_cmd进行比较。如果相等走2流程。 - 如果不相等在判断（
sel ！= 0 && bucket > 第一次确定的hash下标bucket）接着循环缓存查找，如果整个流程循环完仍然没有查询到或者遇到空的bucket。说明该缓存中没有缓存）sel = _cmd的方法，缓存查询结束跳转__objc_msgSend_uncached流程。 -
mask向前遍历和前面的循环遍历逻辑基本一样。
缓存查询流程图
缓存查询流程
objc_msgSend流程图
objc_msgSend流程
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