Objective-C的runtime机制02-消息机制

上一篇《Objective-C的runtime机制01-重要数据结构和内部关系图》说了runtime的内部数据结构。那么，runtime的这些数据结构，是怎么实现OC的各项机制的呢？后续的篇章将陆续把这个问题解答。
这篇主要说说OC的“函数调用”，即消息机制。OC的消息机制，是说OC的代码怎么一步步的找到可执行代码的过程。

OC的“函数调用”是类似下面的形式：

DJObject * obj = ....
[obj function];

是被中括号括起来的形式。从C/C++转OC的时候，看到这种调用方式感觉非常别扭，（说好的超集呢？为何变化如此之大）初学OC的时候，可以以函数调用的方式去理解OC的“函数调用”。但其实OC的所谓“函数调用”，和静态语言的函数调用时有区别的，它是以这种中括号的方式写代码，实际的过程是从这样的符号表达，一直找到最终的代码段的实现的过程。这个过程，就是OC的消息机制。这个所谓的“函数调用”，就是OC的消息发送。

消息

一个oc的“方法调用”，比如:

id returnValue = [receiver messageName:parameter];

这样的OC“方法调用”，编译之后，在runtime中是这样的形式:

id returnValue = objc_msgSend(receiver,@selector(messageName:),parameter);

第一个参数是消息接受者（receiver），第二个参数是selector。

方法查找过程

那么objc_msgSend怎么调用到对应的方法？其中的查找过程如下：

• 先到方法缓存中找找是否有有messageName的方法
• 再从receiver 的函数列表中查找叫messageName的方法。
• 如果找不到，就从reveiver的superClass中找的叫messageName的方法，这样一直找下去。
• 如果上面的过程中找到了叫messageName的方法，那么查找过程结束，可以调用相应的实现（IMP）。如果找到根类都没有找到，那么消息发送失败，进入消息转发流程。

听起来很玄乎，那么，有图有真相。以上一篇中DJObject，BaseObject，NSObject的例子，那么方法查找的过程如下：

更高的层次看查找过程如下：

说明一下，oc2.0中，已经把各种内部的实现机制都隐藏起来了，对外是看不见的，所以各种数据结构也相对比较绕。下面是objc_class的定义：

struct objc_class : objc_object {
      // Class ISA;
      Class superclass;
      cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
      class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
      ......
};

然而貌似并没有看到什么函数列表之类的东西。其实是在结构体的bits中，其中objc_class有一堆函数对bits进行操作，最终bits实际上是class_rw_t的结构指针。这里面就有相关的函数列表的东西了：method_array_t methods;。

struct class_rw_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t version;

    const class_ro_t *ro;

    method_array_t methods;
    property_array_t properties;
    protocol_array_t protocols;

    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;

    char *demangledName;
    ......
};

OC中对objc_msgSend做了优化，实际上并不直接转换成objc_msgSend这样一个函数，而是会根据不同的返回类型等转换为不同的msgSend函数。另外，objc_msgSend源码中汇编实现如下：

// objc-msg-arm.s 汇编实现

/********************************************************************
 *
 * id objc_msgSend(id self, SEL _cmd,...);
 *
 ********************************************************************/

 ENTRY objc_msgSend
 MESSENGER_START
 
 cbz r0, LNilReceiver_f

 ldr r9, [r0]  // r9 = self->isa
 CacheLookup NORMAL
 // calls IMP or LCacheMiss

LCacheMiss:
 MESSENGER_END_SLOW
 ldr r9, [r0, #ISA]  // class = receiver->isa
 b __objc_msgSend_uncached

LNilReceiver:
 // r0 is already zero
 mov r1, #0
 mov r2, #0
 mov r3, #0
 FP_RETURN_ZERO
 MESSENGER_END_NIL
 bx lr 

LMsgSendExit:
 END_ENTRY objc_msgSend

一些理解

那么，这个查找的过程从OC层的角度去看，就是调用一个类实例方法，先在子类中查找，子类找不到的话就在父类中查找。runtime就是这样实现了继承父类函数的机制。

消息转发（Message Forwarding）

当对对象发消息，找不到方法的时候, rutime提供了一套机制,尽量有机会去处理这条消息，这套机制就是消息转发。
消息转发有三个方案

• 添加方法
• 把消息发给别人处理
• 整体转发

添加方法

可以在类中实现下面两个方法

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel; //找不到实例方法时会调
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel; // 找不到类方法时会调

实现的时候，动态的给类中添加一个实例方法或类方法，加完之后返回YES，告诉runtime你已经处理了。类似这样子：

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == @selector(name)) {
        // BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
        class_addMethod(self, sel, (IMP)GetterName, "@@:");
        return YES;
    }
    if (sel == @selector(setName:)) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)SetterName, "v@:@");
        return YES;
    }
    
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

runtime找不到方法的时候自动调用resolveInstanceMethod，这时候你通过class_addMethod 往类中添加一个方法，处理了此消息。

把消息发给别人处理

如果没有做上面的添加方法的事情，而在类中实现了

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;

系统会自动调用到该方法。在这里你可以让别的对象处理这个消息。
网上有这么个例子

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    NSString *selStr = NSStringFromSelector(aSelector);
    
    if ([selStr isEqualToString:@"eat"]) {
        return [[Child alloc] init];        // 这里返回Child类对象，让Child去处理eat消息
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

整体转发

如果前两步都没有处理这条消息，那么系统会把消息有关的全部细节装在一个NSInvocation里面，调用到

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

这个方法。一般会在里面对消息做一些改变，改变内容，修改参数等等，力求能够合理处理。

网上大部分的文章说到消息转发，都出自《Effective Objective-C》，以下是摘自Effective Objective-C的图