iOS runtime--消息转发

作者: 爬树的蚂蚁 | 来源:发表于2019-02-22 09:50 被阅读10次

消息转发概述

Objective-C是一门动态语言，怎么理解动态这一词呢？简单的说就是编译器在编译期可以只知道一个方法的名字，而不需要知道这个方法的实现，只有在运行期间调用该方法的时候，才根据方法名去找到对应方法的实现，这个过程相当于动态绑定一个方法的实现，这就是“动态”。

与“动态”相对的是“静态”，C语言就是一门静态语言，在编译期不仅知道运行时所要调用的函数的名字，而且直接生成了调用函数的指令，将函数地址硬编码在这些指令中。这就是为什么OC的方法没有实现只有声明编译不报错，而C的方法却报错的原因。

正因为是动态绑定，所以在编译期没有报错的程序，在运行时由于根据方法名找不到对应的方法实现，会导致程序的Crash，在Crash之前程序会依次调用几个其他的方法，这就引出了消息转发。

消息转发过程

消息转发是Objective-C语言的特点，当一个对象在运行时接收到无法解读的消息时，就会触发“消息转发”。

在编译期向类发送无法解读的消息是不会报错的，因为在运行期可以继续向类添加方法，所以在编译期，编译器无法知道到底有没有某个方法的实现。
可能听起来有点乱，又是向对象发送无法解读的消息，又是向类发送无法解读的消息。前者可理解为只在运行期有的行为（因为有对象，那肯定是调用了生成对象方法的实现才可能存在，而只有运行期才去调用方法的实现），后者看下面这句代码就知道了
[self performSelector:@selector(humenName)];
方法“humenName”我并没有声明也没有实现，但是这句代码不会报错（会报警告），编译也可以通过，这就是所谓的编译期向类发送无法解读的消息。

消息转发的过程是有一定的规则和步骤的。下面我们看看详细的流程。

1.先看一个runtime库的方法 class_addMethod

class_addMethod的用处是在程序运行时，给一个类添加方法实现的API,其完整API如下：

/** 
 * 根据指定的名字和方法实现给一个类添加方法.
 * 
 * @param cls 被添加方法的类.
 * @param name 指定要添加的方法名称的选择器。
 * @param imp 新的方法实现，这个方法必须至少带有两个参数：self和_cmd
 * @param types 上面那个新方法的参数的类型编码. 
 * 
 * @return 当方法添加成功返回YES , 否则返回NO 
 *  (例如，在类中已经有一个该名字的方法实现，会返回NO)
 *
 * @note class_addMethod 可能会覆盖超类实现, 如果超类也实现了该方法的话，
 * 但是不会替换在本类中已经存在的方法实现，
 * 如果改变本类存在的方法实现，请使用method_setImplementation.
 */
OBJC_EXPORT BOOL
class_addMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, 
                const char * _Nullable types)

这个API在消息转发中用到。消息转发分为三个阶段，即“动态方法解析”、“快速消息转发”和“完整消息转发机制”。

2. 动态方法解析

这里结合一个实例来说明，可能会更加容易懂些，新建一个项目，创建一个类HumenModel（继承自NSObject），然后在ViewController中添加如下代码

HumenModel *model = [HumenModel new];
[model performSelector:@selector(humenName)];

因为在HumenModel类中并没有方法humenName的声明和实现，所以，对象model会接受到一个无法解析的消息，此时就会进入消息转发的第一阶段，征询接收者所属的类，看是否能动态添加方法，以处理这个未知的“选择器”，此时就调用该类的类方法

+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel

当然，如果是类接收到一个无法解析的消息，消息转发第一阶段调用的是类的另一个方法：

+(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel

方法的参数 sel 就是那个未知“选择器”，返回值是BOOL类型，表示是否新增一个方法来处理未知“选择器”。现在我们就可以通过class_addMethod方法给类添加一个方法来处理未知“选择器”，代码如下：

+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
    
    // 获取选择器的方法名字
    NSString *selString = NSStringFromSelector(sel);
    if ([selString isEqualToString:@"humenName"]) {
        
        // 给接收者self 添加一个方法sayHello，选择器sel指向方法的实现，方法的类型编码是v@:
        class_addMethod(self, sel, (IMP)sayHello, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
// 一个c函数
void sayHello(id self, SEL _cmd){
    NSLog(@"hello");
}

解释下class_addMethod方法的第四个参数“v@:”
这是sayHello方法的OC类型编码，‘v’表示返回值为void类型，‘@’表示第一个参数是对象，‘:’表示第二个参数是SEL类型的值，其中'@'和':'是固定的，因为每个方法都会有这两个参数。对于其他情况可参照类型编码这篇博客https://blog.csdn.net/ssirreplaceable/article/details/53376915

注意，所添加的方法必须是纯C函数实现的，因为OC的方法名规则和C函数名规则差别是很大的。另外，在运行时，方法resolveInstanceMethod中的代码会被动态插在类里面.

编译运行，打印结果如下：

2019-02-20 17:31:53.411603+0800 MessageTrans[400:8535618] hello

跟预期的结果一样，这样就完成了动态方法解析，无法解析的消息在这一步得到了处理。如果在这阶段没有针对未知“选择器”的做出处理，那么就会进入消息转发的第二阶段。

3.快速消息转发机制

在这一阶段，接收者将要甩锅，看有没有别的接收者可以处理这个无法解析的消息（记得将第一阶段的代码注释掉）。这个一过程会在接收者所在类的下面这个方法中完成

-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

参数aSelector是未知选择器，返回值是id类型的值，所以这一阶段只是针对对象来处理，不考虑类方法。

新建一个AnimalModel类，在其实现文件中实现方法humenName，如下：

-(void)humenName{
    NSLog(@"%s",__FILE__);
}

然后在HumenModel.m中实现forwardingTargetForSelector:方法，如下：

-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
    NSString *aSelectorString = NSStringFromSelector(aSelector);
    if ([aSelectorString isEqualToString:@"humenName"]) {
        return [AnimalModel new];
    }
    
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

这样消息交由AnimalModel类处理，运行一下，打印结果如下：

2019-02-20 17:36:49.000246+0800 MessageTrans[2513:8550047] /Users/xiangzuhua/Desktop/MessageTrans/MessageTrans/AnimalModel.m

结果正确，我们在第二阶段成功的将消息转发给其他接收者来处理。

对于AnimalModel类，不需要在其头文件中声明humenName方法，没有影响。

如果没有其他接收者，那就会进入“完整消息转发机制”阶段。

4.完整消息转发机制

在这个阶段要处理未知消息，代价就会大些，其实也是类似于快速消息转发阶段，目的都是指定一个接受消息的对象，只不过这里必须覆盖两个方法，即methodSignatureForSelector:和forwardInvocation:。

methodSignatureForSelector:的作用在于为另一个类实现的消息创建一个有效的方法签名，必须实现，并且返回不为空的methodSignature，否则会crash。
forwardInvocation：的作用是绑定消息接收者。

看代码实现：

-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
    
    if ([super methodSignatureForSelector:aSelector] == nil) {
        // 手动创建
        NSMethodSignature *signature = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
        return signature;
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    
    // 自动创建方法签名
//    AnimalModel *animalModel = [AnimalModel new];
//    return [animalModel  methodSignatureForSelector:aSelector];
}

-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{
    AnimalModel *model = [AnimalModel new];
    
    if ([model respondsToSelector:anInvocation.selector]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:model];
    }else{
        [self doesNotRecognizeSelector:anInvocation.selector];
    }
}

解释下上面的代码：方法签名有两种方式，一个是手动创建签名，一个是自动创建签名，看代码可以明白，着重要讲的是下面这句

NSMethodSignature *signature = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];

参数值"v@:"为类型编码，前面有提到，这里就不说规则了。原则上来说，该编码的类型应该与未知方法的参数对应，所以用根据未知方法自动创建方法签名更好。但是如果非要用手动创建方法签名的话，在写方法signatureWithObjCTypes：的参数值时要注意两点

方法的返回类型必须有，不能省略，比如这里是返回空类型,所以对应第一个编码为v
方法的默认参数self和_cmd对应的类型编码不能写错，固定为"@:"

满足上面两点签名就会有效，否则会导致crash，至于方法签名中参数个数与未知方法不对应是没有问题的，比如说类型编码为"v@:@@@",而未知方法为：humenName（没有参数），是不会导致crash，只不过这里的参数写多少个，会影响方法forwardInvocation：的参数值anInvocation的变化。

在第二个方法forwaidInvocation:必须判断接收者是否能响应未知消息，否则直接执行[anInvocation invokeWithTarget:model]在接收者无法响应位置消息时会导致崩溃。如果指定的接收者不能响应未知选择器，那么没办法了只能抛出异常，执行doesNotRecognizeSelector:方法，程序崩溃。

这里在讲下刚才提到的，方法签名的参数个数的问题，看下面的代码：

-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
    
    if ([super methodSignatureForSelector:aSelector] == nil) {
        // 手动创建
        NSMethodSignature *signature = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"@@:@@"];
        return signature;
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    
    // 自动创建方法签名
//    AnimalModel *animalModel = [AnimalModel new];
//    return [animalModel  methodSignatureForSelector:aSelector];
}

-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{
    AnimalModel *model = [AnimalModel new];
    
    SEL sel = anInvocation.selector;
    NSMethodSignature *sign = anInvocation.methodSignature;
    NSLog(@"%lu--%@",(unsigned long)sign.numberOfArguments,NSStringFromSelector(sel));
    
    if ([model respondsToSelector:anInvocation.selector]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:model];
    }else{
        [self doesNotRecognizeSelector:anInvocation.selector];
    }
}

AnimalModel类中humenName方法实现如下：

-(void)humenName{
    NSLog(@"%s",__FILE__);
}

运行打印结果如下

2019-02-21 15:31:41.851617+0800 MessageTrans[14393:9247960] 4--humenName
2019-02-21 15:31:48.716371+0800 MessageTrans[14393:9247960] /Users/xiangzuhua/Desktop/MessageTrans/MessageTrans/AnimalModel.m

根据打印结果可以看到，方法签名中参数个数，与anInvocation中的参数个数值是对应的，并不与未知选择器humenName的参数个数对应（参数个数为0），而且这种不对应并不会影响AnimalModel类中方法humenName的正常执行。

拓展:如果对象调用一个未指定参数值的未知消息，但是在另一个类中有该方法的实现，会怎样呢
刚才我们调用的未知方法是没有参数的，我们实现下有参数不指定值得代码
viewController.m -> viewDidLoad
HumenModel *model = [HumenModel new];
[model performSelector:@selector(humenName:)];
AnimalModel.m
-(void)humenName:(NSInteger)number{
   NSLog(@"%s - %ld",__FILE__,(long)number);
}
HumenModel.m中的代码和上面的相同，编译运行，发现崩溃了，原因容易想到是这个消息没有参数值，当在AnimalModel中调用humenName：时，就会报野指针。这个问题怎么解决呢，见下面的代码
-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
   
   // 自动创建方法签名
   AnimalModel *animalModel = [AnimalModel new];
   return [animalModel  methodSignatureForSelector:aSelector];
}

-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{
   AnimalModel *model = [AnimalModel new];
// 给anInvocation设置参数值
   NSInteger number = 10;
   [anInvocation setArgument:&number atIndex:2];// 为什么是2，因为0是self参数，1是_cmd参数，返回值类型不属于参数。
   
   if ([model respondsToSelector:anInvocation.selector]) {
       [anInvocation invokeWithTarget:model];
   }else{
       [self doesNotRecognizeSelector:anInvocation.selector];
   }
}
这样再运行看结果如下：
2019-02-21 16:13:56.024182+0800 MessageTrans[15139:9320442] /Users/xiangzuhua/Desktop/MessageTrans/MessageTrans/AnimalModel.m - 10
运行正常

iOS runtime--消息转发

消息转发概述

消息转发过程

1.先看一个runtime库的方法 class_addMethod

2. 动态方法解析

3.快速消息转发机制

4.完整消息转发机制

runtime底层代码

消息转发的实际应用

1.多重代理

2.多重继承

3.为 @dynamic修饰的属性实现方法

相关文章

网友评论

延伸阅读

深度阅读

栏目导航

热点阅读