Objective-C这门语言,众所周知,是对C进行了扩展,具体来说进行了两个方面的扩展,面向对象的特性和smalltalk中的消息传递。而消息传递机制归根结底是建立在Runtime库上。正是这种机制,决定了Objective-C是一门动态语言,而同样是对C扩展的C++,是静态的。Objective-C将很多决定性的操作依靠Runtime在运行时处理,而C++仅仅在编译时就决定了如何处理

消息传递

在我们所熟悉的调用方法背后,最终都是以消息传递的方式进行处理,例如[object method],从表面上来看,是object调用了method方法,实际上,在运行时,是给object发送了一条method消息,这条消息不一定非要object来处理,也可以转发给其他的对象处理,也可以不进行处理,这些种种操作,都是利用Runtime在运行时处理的。
对于[object method]的调用,编译器会将其编译成一行C语言的函数:

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objc_msgSend(object, @selector(method));
消息传递的步骤

了解了消息传递之后,需要进一步知道消息传递的具体步骤:

  1. 先查看method方法是不是需要被忽略
  2. 查看object对象是否为nil(Objective-C中允许空对象调用任何方法的原因)
  3. 查看缓存中是否存在方法,系统把近期发送过的消息记录在其中,苹果认为这样可以提高效率
  4. 如果缓存中没有命中,那么查找该类的方法表,依次从后往前查找
  5. 如果没有找到,则进入父类查找
  6. 如果到了根类还是没有找到的话,那么就进入动态解析
Runtime中的基本类型

以上过程虽然读起来蛮容易理解的,但是我们还得搞清楚Runtime是通过什么进行上述操作的,这时候就需要对Runtime的一些基本类型进行了解,我们可以在objc/objc.h中看到以下这些定义

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struct objc_object {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class;
const char *name;
long version;
long info;
long instance_size;
struct objc_ivar_list *ivars;
**struct objc_method_list **methodLists**;
**struct objc_cache *cache**;
struct objc_protocol_list *protocols;
#endif
};
struct objc_method_list {
struct objc_method_list *obsolete;
int method_count;
#ifdef __LP64__
int space;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1];
};
struct objc_method {
SEL method_name;
char *method_types; /* a string representing argument/return types */
IMP method_imp;
};

不难发现,基本每个结构都是C语言中的结构体,object_object对应着object,object_class对应着对象所属于的类,我们先把目光主要集中在object_class这个结构体上,可以发现几个上述步骤涉及到的东西:

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struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class; // 父类
const char *name; // 类名
long version;
long info;
long instance_size;
struct objc_ivar_list *ivars;
**struct objc_method_list **methodLists**; // 方法列表
**struct objc_cache *cache**; // 缓存
struct objc_protocol_list *protocols;
#endif
};
再次理解消息传递的步骤

理解了Runtime的基本结构后,我们再次用专业的角度来理解消息传递:

  1. 查看method方法是否需要被忽略
  2. 查看object对象是否为nil
  3. 通过objc_object中的isa指针,找到该object的objc_class,然后查看objc_cache类型的cache成员中是否有这个方法,如果有,则找到objc_method中的IMP类型(函数指针)的成员method_imp去找到实现内容,并执行。
  4. 如果没有找到,则查看objc_method_list类型的成员methodLists中是否有该方法
  5. 如果没有找到,则通过Class类型的成员super_class找到父类的objc_class,进行查找
  6. 要是还没有找到,则进入动态解析
如果是调用类方法呢

再次查看这个objc_class的结构:

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struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; // metaclass
#if !__OBJC2__
Class super_class;
const char *name;
long version;
long info;
long instance_size;
struct objc_ivar_list *ivars;
**struct objc_method_list **methodLists**;
**struct objc_cache *cache**;
struct objc_protocol_list *protocols;
#endif
};

刚刚第一次看的时候可能没有注意到第一个成员,第一个成员指向的是结构是metaclass,其中包含静态成员变量和静态方法(类方法),同时也包含了一个isa成员,都指向了父类的metaclass,如果是根类,则指向自己。所以如果是调用类方法的话,那么就会利用objc_class中的成员isa找到metaclass,然后寻找方法,没有找到的话则仍然进入动态解析。

动态解析

通过第二次的理解,对于消息传递有了一个清晰的了解,我们继续来研究消息传递最后一步的动态解析。正常我们如果调用了一个没有实现的方法,那么程序会崩溃,并且抛出unrecognized selector to ...的异常,但是利用Runtime,我们可以有三次机会避免程序崩溃,先通过一张图来大致了解下过程:

我们具体看下三种方法:

  • resovleInstanceMethod
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void otherEat(id self, SEL cmd) {
NSLog(@"郑明明");
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"eat"]) {
class_addMethod(self, sel, (IMP)otherEat, "v@");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

以上需要注意几个地方:

  1. otherEat函数是要被class_addMethod作为参数的,而class_addMethod是Runtime中的API,所以是基于C的,otherEat函数应该是C语言格式的函数
  2. class_addMethod方法可谓是核心,那么依次来看他的参数的含义:
    • first:添加到哪个类
    • second:添加哪个SEL选择器
    • third:IMP函数指针
    • fourth:IMP指针指向的函数返回值和参数类型
      • v@:代表返回值是void类型,无参数
        • i@:代表返回值是int类型,无参数
        • v@:i@:代表返回值是void类型,参数是int类型,存在一个参数(多参数依次累加)

如果没有调用class_addMethod成功添加方法,那么就会到下一个方法

  • forwardingTargetForSelector
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- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
// return [[Woman alloc]init];
return nil;
}

如果返回了另外一个对象,那么动态解析又会重新以另外一个对象为接受者执行,如果返回nil,则又继续进入到下一个方法

  • methodSignatureForSelector + forwardInvocation
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- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
if ([NSStringFromSelector(aSelector) isEqualToString:@"eat"]) {
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"@v"];
}
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
// 改变消息接受对象
/*
Woman *temp = [[Woman alloc]init];
[anInvocation invokeWithTarget:temp];
*/
// 改变执行的消息
[anInvocation setSelector:@selector(otherEat)];
[anInvocation invokeWithTarget:self];
}

methodSignatureForSelector方法返回一个返回值以及参数的封装值,然后会进入到下一个方法,forwardInvocation,这个方法的功能可以说是前两个方法的结合,通过操作NSInvocation对象,既可以改变需执行的消息,又可以改变消息的接受对象

总结

Runtime为Objective-C提供了很多可能,了解消息机制,更加有助于对Objective-C这门语言特性的掌握