iOS日记3-方法调用、调配和消息转发机制

一:知识

1.C语言的函数调用方式
静态绑定:编译期决定运行时所应调用的函数
2.OC的函数调用方式
动态绑定:底层,所有的方法都是普通的C函数,然而对象收到消息后,最后调用什么方法取决于运行期,甚至可以在程序运行时改变。

id returnValue = [someObject messageName:parameter];

someObject:接收者
messageName:选择子
把“messageName:parameter”称为“消息”
以上消息经过编译后,转化为如下方法:

void objc_msgSend(id self, SEL cmd, ...)

默认的前两个参数是self和cmd,这是所有“消息”都一样的。其中,_cmd表示当前调用方法。

PS:关于方法调用有一个有趣的例子:

 @implementation Son : Father
- (id)init
{
    self = [super init];
    if (self)
    {
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
    }
return self;
}
@end

第一个输出Son,第二个,也是Son。为什么?
在调用[super class]的时候,runtime会去调用objc_msgSendSuper方法,而不是objc_msgSend:

OBJC_EXPORT void objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ )

/// Specifies the superclass of an instance. 
struct objc_super {
    /// Specifies an instance of a class.
    __unsafe_unretained id receiver;

    /// Specifies the particular superclass of the instance to message. 
#if !defined(__cplusplus)  &&  !__OBJC2__
    /* For compatibility with old objc-runtime.h header */
    __unsafe_unretained Class class;
#else
    __unsafe_unretained Class super_class;
#endif
    /* super_class is the first class to search */
};

在objc_msgSendSuper方法中,第一个参数是一个objc_super的结构体,这个结构体里面有两个变量,一个是接收消息的receiver,一个是 当前类的父类super_class。
objc_msgSendSuper的工作原理应该是这样的:从objc_super结构体指向的superClass父类的方法列表开始查找selector,找到后以objc->receiver去调用这个selector。注意,最后的调用者是objc->receiver,而不是super_class!
那么objc_msgSendSuper最后就转变成:

objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))

二:原理:

objc_msgSend在接收者所属的类中搜索其“方法列表”,一直沿着继承体向上查找:

  • 如果发送的消息在接收者中找到实现代码,则会执行该方法。
    • 什么是方法列表?这是一个hash map,选择子的名称是map的key,value为方法实现的内存地址
    • 每个类都有一块缓存(快速映射表),第一次找到实现后,会在缓存中保存一份,以后执行就快了。这么做速度上还是赶不上静态绑定的函数调用操作,但是对应用程序的性能基本不会造成影响。实在不行,还可以写成C函数,并把Object-C对象的状态传递进去。
    • 尾调用优化:节省内存,避免栈溢出
  • 如果发送的消息在接收者中找不到实现代码,则会调用_obj_msgForward,开始转发消息。
    • 1.动态方法解析:征询接收者所属的类,看能否动态添加方法处理当前的“未知选择子”。

    + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)selector;
    + (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)selector;

使用这种办法的前提是:相关方法的实现代码已经写好了,只等着运行的时候动态插在类里面。例如,@dynamic属性的实现。

  • 2.备用接收者:如果找到援备对象,则将该对象返回,用于处理消息。这就像用“组合”模拟了“多重继承”的某些特性一样:在一个对象内部,可能还有一系列其他对象,该对象可经由此方法将能够处理某选择子的相关内部对象返回。这样,在外界看来,好像是该对象亲自处理了这些消息。简单的说,就是A中包含了B,我们调用A的某一方法,而该方法A并没有实现,B实现了;我们通过备用接收者的方法,可以将该方法调用转发给B,并执行。看起来A成功执行了方法,其实是内部的B完成的。

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)selector;

  • 3.完整的消息转发机制:创建NSInvocation对象,“消息派发系统”把“未处理的消息”的全部细节都封装于NSInvocation对象中

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

直接使用这个方法,只需要改变消息调用的目标,使消息在新的目标上得以调用即可。但是这样实现与“备援接收者”方案等效,很少有人这么做。这一步比较实用的方式为:触发消息前,先以某种方式改变消息内容(如追加参数,改换选择子等)。

最后简单提一下“方法调配”。
类的方法列表会把选择子的名称映射到相关的方法实现上,这些方法均已函数指针的形式来表示,叫做IMP,原型如下:

id (* IMP)(id, SEL, ...)

OC的运行时系统提供了方法能够操作这张表,也就允许了开发人员在程序运行时“动态的修改”某些方法的实现。这些方法主要包括了:

void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2);
Method class_getInstanceMethod(Class aClass, SEL aSelector);
Method class_getClassMethod(Class aClass, SEL aSelector);

具体的使用方式,相关的资料很多,就不展开了。切勿滥用!

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