Runtime之消息发送

调用对象的方法，在Objective-C中叫做传递消息，先来看一下C语言中的函数调用方式

C语言中的函数调用方式

C语言使用静态绑定，在编译期就能决定运行时要调用的函数。

void printHello() {
  printf("hello world!\n");
}

void printGoodbye() {
  printf("Goodbye world!\n");
}

void doTheThing(int type) {
  if (type == 0) {
      printHello();
    } else {
      printGoodbye();
   }
}

上面的这段代码在编译的时候就已经知道程序中有printHello和printGoodbye这个两个函数，于是会直接生成调用这两个函数的指令。函数地址硬编码在指令中，如果把上面的doTheThing函数写成下面这种形式写成下面这种形式：

void doTheThing(int type) {
  void (*fun) ();
  if (type == 0) {
      fun = printHello;
    } else {
      fun = printGoodbye;
   }
  fun();
}

可以看到，这种情况下，要调用的函数地址就不能硬编码到指令中，这时候是动态绑定，因为要调用的函数要到运行期才能确定。

Objective-C中的方法调用方式

在Objective-C中，我们调用对象的方法，就会使用动态绑定机制来决定要调用的方法。在底层，所有方法都是由C语言实现的，对象收到消息后，究竟该如何调用，完全在运行时决定，甚至可以可以在运行时改变，这些特性使得Objective-C称为一门真正的动态语言。

我们给对象发送消息可以这样写：

int returnValue = [someObject messageName:parameter];

其中，someObject是接受者 (receiver), messageName叫做选择子 (selector)，选择子和参数合起来称为消息 (message)，在OC中发送消息都会环转成这个C语言函数：

  int returnValue = objc_msgSend(id self, SEL cmd, ...);

这是个参数个数可变的函数，能接受至少两个以上的参数（其中第一个是对象本身，第二个是选择子），开始的消息传递可以转换成下面：

int returnValue = objc_msgSend(someObject, @selector(messageName:), parameter);

objc_msgSend函数会根据传入的接受者和选择子的类型来调用适当的方法。

实例方法存储在对象的isa指针指向的类对象中
类方法存储在类对象的isa指针指向的元类中

为了完成寻找调用方法的操作，需要在接受者的isa指针指向的类中寻找方法列表，如果找到与选择子名称相符的方法，就跳转到实现代码，如果找不到，就沿着继承体系继续向上查找，一直找到合适的方法。如果最后还是没有找到，就会走消息转发的流程

方法缓存

按照上面的流程，想调用一个方法要走的流程很多，索性objc_msgSend会把方法匹配结果缓存到快速映射表中，每个类都有一个这样的缓存区域，存放在类对象中，如果稍后发送同样的消息，那么执行就很快。
具体的方法缓存，可以看我之前写的一篇文章， Runtime之方法缓存。

其他消息发送情况

尾调用优化

消息转发机制

上面说的都是能找到方法的情况，如果是在对象收到无法解读的消息的时候的处理流程。
在编译的时候，向类发送无法解析的消息，编译器并不会报错，因为在运行期可以动态的向类中添加方法。当类收到无法解读的消息时，就会启动消息转发。

经常遇到的一个崩溃问题是，运行的时候向类发送了一个无法处理的消息

类在运行时接收到无法处理的消息

我们在开发过程中，可以在转发过程中设置挂钩，用以执行预定的逻辑，而不使应用崩溃。
消息转发的步骤：

• **动态方法解析 **：询问接受者这个类，能否动态添加方法，处理这个消息。

• 备援接受者：如果不能动态添加，询问接受者有没有其他的对象能处理这个消息。如果有，runtime会把消息转发给那个对象，消息转发过程结束。

• 完整的消息转发：如果没有其他的对象能够响应这个消息，则执行完整的消息转发，runtime把消息有关的信息封装到NSInvocation对象，再给接受者最后一次机会，让他来解决这个消息。

• 动态方法解析

对象在收到无法解析的消息后，首先调用所属类的下面这个方法：

如果不能处理的消息是实例方法，runtime会调用这个

+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)selector;

如果不能处理的消息是类方法，runtime则会调用这个

+ (BOOL) resolveClassMethod:(SEL)selector;

方法返回值YES或NO，表示这个类是否能够新增一个实例方法来处理这个选择子。当然，使用的前提是相关的代码已经实现，在运行的时候动态插入即可。
举个
我们把类中address这个属性设置成@dynamic，这个关键字会告诉编译器：不要自动创建跟属性关联的实例变量，也不要自动创建它的setter和getter方法，在编译访问address的代码时，编译器并不会报错，它相信这些方法runtime能找到。我们的例子在对象处理不了address的存取方法时，到动态方法解析中给他设置存取方法。

id myAddressGetter(id self, SEL _cmd);
void myAddressSetter(id self, SEL _cmd, id value);

+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)selector {
    NSString *selectorString = NSStringFromSelector(selector);
    if ([selectorString containsString:@"address"] == YES) {
          if ([selectorString hasPrefix:@"set"] == YES) {
                class_addMethod(self, selector, (IMP) myAddressSetter, "v@:@");
          } else {
                class_addMethod(self, selector, (IMP) myAddressGetter, "@@:");
          }
          return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:selector];
}

• 备援接受者

如果在动态方法解析这个步骤中，不能处理这个消息，当前接受者还有第二次机会处理这个未知的消息，在这个步骤中，runtime会问能不能把这条消息转发给其他接受者来处理，这个步骤对应的处理方法如下：

  - (id) forwardingTargetForSelector:(SEL)selector;

如果当前接受者能够找到备援对象，就返回，如果找不到，返回nil。
模拟多重继承

• 通过遵守协议的方式

• 通过forwardingTargetForSelector：我们在对象中用组合的方法添加一系列对象，当发送原对象本身无法处理的消息时，就转发给这些对象让他们来处理。但是在调用者看来，就像是原对象自己处理的一样。达到多重继承的效果

注意⚠️：备援接受者，这一步我们无法改变转发的消息。如果想在发送给其他对象之前，先修改消息内容，就得通过下面的完整的消息转发机制了。

• 完整的消息转发

如果前面几部都不能处理这个消息，那么唯一能做的就是启用完整的消息转发机制。首先要创建NSInvocation消息，把尚未处理的那条消息有关的全部细节封装到其中，包括选择子，目标，参数。“消息派发系统”把消息指派给目标对象。

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

这个方法的实现是，改变调用目标，使消息消息在新目标上调用即可。但是这样实现跟** forwardingTargetForSelector的作用等效，都是找另一个对象来解析方法，如果仅仅只是这样，还不如在备援接受者**那一步实现。
这个方法中更多的实现是：在触发消息之前，先以某种方式改变消息内容，比如追加另外一个参数，或者更改选择子等。

总结

在这三个步骤中，接受者在每一步中都有机会处理消息。步骤越往后，处理消息的代价就越大。最好能在第一步就处理，这样runtime就能将此方法缓存起来了，如果这个类稍后还能收到同名消息，那么根本不需要启动消息转发流程。如果在第三步forwardInvocation把消息转给备援接受者，还不如把转发操作提前到第二步，第三步还需要创建并处理完整的NSInvocation。因为如果只是修改调用目标，第二就可以完成这个操作。
下面这张流程图描述了这三个步骤：

消息转发的三个步骤