runtime消息分发-OC方法调用原理

概述

你一定听说过“运行时是 Objective-C 的一个特色”，也经常在写方法调用。但你知道方法调用具体是个什么过程不？秉承知其所以然的优良传统，我们就花点时间来扒一扒runtime和方法调用的原理。

runtime赋予OC的动态特性

Object-C因为有了强大的runtime而成为一门动态语言，其动态性体现在：动态绑定，动态加载，动态类型。

a. 动态绑定：静态语言的函数调用是在编译过程中就已经明确指定了。而动态语言，编译过程没有确定方法的调用顺序，是在运行时通过“消息机制”动态决定的。这个时候就牵扯到动态绑定了。OC语言中，只需记住关键词(@selector/SEL)即可。通过SEL变量绑定一个方法，SEL存储的是方法的内存地址，调用方法的时候直接查询这个地址。

b. 动态类型：简单说就是id类型。编译的时候不去识别，在运行时才决定是什么类型。

c. 动态加载：简单理解就是，在程序运行时，根据设备屏幕不同，动态去选择加载2X还是3X图片资源。动态加载应该不仅仅指动态加载图片资源，具体还需调研。

而这些动态特性，都是基于runtime的贡献。

runtime的消息分发

要知道 ，OC中的所有方法调用，最终都是转换成runtime中的一个C语言消息分发函数：

id objc_msgSend ( id receiver, SEL op, ... ); 

参数receiver:消息接收者，如果OC代码中的调用为[ObjectA test],这个receiver就是ObjectA。

参数op：方法名。

参数…：不定参数。

这条消息发送之后，系统会在receiver的类对象的方法列表(methodlist)中找这个方法，如果没找到，再到receiver的父类的方法列表中找，再到父类的父类，如果在根类(NSObject)中还没找到，会报出错误。以上是一个粗略的过程，其实runtime中对这个调用过程做了缓存，在抛出错误之前会进行动态决议和消息转发过程。

知识点

缓存：方法第一次被调用之后，方法会被存入一张缓存表，之后如果再被调用时就不需要从方法列表重新查询了，直接从缓存表中取出，会提高效率。

动态决议和消息转发请参考：动态方法决议与消息转发

方法查询流程

一个OC的类(Class)，在编译的时候会转成C语言结构体，在runtime中是这样定义的：

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

objc_class是一个结构体，重点关注isa和methodLists.

isa 是指向父类的指针，逐级向上指，直到元类(meta),元类的isa指向自己。

methodlist 存储了类中的所有方法。

再看看对象的结构体：

typedef struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
} *id ;

以及Class的定义：

typedef struct objc_class *Class;

通过objc_object我们可以看出，一个类经过实例化之后变成的对象，其实就是一个isa指针，指向一块内存的地址。

了解了这个之后，就容易解释方法查询流程了，文字描述如下：

• 首先去该类的cache中查询，如果找到了，就直接返回；

• 如果没找到，就去methodList中查找。如果找到了，则将方法的IMP(方法实现的指针)返回，并将IMP存入Cache；

• 如果还没找到，就通过super_class找到父类，在父类的methodList中查找;

• 如果在所有的父类中都没找到这个方法，就会去进行动态决议和消息转发；

• 如果动态决议和消息转发返回NO和nil，就会抛出异常。

看一张官网提供的调用流程图：

附上一张类关系图或许对你有帮助：

参考：

1. https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Cocoa/Conceptual/ObjCRuntimeGuide/Articles/ocrtHowMessagingWorks.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008048-CH104-SW1

2. https://www.jianshu.com/p/9a5416152271

3. http://www.cnblogs.com/smileEvday/archive/2012/11/26/messaging.html