Objective-C 是一个动态语言，在动态中创建类和对象、进行消息传递和转发。想要更好的理解 Objective-C 那就离不开 Runtime(运行时) 。
什么是Runtime?
Runtime是用C、C++、汇编编写的一套为OC提供运行时功能的api
初见objc_msgSend
创建一个Student的类
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *student = [[Student alloc] init];
[student study];
}
return 0;
}
在终端使用clang命令将main.m编译成main.cpp
clang -rewrite-objc main.m
此时我们会发现main.m文件的下方会多出一个main.cpp的文件,打开并移动到最下方我们看到如下一段代码:
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
Student *student = ((Student *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((Student *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Student"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)student, sel_registerName("study"));
}
return 0;
}
我们发现在student创建和调用study的方法是,都调用了objc_msgSend,那么objc_msgSend到底是什么?其作用又是什么呢?
通过汇编初探objc_msgSend
通过打断点,查看汇编我们发现objc_msgSend的实现是在libobjc动态链接库中(objc4源码)。在libobjc源码库中全局搜索objc_msgSend，发现它的实现是用汇编写的。
下面我们就以arm64系统下的汇编就行分析,全部搜索objc_msgSend找到objc-msg-arm64.s文件,找到ENTRY _objc_msgSend,方法的进入是从ENTRY开始的:
ENTRY _objc_msgSend
UNWIND _objc_msgSend, NoFrame
cmp p0, #0 //arm64下有31位寄存器; 对比0号寄存器是否为空, 如果为空则代表当前接受着没有,如果为空则返回nil
#if SUPPORT_TAGGED_POINTERS
b.le LNilOrTagged // (MSB tagged pointer looks negative)
#else
b.eq LReturnZero
#endif
// [x0]是消息接收者
//如果我们要对student发送消息,我们需要用到用到对象方法时我们就可以通过isa找到类Student,如果是类方法是我们则需要isa来找到元类
ldr p13, [x0] // p13 = isa
//通过isa寻找类
GetClassFromIsa_p16 p13 // p16 = class
LGetIsaDone://查找isa完毕
CacheLookup NORMAL//读取方法 // calls imp or objc_msgSend_uncached
#if SUPPORT_TAGGED_POINTERS
LNilOrTagged:
b.eq LReturnZero // nil check
GetClassFromIsa_p16
.macro GetClassFromIsa_p16 /* src */
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
// Indexed isa
mov p16, $0 // optimistically set dst = src
//判断当前是否为non-pointer isa
tbz p16, #ISA_INDEX_IS_NPI_BIT, 1f // done if not non-pointer isa
// isa in p16 is indexed
adrp x10, _objc_indexed_classes@PAGE
add x10, x10, _objc_indexed_classes@PAGEOFF
ubfx p16, p16, #ISA_INDEX_SHIFT, #ISA_INDEX_BITS // extract index
ldr p16, [x10, p16, UXTP #PTRSHIFT] // load class from array
1:
#elif __LP64__
// 64-bit packed isa
and p16, $0, #ISA_MASK
#else
// 32-bit raw isa
mov p16, $0
#endif
.endmacro
CacheLookup
.macro CacheLookup
// p1 = SEL, p16 = isa
ldp p10, p11, [x16, #CACHE]//在cache_t一文中我们提到了要拿到方法缓存需要首地址平移16个字节 // p10 = buckets, p11 = occupied|mask
#if !__LP64__//w11用w是因为mask是32位的,不需要用64位的
and w11, w11, 0xffff // p11 = mask
#endif
/**
static inline mask_t cache_hash(cache_key_t key, mask_t mask)
{
return (mask_t)(key & mask);
}
*/
and w12, w1, w11 // x12 = _cmd & mask
add p12, p10, p12, LSL #(1+PTRSHIFT)
// p12 = buckets + ((_cmd & mask) << (1+PTRSHIFT))
ldp p17, p9, [x12] // {imp, sel} = *bucket
1: cmp p9, p1 // if (bucket->sel != _cmd)
b.ne 2f //没找到就继续找2流程 // scan more
CacheHit $0 //缓存命中,即找到了直接返回 // call or return imp
2: // not hit: p12 = not-hit bucket
CheckMiss $0 // miss if bucket->sel == 0
cmp p12, p10 // wrap if bucket == buckets
b.eq 3f//找到了,再去走3流程,是为了存一份缓存,方便下一次填充缓存
ldp p17, p9, [x12, #-BUCKET_SIZE]! // {imp, sel} = *--bucket
b 1b // loop
3: // wrap: p12 = first bucket, w11 = mask
add p12, p12, w11, UXTW #(1+PTRSHIFT)
// p12 = buckets + (mask << 1+PTRSHIFT)
// Clone scanning loop to miss instead of hang when cache is corrupt.
// The slow path may detect any corruption and halt later.
ldp p17, p9, [x12] // {imp, sel} = *bucket
1: cmp p9, p1 // if (bucket->sel != _cmd)
b.ne 2f // scan more
CacheHit $0 // call or return imp
2: // not hit: p12 = not-hit bucket
CheckMiss $0 // miss if bucket->sel == 0
cmp p12, p10 // wrap if bucket == buckets
b.eq 3f
ldp p17, p9, [x12, #-BUCKET_SIZE]! // {imp, sel} = *--bucket
b 1b // loop
3: // double wrap
JumpMiss $0
.endmacro
如果缓存没有命中的话会走CheckMiss方法
//CacheLookup NORMAL|GETIMP|LOOKUP
.macro CheckMiss
// miss if bucket->sel == 0
.if $0 == GETIMP
cbz p9, LGetImpMiss
.elseif $0 == NORMAL
cbz p9, __objc_msgSend_uncached
.elseif $0 == LOOKUP
cbz p9, __objc_msgLookup_uncached
.else
.abort oops
.endif
.endmacro
NORMAL 模式下走__objc_msgSend_uncached方法
STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
UNWIND __objc_msgSend_uncached, FrameWithNoSaves
// THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION
// Out-of-band p16 is the class to search
MethodTableLookup
TailCallFunctionPointer x17
END_ENTRY __objc_msgSend_uncached
有上面代码可知,接下来会进入MethodTableLookup流程:
MethodTableLookup
//方法存在bits->rw->ro的methodList中
.macro MethodTableLookup
// push frame
SignLR
stp fp, lr, [sp, #-16]!
mov fp, sp
// save parameter registers: x0..x8, q0..q7
sub sp, sp, #(10*8 + 8*16)
stp q0, q1, [sp, #(0*16)]
stp q2, q3, [sp, #(2*16)]
stp q4, q5, [sp, #(4*16)]
stp q6, q7, [sp, #(6*16)]
stp x0, x1, [sp, #(8*16+0*8)]
stp x2, x3, [sp, #(8*16+2*8)]
stp x4, x5, [sp, #(8*16+4*8)]
stp x6, x7, [sp, #(8*16+6*8)]
str x8, [sp, #(8*16+8*8)]
// receiver and selector already in x0 and x1
mov x2, x16
bl __class_lookupMethodAndLoadCache3
// IMP in x0
mov x17, x0
// restore registers and return
ldp q0, q1, [sp, #(0*16)]
ldp q2, q3, [sp, #(2*16)]
ldp q4, q5, [sp, #(4*16)]
ldp q6, q7, [sp, #(6*16)]
ldp x0, x1, [sp, #(8*16+0*8)]
ldp x2, x3, [sp, #(8*16+2*8)]
ldp x4, x5, [sp, #(8*16+4*8)]
ldp x6, x7, [sp, #(8*16+6*8)]
ldr x8, [sp, #(8*16+8*8)]
mov sp, fp
ldp fp, lr, [sp], #16
AuthenticateLR
.endmacro
由上面汇编可知,其最终要查找的是__class_lookupMethodAndLoadCache3方法,当我们在汇编中并搜索不到该方法的实现,通过前面x0..x8, q0..q7的准备工作我们猜想,其可能是为调用C或者C++的方法做准备,当我们全局搜索_class_lookupMethodAndLoadCache3时发现在objc-rutime-new.mm文件中找到了该方法的实现
IMP _class_lookupMethodAndLoadCache3(id obj, SEL sel, Class cls)
{
return lookUpImpOrForward(cls, sel, obj,
YES/*initialize*/, NO/*cache*/, YES/*resolver*/);
}
这个函数开始就是我们熟知的C/C++的代码了，我们终于也不用再看汇编部分的代码了,消息发送从快速查找过渡到了慢速查找流程。
总结:
在编译期调用 objc_msgSend 函数 , 在汇编代码执行缓存查找 sel 对应的 imp , 找到就会返回调用 , 找不到则由快速查找过渡到了慢速查找流程。
拓展isKindOfClass和isMemberOfClass
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
BOOL re1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]]; //
BOOL re2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]]; //
BOOL re3 = [(id)[LGPerson class] isKindOfClass:[LGPerson class]]; //
BOOL re4 = [(id)[LGPerson class] isMemberOfClass:[LGPerson class]]; //
NSLog(@" re1 :%hhd\n re2 :%hhd\n re3 :%hhd\n re4 :%hhd\n",re1,re2,re3,re4);
BOOL re5 = [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]]; //
BOOL re6 = [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]]; //
BOOL re7 = [(id)[LGPerson alloc] isKindOfClass:[LGPerson class]]; //
BOOL re8 = [(id)[LGPerson alloc] isMemberOfClass:[LGPerson class]]; //
NSLog(@" re5 :%hhd\n re6 :%hhd\n re7 :%hhd\n re8 :%hhd\n",re5,re6,re7,re8);
}
return 0;
}
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls;
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
for (Class tcls = object_getClass((id)self); tcls; tcls = tcls->superclass) {
if (tcls == cls) return YES;
}
return NO;
}
由self获取到元类,如果相等就返回YES,不相等就继续找元类的父类也就是NSObject, [NSObject class]的类明显就是NSObject因此[(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]]返回值为1,同理[(id)[LGPerson class] isKindOfClass:[LGPerson class]]的类为LGPerson,无论是元类还是元类的父类都不可能为LGPerson,因此此处返回为0;
+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls;
+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
//就是元类和类做对比,如果相等返回1,不想等返回0
return object_getClass((id)self) == cls;
}
元类和类肯定是不一样的,因此[(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]]和[(id)[LGPerson class] isMemberOfClass:[LGPerson class]]返回值皆为0;
- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls;
- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
if (tcls == cls) return YES;
}
return NO;
}
第一步都是对比类,例如: [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]]第一步就是对比该类是不是NSObject类,如果是直接返回1,明显[NSObject alloc]就是NSObject类,所以此时返回为1,同理 [(id)[LGPerson alloc] isKindOfClass:[LGPerson class]] 返回值也为1;
- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls;
- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
return [self class] == cls;
}
对比cls和[self class]是都相同,和isKindOfClass区别在于, isKindOfClass如果第一步不同的时候还会往父类去查找,容错更高一些,明显[(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]]和[(id)[LGPerson alloc] isMemberOfClass:[LGPerson class]]返回值皆为1;
至此我们可以知道答应的结果应该是:
2020-01-27 23:03:06.936314+0800 Test[8438:1379585] re1 :1
re2 :0
re3 :0
re4 :0
2020-01-27 23:03:06.938168+0800 Test[8438:1379585] re5 :1
re6 :1
re7 :1
re8 :1