在上一篇iOS底层探索之objc_msgSend流程——快速查找文章中，我们分析了快速查找流程，如果快速查不到，则需要进入慢速查找流程，以下是慢速查找的分析过程
objc_msgSend慢速查找流程
在快速查找流程中，如果没有找到方法实现，无论是走到CheckMiss或者JumpMiss，最终会走到__objc_msgSend_uncached的汇编函数。找到源码如下：
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
通过分析__objc_msgSend_uncached的核心是MethodTableLookup查找方法列表。而MethodTableLookup的实现的核心源码为_lookUpImpOrForward。
通过断点调试看是不是会走lookUpImpOrForward这个函数，于是我们在那个调用方法时进行断点调试：
在调用方法时加一个断点，执行断住，按住control + stepinto，进入汇编
image.png
在
_objc_msgSend_uncached加一个断点，执行断住，按住control + stepinto，进入汇编
image.png
发现
lookUpImpOrForward并不是汇编实现而是C++实现。于是我们通过查找源码，全局搜索lookUpImpOrForward。
lookUpImpOrForward分析
最终在objc-runtime-new.mm的文件中找到了源码实现，源码如下：
IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
//定义的消息转发
const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
IMP imp = nil;
Class curClass;
runtimeLock.assertUnlocked();
//快速查找，如果找到则直接返回imp
//目的：防止多线程操作时，刚好调用函数，此时缓存进来了
// Optimistic cache lookup
if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) {
imp = cache_getImp(cls, sel);
if (imp) goto done_nolock;
}
//加锁，目的是保证读取的线程安全
runtimeLock.lock();
//判断是否是一个已知类：判断当前类是否是已经被认可的类，即已经加载的类
checkIsKnownClass(cls);
//判断类是否实现，如果没有，需要先实现，此时的目的是为了确定父类链，方法后续的循环。
if (slowpath(!cls->isRealized())) {
cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
// runtimeLock may have been dropped but is now locked again
}
//判断是否初始化，如果没有，需要先初始化
if (slowpath((behavior & LOOKUP_INITIALIZE) && !cls->isInitialized())) {
cls = initializeAndLeaveLocked(cls, inst, runtimeLock);
}
runtimeLock.assertLocked();
curClass = cls;
//--查找类的缓存
//unreasonableClassCount--表示类的迭代的上限
//（猜测这里递归的原因是attempts在第一次循环时作了减一操作，然后再次循环时，仍在上限的范围内，所以可以继续递归）
for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) {
//--当前类方法列表（采用二分查找算法），如果找到，则返回，将方法缓存到cache中。
// curClass method list.
Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
if (meth) {
imp = meth->imp;
goto done;
}
//当前类 - 当前类的父类，并判断父类是否nil
if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {
//--未找到方法实现，方法解析器也不行，使用转发
imp = forward_imp;
break;
}
//如果父类链中存在循环，则停止
if (slowpath(--attempts == 0)) {
_objc_fatal("Memory corruption in class list.");
}
//objc_msgSend->二分查找->cache_fill写入缓存->objc_msgSend
// --父类缓存
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (slowpath(imp == forward_imp)) {
// 如果在父类中找到了forward，则停止查找，且不缓存，首先调用此类的方法解析器
break;
}
if (fastpath(imp)) {
//如果在父类中，找到了此方法，将其存储到cache中
goto done;
}
}
// No implementation found. Try method resolver once.
//没有找到方法实现，尝试一次方法解析
if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
//动态方法决议的控制条件，表示流程只走一次
behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;
return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
}
done:
//存储到缓存
log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
//解锁
runtimeLock.unlock();
done_nolock:
if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
return nil;
}
return imp;
}
forward_imp的赋值
forward_imp是通过_objc_msgForward_impcache函数赋值的。全局搜索一下。发现这个函数是个汇编函数，找到其实现：
//入口
STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache
//跳转__objc_msgForward
b __objc_msgForward
END_ENTRY __objc_msgForward_impcache
//__objc_msgForward入口
ENTRY __objc_msgForward
//赋值并且返回x17的地址。
adrp x17, __objc_forward_handler@PAGE
ldr p17, [x17, __objc_forward_handler@PAGEOFF]
TailCallFunctionPointer x17
END_ENTRY __objc_msgForward
根据源码分析重点__objc_forward_handler
objc_defaultForwardHandler(id self, SEL sel)
{
_objc_fatal("%c[%s %s]: unrecognized selector sent to instance %p "
"(no message forward handler is installed)",
class_isMetaClass(object_getClass(self)) ? '+' : '-',
object_getClassName(self), sel_getName(sel), self);
}
void *_objc_forward_handler = (void*)objc_defaultForwardHandler;
看着objc_defaultForwardHandler很眼熟，这就是我们在日常开发中最常见的错误：没有实现函数，运行程序，崩溃时报的错误提示。
forward_imp的值就是未找到imp的函数实现
cache缓存中进行查找
if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) {
imp = cache_getImp(cls, sel);
if (imp) goto done_nolock;
}
这里的目的是防止多线程操作时，刚好调用了函数，此时缓存进来了，_cache_getImp快速查找，如果找到直接返回imp。
STATIC_ENTRY _cache_getImp
GetClassFromIsa_p16 p0
CacheLookup GETIMP, _cache_getImp
LGetImpMiss:
mov p0, #0
ret
END_ENTRY _cache_getImp
检查类是否合法
checkIsKnownClass(cls);
确保cls在已知类列表中，避免传入一个非类的二进制文件，进行CFI攻击。
确定当前类的继承链和isa的继承链
确定当前类的父类，并且递归执行，最终确定类的继承链；
确定元类，并把元类的继承链也递归确定下来；
在initlize时，执行addSubClass(),将子类也存入父类中，从而实现了双向链表
static Class
realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(Class cls, mutex_t& lock)
{
return realizeClassMaybeSwiftMaybeRelock(cls, lock, true);
}
static Class
realizeClassMaybeSwiftMaybeRelock(Class cls, mutex_t& lock, bool leaveLocked)
{
lock.assertLocked();
if (!cls->isSwiftStable_ButAllowLegacyForNow()) {
// Non-Swift class. Realize it now with the lock still held.
// fixme wrong in the future for objc subclasses of swift classes
realizeClassWithoutSwift(cls, nil);
if (!leaveLocked) lock.unlock();
} else {
// Swift class. We need to drop locks and call the Swift
// runtime to initialize it.
lock.unlock();
cls = realizeSwiftClass(cls);
ASSERT(cls->isRealized()); // callback must have provoked realization
if (leaveLocked) lock.lock();
}
return cls;
}
static Class realizeClassWithoutSwift(Class cls, Class previously)
{
runtimeLock.assertLocked();
class_rw_t *rw;
Class supercls;
Class metacls;
if (!cls) return nil;
if (cls->isRealized()) return cls;
ASSERT(cls == remapClass(cls));
auto ro = (const class_ro_t *)cls->data();
auto isMeta = ro->flags & RO_META;
if (ro->flags & RO_FUTURE) {
rw = cls->data();
ro = cls->data()->ro();
ASSERT(!isMeta);
cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE);
} else {
rw = objc::zalloc();
rw->set_ro(ro);
rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING|isMeta;
cls->setData(rw);
}
#if FAST_CACHE_META
if (isMeta) cls->cache.setBit(FAST_CACHE_META);
#endif
cls->chooseClassArrayIndex();
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: realizing class '%s'%s %p %p #%u %s%s",
cls->nameForLogging(), isMeta ? " (meta)" : "",
(void*)cls, ro, cls->classArrayIndex(),
cls->isSwiftStable() ? "(swift)" : "",
cls->isSwiftLegacy() ? "(pre-stable swift)" : "");
}
supercls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->superclass), nil);
metacls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->ISA()), nil);
#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA
if (isMeta) {
cls->setInstancesRequireRawIsa();
} else {
bool instancesRequireRawIsa = cls->instancesRequireRawIsa();
bool rawIsaIsInherited = false;
static bool hackedDispatch = false;
if (DisableNonpointerIsa) {
instancesRequireRawIsa = true;
}
else if (!hackedDispatch && 0 == strcmp(ro->name, "OS_object"))
{
hackedDispatch = true;
instancesRequireRawIsa = true;
}
else if (supercls && supercls->superclass &&
supercls->instancesRequireRawIsa())
{
instancesRequireRawIsa = true;
rawIsaIsInherited = true;
}
if (instancesRequireRawIsa) {
cls->setInstancesRequireRawIsaRecursively(rawIsaIsInherited);
}
}
#endif
cls->superclass = supercls;
cls->initClassIsa(metacls);
if (supercls && !isMeta) reconcileInstanceVariables(cls, supercls, ro);
cls->setInstanceSize(ro->instanceSize);
if (ro->flags & RO_HAS_CXX_STRUCTORS) {
cls->setHasCxxDtor();
if (! (ro->flags & RO_HAS_CXX_DTOR_ONLY)) {
cls->setHasCxxCtor();
}
}
if ((ro->flags & RO_FORBIDS_ASSOCIATED_OBJECTS) ||
(supercls && supercls->forbidsAssociatedObjects()))
{
rw->flags |= RW_FORBIDS_ASSOCIATED_OBJECTS;
}
if (supercls) {
addSubclass(supercls, cls);
} else {
addRootClass(cls);
}
methodizeClass(cls, previously);
//cls->双向链表结构
return cls;
}
进入for死循环按照类的继承链或者元类的继承链的顺序查找。
当前cls的方法列表中使用二分查找算法查找方法，如果找到，则进入cache写入流程，并返回imp，如果没有找到，则返回nil。
当前cls被赋值为父类，如果父类等于nil，则imp = 消息转发，并终止递归，进入判断是否执行过动态方法解析：如果没有，则执行动态方法解析；如果执行过一次动态方法解析，则走到消息转发流程。
如果父类链中存在循环，则报错，终止循环。父类缓存中查找方法， 如果未找到，则直接返回nil，继续循环查找； 如果找到，则直接返回imp，执行cache写入流程。
getMethodNoSuper_nolock 方法
getMethodNoSuper_nolock查找本类中的方法列表
static method_t *
getMethodNoSuper_nolock(Class cls, SEL sel)
{
runtimeLock.assertLocked();
ASSERT(cls->isRealized());
// fixme nil cls?
// fixme nil sel?
auto const methods = cls->data()->methods();
for (auto mlists = methods.beginLists(),
end = methods.endLists();
mlists != end;
++mlists)
{
// getMethodNoSuper_nolock is the hottest
// caller of search_method_list, inlining it turns
// getMethodNoSuper_nolock into a frame-less function and eliminates
// any store from this codepath.
method_t *m = search_method_list_inline(*mlists, sel);
if (m) return m;
}
return nil;
}
search_method_list_inline 方法
ALWAYS_INLINE static method_t *
search_method_list_inline(const method_list_t *mlist, SEL sel)
{
int methodListIsFixedUp = mlist->isFixedUp();
int methodListHasExpectedSize = mlist->entsize() == sizeof(method_t);
if (fastpath(methodListIsFixedUp && methodListHasExpectedSize)) {
return findMethodInSortedMethodList(sel, mlist);
} else {
// Linear search of unsorted method list
for (auto& meth : *mlist) {
if (meth.name == sel) return &meth;
}
}
#if DEBUG
// sanity-check negative results
if (mlist->isFixedUp()) {
for (auto& meth : *mlist) {
if (meth.name == sel) {
_objc_fatal("linear search worked when binary search did not");
}
}
}
#endif
return nil;
}
findMethodInSortedMethodList 方法二分查找
//二分查找
ALWAYS_INLINE static method_t *
findMethodInSortedMethodList(SEL key, const method_list_t *list)
{
ASSERT(list);
const method_t * const first = &list->first;
const method_t *base = first;
const method_t *probe;
uintptr_t keyValue = (uintptr_t)key;
uint32_t count;
//base相当于low，count是max，probe是middle，这就是二分
for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) {
//从首地址+下标 --> 移动到中间位置（count >> 1 左移1位即 count/2 = 4）
probe = base + (count >> 1);
uintptr_t probeValue = (uintptr_t)probe->name;
//如果查找的key的keyvalue等于中间位置（probe）的probeValue，则直接返回中间位置
if (keyValue == probeValue) {
// -- while 平移 -- 排除分类重名方法
while (probe > first && keyValue == (uintptr_t)probe[-1].name) {
//排除分类重名方法（方法的存储是先存储类方法，在存储分类---按照先进后出的原则，分类方法最先出，而我们要取的类方法，所以需要先排除分类方法）
//如果是两个分类，就看谁先进行加载
probe--;
}
return (method_t *)probe;
}
//如果keyValue 大于 probeValue，就往probe即中间位置的右边查找
if (keyValue > probeValue) {
base = probe + 1;
count--;
}
}
return nil;
}
进入动态方法决议
上面for循环跳出来之后，说明没有找到imp，会进入动态方法决议。
if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
//动态方法决议的控制条件，表示流程只走一次
behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;
return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
}
查找到imp结果
当我们找到imp时，就会直接进入done流程,将cls的sel和imp写入缓存中(便于下次同样的方法，可以在cache汇编快速查询到)。
done结束后，我们会进入done_nolock流程, 如果imp是forward_imp，就返回nil，否则，返回正常的imp。
done:
// 从将sel和imp写入cls的缓存
log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
// 运行时解锁
runtimeLock.unlock();
done_nolock:
//如果不需要找了(LOOKUP_NIL)，并且imp等于forward_imp，就返回nil。
if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
return nil;
}
// 返回当前获取的imp
return imp;
总结
当在objc_msgSend缓存中没有找到方法，就会来到CheckMiss -> __objc_msgSend_uncached -> MethodTableLookup -> lookUpImpOrForward进行慢速查找流程。lookUpImpOrForward中先在本类中查找方法，如果没有找到就会循环的去父类当中找，直到找到NSObject中，如果没有找到，就会进行动态方法决议，动态方法不处理，则进入动态消息转发阶段。此时可以在动态消息转发阶段做一下处理，如果还不进行处理，最后崩溃报错unrecognized selector sent to instance ...。