_objc_msgForward

说明：面试题来源是微博@我就叫Sunny怎么了的这篇博文：《招聘一个靠谱的 iOS》，其中共55题，除第一题为纠错题外，其他54道均为简答题。

出题者简介： 孙源（sunnyxx），目前就职于百度，负责百度知道 iOS 客户端的开发工作，对技术喜欢刨根问底和总结最佳实践，热爱分享和开源，维护一个叫 forkingdog 的开源小组。

答案为微博@iOS程序犭袁整理，未经出题者校对，如有纰漏，请向微博@iOS程序犭袁指正。

_objc_msgForward函数是做什么的，直接调用它将会发生什么？

_objc_msgForward是 IMP 类型，用于消息转发的：当向一个对象发送一条消息，但它并没有实现的时候，_objc_msgForward会尝试做消息转发。

我们可以这样创建一个_objc_msgForward对象：

IMP msgForwardIMP = _objc_msgForward;

在上篇中的《objc中向一个对象发送消息[obj foo]和objc_msgSend()函数之间有什么关系？》曾提到objc_msgSend在“消息传递”中的作用。在“消息传递”过程中，objc_msgSend的动作比较清晰：首先在 Class 中的缓存查找 IMP （没缓存则初始化缓存），如果没找到，则向父类的 Class 查找。如果一直查找到根类仍旧没有实现，则用_objc_msgForward函数指针代替 IMP 。最后，执行这个 IMP 。

Objective-C运行时是开源的，所以我们可以看到它的实现。打开 Apple Open Source 里Mac代码里的obj包 下载一个最新版本，找到 objc-runtime-new.mm，进入之后搜索_objc_msgForward。

blob.png

里面有对_objc_msgForward的功能解释：

blob.png

/***********************************************************************
* lookUpImpOrForward.
* The standard IMP lookup. 
* initialize==NO tries to avoid +initialize (but sometimes fails)
* cache==NO skips optimistic unlocked lookup (but uses cache elsewhere)
* Most callers should use initialize==YES and cache==YES.
* inst is an instance of cls or a subclass thereof, or nil if none is known. 
*   If cls is an un-initialized metaclass then a non-nil inst is faster.
* May return _objc_msgForward_impcache. IMPs destined for external use 
*   must be converted to _objc_msgForward or _objc_msgForward_stret.
*   If you don't want forwarding at all, use lookUpImpOrNil() instead.
**********************************************************************/

对 objc-runtime-new.mm文件里与_objc_msgForward有关的三个函数使用伪代码展示下：

//  objc-runtime-new.mm 文件里与 _objc_msgForward 有关的三个函数使用伪代码展示
//  Created by [https://github.com/ChenYilong](https://github.com/ChenYilong)
//  Copyright (c)  微博@iOS程序犭袁([http://weibo.com/luohanchenyilong/](http://weibo.com/luohanchenyilong/)). All rights reserved.
//  同时，这也是 obj_msgSend 的实现过程
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...) {
    if (!self) return nil;
    IMP imp = class_getMethodImplementation(self->isa, SEL op);
    imp(self, op, ...); ``//调用这个函数，伪代码...
}
//查找IMP
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel) {
    if (!cls || !sel) return nil;
    IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel);
    if (!imp) return _objc_msgForward; //_objc_msgForward 用于消息转发
    return imp;
}
IMP lookUpImpOrNil(Class cls, SEL sel) {
    if (!cls->initialize()) {
        _class_initialize(cls);
    }
    Class curClass = cls;
    IMP imp = nil;
    do { //先查缓存,缓存没有时重建,仍旧没有则向父类查询
        if (!curClass) break;
        if (!curClass->cache) fill_cache(cls, curClass);
        imp = cache_getImp(curClass, sel);
        if (imp) break;
    } while (curClass = curClass->superclass);
    return imp;
}

虽然Apple没有公开_objc_msgForward的实现源码，但是我们还是能得出结论：

_objc_msgForward是一个函数指针（和 IMP 的类型一样），是用于消息转发的：当向一个对象发送一条消息，但它并没有实现的时候，_objc_msgForward会尝试做消息转发。

在上篇中的《objc中向一个对象发送消息[obj foo]和objc_msgSend()函数之间有什么关系？》曾提到objc_msgSend在“消息传递”中的作用。在“消息传递”过程中，objc_msgSend的动作比较清晰：首先在 Class 中的缓存查找 IMP （没缓存则初始化缓存），如果没找到，则向父类的 Class 查找。如果一直查找到根类仍旧没有实现，则用_objc_msgForward函数指针代替 IMP 。最后，执行这个 IMP 。

为了展示消息转发的具体动作，这里尝试向一个对象发送一条错误的消息，并查看一下_objc_msgForward是如何进行转发的。

首先开启调试模式、打印出所有运行时发送的消息： 可以在代码里执行下面的方法：

(void)instrumentObjcMessageSends(YES);

或者断点暂停程序运行，并在 gdb 中输入下面的命令：

call (void)instrumentObjcMessageSends(YES)

以第二种为例，操作如下所示：

blob.png

之后，运行时发送的所有消息都会打印到/tmp/msgSend-xxxx文件里了。

终端中输入命令前往：

open /private/tmp

blob.png

可能看到有多条，找到最新生成的，双击打开

在模拟器上执行执行以下语句（这一套调试方案仅适用于模拟器，真机不可用，关于该调试方案的拓展链接： Can the messages sent to an object in Objective-C be monitored or printed out? ），向一个对象发送一条错误的消息：

//
//  main.m
//  CYLObjcMsgForwardTest
//
//  Created by [http://weibo.com/luohanchenyilong/.](http://weibo.com/luohanchenyilong/)
//  Copyright (c) 2015年 微博@iOS程序犭袁. All rights reserved.
//

#import "AppDelegate.h"
#import "CYLTest.h"

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        CYLTest *test = [[CYLTest alloc] init];
        [test performSelector:(@selector(iOS程序犭袁))];
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

blob.png

你可以在/tmp/msgSend-xxxx（我这一次是/tmp/msgSend-9805）文件里，看到打印出来：

blob.png

+ CYLTest NSObject initialize
+ CYLTest NSObject alloc
- CYLTest NSObject init
- CYLTest NSObject performSelector:
+ CYLTest NSObject resolveInstanceMethod:
+ CYLTest NSObject resolveInstanceMethod:
- CYLTest NSObject forwardingTargetForSelector:
- CYLTest NSObject forwardingTargetForSelector:
- CYLTest NSObject methodSignatureForSelector:
- CYLTest NSObject methodSignatureForSelector:
- CYLTest NSObject class
- CYLTest NSObject doesNotRecognizeSelector:
- CYLTest NSObject doesNotRecognizeSelector:
- CYLTest NSObject class

结合《NSObject官方文档》，排除掉 NSObject 做的事，剩下的就是_objc_msgForward消息转发做的几件事：

1. 调用resolveInstanceMethod:方法 (或 resolveClassMethod:)。允许用户在此时为该 Class 动态添加实现。如果有实现了，则调用并返回YES，那么重新开始objc_msgSend流程。这一次对象会响应这个选择器，一般是因为它已经调用过class_addMethod。如果仍没实现，继续下面的动作。

2. 调用forwardingTargetForSelector:方法，尝试找到一个能响应该消息的对象。如果获取到，则直接把消息转发给它，返回非 nil 对象。否则返回 nil ，继续下面的动作。注意，这里不要返回 self ，否则会形成死循环。

3. 调用methodSignatureForSelector:方法，尝试获得一个方法签名。如果获取不到，则直接调用doesNotRecognizeSelector抛出异常。如果能获取，则返回非nil：创建一个 NSlnvocation 并传给forwardInvocation:。

4. 调用forwardInvocation:方法，将第3步获取到的方法签名包装成 Invocation 传入，如何处理就在这里面了，并返回非ni。

5. 调用doesNotRecognizeSelector: ，默认的实现是抛出异常。如果第3步没能获得一个方法签名，执行该步骤。

上面前4个方法均是模板方法，开发者可以override，由 runtime 来调用。最常见的实现消息转发：就是重写方法3和4，吞掉一个消息或者代理给其他对象都是没问题的

也就是说_objc_msgForward在进行消息转发的过程中会涉及以下这几个方法：

1. resolveInstanceMethod:方法 (或 resolveClassMethod:)。

2. forwardingTargetForSelector:方法

3. methodSignatureForSelector:方法

4. forwardInvocation:方法

5. doesNotRecognizeSelector: 方法

下面回答下第二个问题“直接_objc_msgForward调用它将会发生什么？”

直接调用_objc_msgForward是非常危险的事，如果用不好会直接导致程序Crash，但是如果用得好，能做很多非常酷的事。

就好像跑酷，干得好，叫“耍酷”，干不好就叫“作死”。

正如前文所说：

_objc_msgForward是 IMP 类型，用于消息转发的：当向一个对象发送一条消息，但它并没有实现的时候，_objc_msgForward会尝试做消息转发。

如何调用_objc_msgForward？ _objc_msgForward隶属 C 语言，有三个参数 ：

blob.png

首先了解下如何调用 IMP 类型的方法，IMP类型是如下格式：

为了直观，我们可以通过如下方式定义一个 IMP类型 ：

typedef void (*voidIMP)(id, SEL, ...)

一旦调用_objc_msgForward，将跳过查找 IMP 的过程，直接触发“消息转发”，

如果调用了_objc_msgForward，即使这个对象确实已经实现了这个方法，你也会告诉objc_msgSend：

“我没有在这个对象里找到这个方法的实现”

想象下objc_msgSend会怎么做？通常情况下，下面这张图就是你正常走objc_msgSend过程，和直接调用_objc_msgForward的前后差别：

1.gif

有哪些场景需要直接调用_objc_msgForward？最常见的场景是：你想获取某方法所对应的NSInvocation对象。举例说明：

JSPatch （Github 链接）就是直接调用_objc_msgForward来实现其核心功能的：

JSPatch 以小巧的体积做到了让JS调用/替换任意OC方法，让iOS APP具备热更新的能力。

作者的博文《JSPatch实现原理详解》详细记录了实现原理，有兴趣可以看下。