OC-Runtime消息发送

Objective-C动态性的根源在方法的调用是通过message来实现的，一次发送message的过程就是一次方法的调用过程。发送message只需要指定对象和SEL，Runtime的objc_msgSend会根据在信息在对象isa指针指向的Class中寻找该SEL对应的IMP，从而完成方法的调用。

消息发送流程

一张图描述下对象的内存布局

image

实例对象中存放 isa 指针以及实例变量，有 isa 指针可以找到实例对象所属的类对象 (类也是对象，面向对象中一切都是对象)，类中存放着实例方法列表，在这个方法列表中 SEL 作为 key，IMP 作为 value。 在编译时期，根据方法名字会生成一个唯一的 Int 标识，这个标识就是 SEL。IMP 其实就是函数指针 指向了最终的函数实现。整个 Runtime 的核心就是 objc_msgSend 函数，通过给类发送 SEL 以传递消息，找到匹配的 IMP 再获取最终的实现

类中的 super_class 指针可以追溯整个继承链。向一个对象发送消息时，Runtime 会根据实例对象的 isa 指针找到其所属的类，并自底向上直至根类(NSObject)中 去寻找SEL 所对应的方法，找到后就运行整个方法。

metaClass是元类，也有 isa 指针、super_class 指针。其中保存了类方法列表。

如下是 objc/runtime.h 中定义的类的结构:

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; // 成员变量地址列表
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法地址列表
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE; // 缓存最近使用的方法地址，以避免多次在方法地址列表中查询，提升效率
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE; // 遵循的协议列表
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

SEL 与 IMP

SEL 可以将其理解为方法的 ID. 结构如下：

typedef struct objc_selector *SEL;

struct objc_selector {
    char *name;                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *types;                      OBJC2_UNAVAILABLE;
};

IMP 可以理解为函数指针，指向了最终的实现。

SEL 与 IMP 的关系非常类似于 HashTable 中 key 与 value 的关系。OC 中不支持函数重载的原因就是因为一个类的方法列表中不能存在两个相同的 SEL 。但是多个方法却可以在不同的类中有一个相同的 SEL，不同类的实例对象执行相同的 SEL 时，会在各自的方法列表中去根据 SEL 去寻找自己对应的IMP。这使得OC可以支持函数重写。

消息传递机制

当一个对象 sender 调用代码时，实际上是调用了runtime的objc_msgSend函数，所以OC的方法调用并不像C函数一样能按照地址直接取用，而是经过了一系列的过程。

下面将通过代码验证下，新建一个工程，创建一个继承于NSObject的子类（RuntimeTest），.m文件中写入一下代码（验证 - (void)changeVaule:(NSString *)vauleString如何调用，工具Xcode10）

@implementation RuntimeTest
- (void)test:(NSString *)vaule {
    [self changeVaule:vaule];
}

- (void)changeVaule:(NSString *)vauleString {
    
}
@end

开启终端，进入工程存放文件目录，使用clang将RuntimeTest.m文件转换成RuntimeTest.cpp文件查看其C函数调用实现

clang -rewrite-objc RuntimeTest.m

然后从RuntimeTest.cpp转换后实现，下面是截取部分类容：

static void _I_RuntimeTest_test_(RuntimeTest * self, SEL _cmd, NSString * _Nonnull vaule) {
    ((void (*)(id, SEL, NSString *))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("changeVaule:"), (NSString * _Nonnull)vaule);
}


static void _I_RuntimeTest_changeVaule_(RuntimeTest * self, SEL _cmd, NSString *vauleString) {

}

去掉强制转换，可以看出最终调用方法是：

objc_msgSend(self, sel_registerName("changeVaule:"), vaule);

其中：

1. sel_registerName("changeVaule:")是一个SEL类型的值，用于标示类中的一个方法（类比C的函数指针来理解）
2. sel_registerName(methodName)表达式用于获得当前类中methodName方法的对应SEL

obj_msgSend(recevier, selector, ...)函数的主要执行流程大致是：

根据SEL,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。

_objc_msgForward是用于消息转发的。这个函数的实现并没有在objc-runtime的开源代码里面，而是在Foundation框架里面实现的。加上断点启动程序后，会发现__CFInitialize这个方法会调用objc_setForwardHandler函数来注册一个实现。

OC-Runtime消息转发：OC-Runtime消息转发