iOS消息发送和转发示例详解
前言
objective-c 是一门动态语言,它将很多静态语言在编译和链接时期做的事情,放到了运行时来处理。之所以能具备这种特性,离不开 runtime 这个库。runtime 很好的解决了如何在运行时期找到调用方法这样的问题。下面话不多说了,来一起学习学习吧。
消息发送
在 objective-c 中,方法调用称为向对象发送消息:
// myclass 类 @interface myclass: nsobject - (void)printlog; @end @implementation myclass - (void)printlog { nslog(@"print log !"); } @end myclass *myclass = [[myclass alloc] init]; [myclass printlog]; // 输出: print log !
上面代码中的 [myclass printlog] 也可以这么写:
((void (*)(id, sel))(void *) objc_msgsend)(myclass, @selector(printlog));
[myclass printlog] 经过编译后就是调用 objc_msgsend 方法。
我们看看这个方法的文档定义:
id objc_msgsend(id self, sel op, ...);
self:消息的接收者 op: 消息的方法名,c 字符串 ... :参数列表
runtime 是如何找到实例方法的具体实现的?
基础概念
讲之前,我们需要先明白一些基础概念:objective-c 是一门面向对象的语言,对象又分为实例对象、类对象、元类对象以及根元类对象。它们是通过一个叫 isa 的指针来关联起来,具体关系如下图:
以我们上文的代码为例:
myclass *myclass = [[myclass alloc] init];
整理下相互间的关系:
- myclass 是实例对象
- myclass 是类对象
- myclass 的元类就是 nsobject 的元类
- nsobject 就是 root class (class)
- nsobject 的 superclass 为 nil
- nsobject 的元类就是它自己
- nsobject 的 superclass 就是 nsobject
对应上图中的位置关系如下:
接着,我们用代码来验证下上文的关系:
myclass *myclass = [[myclass alloc] init]; class class = [myclass class]; class metaclass = object_getclass(class); class metaofmetaclass = object_getclass(metaclass); class rootmetaclass = object_getclass(metaofmetaclass); class superclass = class_getsuperclass(class); class superofsuperclass = class_getsuperclass(superclass); class superofmetaofsuperclass = class_getsuperclass(object_getclass(superclass)); nslog(@"myclass 实例对象是:%p",myclass); nslog(@"myclass 类对象是:%p",class); nslog(@"myclass 元类对象是:%p",metaclass); nslog(@"myclass 元类对象的元类对象是:%p",metaofmetaclass); nslog(@"myclass 根元类对象是:%p",rootmetaclass); nslog(@"myclass 父类是:%@",class_getsuperclass(class)); nslog(@"myclass 父类的父类是:%@",superofsuperclass); nslog(@"myclass 父类的元类的父类是:%@",superofmetaofsuperclass); nslog(@"nsobject 元类对象是:%p",object_getclass([nsobject class])); nslog(@"nsobject 父类是:%@",[[nsobject class] superclass]); nslog(@"nsobject 元类对象的父类是:%@",[object_getclass([nsobject class]) superclass]); //输出: myclass 实例对象是:0x60c00000b8d0 myclass 类对象是:0x109ae3fd0 myclass 元类对象是:****0x109ae3fa8 myclass 元类对象的元类对象是:****0x10ab02e58** myclass 根元类对象是:0x10ab02e58 myclass 父类是:nsobject myclass 父类的父类是:(null) myclass 父类的元类的父类是:nsobject nsobject 元类对象是:0x10ab02e58 nsobject 父类是:(null) nsobject 元类对象的父类是:nsobject
可以发现,输出结果是完全符合我们的结论的!
现在我们能知道各种对象之间的关系:
实例对象通过 isa 指针,找到类对象 class;类对象同样通过 isa 指针,找到元类对象;元类对象也是通过 isa 指针,找到根元类对象;最后,根元类对象的 isa 指针,指向自己。可以发现 nsobject 是整个消息机制的核心,绝大数对象都继承自它。
寻找流程
上文提到了,一个 objective-c 方法会被编译成 objc_msgsend,这个函数有两个默认参数,id 类型的 self, sel 类型的 op。我们先看看 id 的定义:
typedef struct objc_object *id; struct objc_object { class _nonnull isa objc_isa_availability; };
我们可以看到,在 objc_object 结构体中,只有一个指向 class 类型的 isa 指针。
我们再看看 class 的定义:
struct objc_class { class _nonnull isa objc_isa_availability; #if !__objc2__ class _nullable super_class objc2_unavailable; const char * _nonnull name objc2_unavailable; long version objc2_unavailable; long info objc2_unavailable; long instance_size objc2_unavailable; struct objc_ivar_list * _nullable ivars objc2_unavailable; struct objc_method_list * _nullable * _nullable methodlists objc2_unavailable; struct objc_cache * _nonnull cache objc2_unavailable; struct objc_protocol_list * _nullable protocols objc2_unavailable; #endif } objc2_unavailable;
里面有很多参数,很显眼的能看到这一行:
struct objc_method_list * _nullable * _nullable methodlists objc2_unavailable;
看名字也容易理解,这个 methodlists 就是用来存放方法列表的。我们再看看 objc_method_list 这个结构体:
struct objc_method_list { struct objc_method_list * _nullable obsolete objc2_unavailable; int method_count objc2_unavailable; #ifdef __lp64__ int space objc2_unavailable; #endif /* variable length structure */ struct objc_method method_list[1] objc2_unavailable; }
里面的 objc_method ,也就是我们熟悉的 method:
struct objc_method { sel _nonnull method_name objc2_unavailable; char * _nullable method_types objc2_unavailable; imp _nonnull method_imp objc2_unavailable; }
method 里面保存了三个参数:
- 方法的名称
- 方法的类型
- 方法的具体实现,由 imp 指针指向
经过层层挖掘,我们能明白实例对象调用方法的大致逻辑:
myclass *myclass = [[myclass alloc] init]; [myclass printlog];
- 先被编译成
((void (*)(id, sel))(void *) objc_msgsend)(myclass, @selector(printlog));
- 沿着入参 myclass 的 isa 指针,找到 myclass 的类对象(class),也就是 myclass
- 接着在 myclass 的方法列表 methodlists 中,找到对应的 method
- 最后找到 method 中的 imp 指针,执行具体实现
类对象的类方法又是怎么找到并执行的?
由上文,我们已经知道,实例对象是通过 isa 指针,找到其类对象(class)中保存的方法列表中的具体实现的。
比如:
myclass *myclass = [[myclass alloc] init]; [myclass printlog];
可以理解为:printlog 方法就是保存在 myclass 中的。
那么如果是个类方法,又是保存在什么地方的呢?
我们回顾下 class 的定义:
struct objc_class { class _nonnull isa objc_isa_availability; #if !__objc2__ class _nullable super_class objc2_unavailable; const char * _nonnull name objc2_unavailable; long version objc2_unavailable; long info objc2_unavailable; long instance_size objc2_unavailable; struct objc_ivar_list * _nullable ivars objc2_unavailable; struct objc_method_list * _nullable * _nullable methodlists objc2_unavailable; struct objc_cache * _nonnull cache objc2_unavailable; struct objc_protocol_list * _nullable protocols objc2_unavailable; #endif } objc2_unavailable;
可以发现到这一行:
class _nonnull isa objc_isa_availability;
这里的 isa 同样是指向一个 class 的指针。上文中,我们也知道了类对象的 isa 指针是指向元类对象的。那么不难得出:
类对象的类方法,是保存在元类对象中的!
类对象和元类对象都是 class 类型,仅仅服务的对象不同罢了。找到了元类对象,自然就找到了元类对象中的 methodlists,接下来就和实例对象的方法寻找调用一样的流程了。
关于父类(superclass)
在 objective-c 中,子类调用一个方法,如果没有子类没有实现,父类实现了,会去调用父类的实现。上文中,找到 methodlists 后,寻找 method 的过程如下:
如何提高方法查找的效率?
上文中,我们大概知道,方法是通过 isa 指针,查找 class 中的 methodlists 的。如果子类没实现对应的方法实现,还会沿着父类去查找。整个工程,可能有成万上亿个方法,是如何解决性能问题的呢?
例如:
for (int i = 0; i < 100000; ++i) { myclass *myobject = myobjects[i]; [myobject methoda]; }
这种高频次的调用 methoda,如果每调用一次都需要遍历,性能是非常差的。所以引入了 class cache 机制:
class cache 认为,当一个方法被调用,那么它之后被调用的可能性就越大。
查找方法时,会先从缓存中查找,找到直接返回 ;找不到,再去 class 的方法列表中找。
在上文中 class 的定义中,我们可以发现 cache:
struct objc_cache * _nonnull cache objc2_unavailable;
说明了缓存是存在类中的,每个类都有一份方法缓存,而不是每个类的 object 都保存了一份。
消息转发
如果方法列表(methodlists)没找到对应的 selector 呢?
// viewcontroller.m 中 (未实现 mytestprint 方法) [self performselector:@selector(mytestprint:) withobject:@",你好 !"];
系统会提供三次补救的机会。
第一次
+ (bool)resolveinstancemethod:(sel)sel {} (实例方法) + (bool)resolveclassmethod:(sel)sel {} (类方法)
这两个方法,一个针对实例方法;一个针对类方法。返回值都是 bool。
使用示例:
// viewcontroller.m 中 void mymethod(id self, sel _cmd,nsstring *nub) { nslog(@"ifelseboyxx%@",nub); } + (bool)resolveinstancemethod:(sel)sel { #pragma clang diagnostic push #pragma clang diagnostic ignored "-wundeclared-selector" if (sel == @selector(mytestprint:)) { #pragma clang diagnostic pop class_addmethod([self class],sel,(imp)mymethod,"v@:@"); return yes; }else { return [super resolveinstancemethod:sel]; } }
我们只需要在 resolveinstancemethod: 方法中,利用 class_addmethod 方法,将未实现的 mytestprint: 绑定到 mymethod 上就能完成转发,最后返回 yes。
第二次
- (id)forwardingtargetforselector:(sel)aselector {}
这个方法要求返回一个 id。使用场景一般是将 a 类的某个方法,转发到 b 类的实现中去。
使用示例:
想转发到 person 类中的 -mytestprint: 方法中:
@interface person : nsobject @end @implementation person - (void)mytestprint:(nsstring *)str { nslog(@"ifelseboyxx%@",str); } @end
// viewcontroller.m 中 - (id)forwardingtargetforselector:(sel)aselector { #pragma clang diagnostic push #pragma clang diagnostic ignored "-wundeclared-selector" if (aselector == @selector(mytestprint:)) { #pragma clang diagnostic pop return [person new]; }else{ return [super forwardingtargetforselector:aselector]; } }
第三次
- (nsmethodsignature *)methodsignatureforselector:(sel)aselector {} - (void)forwardinvocation:(nsinvocation *)aninvocation {}
第一个要求返回一个方法签名,第二个方法转发具体的实现。二者相互依赖,只有返回了正确的方法签名,才会执行第二个方法。
这次的转发作用和第二次的比较类似,都是将 a 类的某个方法,转发到 b 类的实现中去。不同的是,第三次的转发相对于第二次更加灵活,forwardingtargetforselector: 只能固定的转发到一个对象;forwardinvocation: 可以让我们转发到多个对象中去。
使用实例:
想转发到 person 类以及 animal 类中的 -mytestprint: 方法中:
@interface person : nsobject @end @implementation person - (void)mytestprint:(nsstring *)str { nslog(@"ifelseboyxx%@",str); } @end
@interface animal : nsobject @end @implementation animal - (void)mytestprint:(nsstring *)str { nslog(@"tiger%@",str); } @end
// viewcontroller.m 中 - (nsmethodsignature *)methodsignatureforselector:(sel)aselector { #pragma clang diagnostic push #pragma clang diagnostic ignored "-wundeclared-selector" if (aselector == @selector(mytestprint:)) { #pragma clang diagnostic pop return [nsmethodsignature signaturewithobjctypes:"v@:@"]; } return [super methodsignatureforselector:aselector]; } - (void)forwardinvocation:(nsinvocation *)aninvocation { person *person = [person new]; animal *animal = [animal new]; if ([person respondstoselector:aninvocation.selector]) { [aninvocation invokewithtarget:person]; } if ([animal respondstoselector:aninvocation.selector]) { [aninvocation invokewithtarget:animal]; } }
⚠️ 如果到了第三次机会,还没找到对应的实现,就会 crash:
unrecognized selector sent to instance 0x7f9f817072b0
总结
到这里,我们大概能了解消息发送与转发的过程了,附上流程图:
好了,以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对的支持。