[receiver message];

objective-c的这种有趣的语法被苹果称为“发消息”。与其他面向对象语言(C++/Java)的“方法调用”不同,objc的消息机制是由运行时实现、非常灵活动态。这篇文章简单记录一下objc运行时对于消息发送和转发的实现。

1.编译器的转换

这一句的含义是:向receiver发送名为message的消息。

执行上面的命令,将这一句重写为C代码,是这样的:

去掉那些强制转换,最终[receiver message]会由编译器转化为以下的纯C调用。

所以说,objc发送消息,最终大都会转换为objc_msgSend的方法调用。

 

 

苹果在文档里是这么写的:

将一个消息发送给一个对象,并且返回一个值。

其中,self是消息的接受者,_cmd是selector, ...是可变参数列表。

当向一般对象发送消息时,调用objc_msgSend;当向super发送消息时,调用的是objc_msgSendSuper; 如果返回值是一个结构体,则会调用objc_msgSend_stret或objc_msgSendSuper_stret。

 

 

2.运行时定义的数据结构

为了了解objc_msgSend方法做了什么,这里需要查看一下objc runtime的源码

首先 runtime定义了如下的数据类型:

id指代objc中的对象,每个对象的在内存的结构并不是确定的,但其首地址指向的肯定是isa。通过isa指针,运行时就能获取到objc_class。

objc_class表示对象的Class,它的结构是确定的,由编译器生成。

SEL表示选择器,这是一个不透明结构体。但是实际上,通常可以把它理解为一个字符串。例如printf("%s",@selector(isEqual:))会打印出"isEqual:"。运行时维护着一张SEL的表,将相同字符串的方法名映射到唯一一个SEL。  通过sel_registerName(char *name)方法,可以查找到这张表中方法名对应的SEL。苹果提供了一个语法糖@selector用来方便地调用该函数。

IMP是一个函数指针。objc中的方法最终会被转换成纯C的函数,IMP就是为了表示这些函数的地址。

 

了解了这些基础的类型定义后,clang翻译的代码就能看懂了:

这里就可以看出来了,实际上消息发送,最终会转换成调用C函数。obj_msgSend的实际动作就是:找到这个函数指针,然后调用它。

 

 

3.obj_msgSend的动作

为了加快速度,苹果对这个方法做了很多优化,这个方法是用汇编实现的。我汇编渣渣。。所以这里稍微整理一下,用伪代码表示:

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。

_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。

 

 

4.消息转发

上面可以知道,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。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:

或者暂停程序运行,并在gdb中输入下面的命令:

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

这里执行以下语句,向一个对象发送一条错误的消息:

打印出来:

结合NSObject文档可以知道,_objc_msgForward消息转发做了如下几件事:
1.调用resolveInstanceMethod:方法,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。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,则直接转发给它。如果返回了nil,继续下面的动作。

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。

4.调用forwardInvocation:方法,将地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。

上面这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。

 

 

 

5.其他注意事项

由上面介绍可以知道,一个objc程序启动后,需要进行类的初始化、调用方法时的cache初始化,所以会有一段"热身"的时间。之后,再发送消息的时候就直接走缓存了,所以消息发送的效率非常高,且没有牺牲动态特性。

如果希望避免方法查找带来的那一丁点开销,可以用methodForSelector 手动获得IMP来直接调用。用 methodForSelector 获取IMP时,会尝试forward机制, 所以在没有对应方法时,返回的是 _objc_msgForward ,不会返回NULL。

 

用 respondsToSelector 判断对象是否能响应消息时, 会避开forward机制 ,但是该方法会尝试一次resolveInstanceMethod。

PS: stackoverflow上有两个不错的文章:1