iOS中怎么实现消息发送和转发
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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
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文章名称:iOS中怎么实现消息发送和转发
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