iOS-Runtime3-objc_msgSend底层调用流程

经过上面的学习我们知道，当调用方法[person test]，就是给person对象发送test消息，然后通过isa->superclass-> superclass......寻找类对象，找到类对象之后，还会先通过@selector(test)&_mask生成索引，通过索引直接在cache里的散列表里面取方法，如果cache里面没有方法，再遍历methods数组......

OC的方法调用：消息机制，就是给方法调用者发送消息，其实都是转换为objc_msgSend函数的调用。

比如：

[person personTest];

转成C++代码就是：

objc_msgSend(person, sel_registerName("personTest"));

以前我们讲过sel_registerName("personTest")和@selector(personTest)返回的都是SEL，而且打印发现他们的地址的确也相同，所以上面的代码也可以写成：

objc_msgSend(person, @selector(personTest));

消息接收者：person
消息名称：personTest
意思就是给person对象发送personTest消息。

同理，类方法调用：

[MJPerson initialize];

转成C++代码：

(objc_getClass("MJPerson"), sel_registerName("initialize"));

也可以写成：

objc_msgSend([MJPerson class], @selector(initialize));

意思就是给MJPerson类对象发送initialize消息。

一. objc_msgSend的执行流程

objc_msgSend的执行流程可以分为3大阶段：

  1. 消息发送：就是根据isa、superclass寻找方法
  2. 动态方法解析：允许开发者动态创建新的方法
  3. 消息转发：转发给另外一个对象调用这个方法

objc_msgSend内部的这三个阶段经历完还找不到方法就报错：unrecognized selector sent to instance/class。

由于源码解析比较麻烦，我放到objc_msgSend源码解析这篇文章里面了，强烈建议先看一下，这样就很容易理解下面的流程，下面直接说结论。

一. 消息发送

消息发送.png

二. 动态方法解析

动态方法解析.png

下面通过动态添加方法来验证阶段二，动态方法解析。

1. 实例对象的动态方法解析

先创建MJPerson对象，只声明方法，不实现方法：
调用代码：

MJPerson *person = [[MJPerson alloc] init];
[person test];
[MJPerson test];

发现会报错:

unrecognized selector sent to instance 0x10074a610
unrecognized selector sent to class 0x100001118

下面动态添加实例方法，动态添加实例方法需要我们实现resolveInstanceMethod方法。
在MJPerson.m添加如下代码：

- (void)other
{
    NSLog(@"%s", __func__);
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == @selector(test)) {
        // 获取其他方法
        Method method = class_getInstanceMethod(self, @selector(other));

        // 动态添加test方法的实现
        class_addMethod(self, sel,
                        method_getImplementation(method),
                        method_getTypeEncoding(method));

        // 返回YES代表有动态添加方法
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

打印：

-[MJPerson other]

可以发现方法添加成功。调用test，但是test没找到，会进入resolveInstanceMethod里面动态添加方法，方法添加完成会重新走消息发送流程，然后就找到了other，调用other，然后打印-[MJPerson other]。

补充：Method就是method_t

可能你不知道Method是什么，其实Method就是在iOS-底层-Runtime2里面讲过的method_t，method_t的结构体是这样的：

struct method_t {
    SEL sel;
    char *types;
    IMP imp;
};

所以，上面的代码就能修改为：

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == @selector(test)) {
        // 获取其他方法
        struct method_t *method = (struct method_t *)class_getInstanceMethod(self, @selector(other));

        //Method几乎等价于以前讲的method_t，可打印验证
        NSLog(@"%s, %s, %p",method->sel,method->types,method->imp);

        // 动态添加test方法的实现
        class_addMethod(self, sel, method->imp, method->types);

        // 返回YES代表有动态添加方法
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

执行代码，打印结果如下：

other, v16@0:8, 0x100000dd0
-[MJPerson other]

可以发现，函数名、函数编码(参数、返回值)、函数地址都打印出来了，other方法也调用了，说明动态方法添加成功，Method和method_t没啥区别。

2. 类对象的动态方法解析

那么如果调用的是类方法呢？
需要在resolveClassMethod方法里面，动态添加类方法。

MJPerson *person = [[MJPerson alloc] init];
//[person test];
[MJPerson test];

动态添加类方法：

//动态添加c语言函数的实现
void c_other(id self, SEL _cmd)//这也验证了OC的方法都有两个隐式参数(id self, SEL _cmd)
{
    NSLog(@"c_other - %@ - %@", self, NSStringFromSelector(_cmd));
}

//动态添加类方法
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == @selector(test)) {
        // 第一个参数是object_getClass(self)
        //c语言的函数地址就是函数名
        //object_getClass(self)获取元类对象
        class_addMethod(object_getClass(self), sel, (IMP)c_other, "v16@0:8");
        return YES;
    }
    return [super resolveClassMethod:sel];
}

注意：动态添加实例方法传入到class_addMethod函数中的是当前类对象self，动态添加类方法传入到class_addMethod函数中的是元类对象object_getClass(self)。

上面代码运行后，打印:

c_other - MJPerson - test

可以发现添加成功，上面不但验证了类方法可以添加成功，而且验证了，还可以使用c语言函数作为他们的实现。

上面代码Demo地址：动态方法解析

三. 消息转发

消息转发.png

关于消息转发的逻辑如上图，下面进行验证。

1. 实例对象的消息转发

① forwardingTargetForSelector返回对象

在MJPerson.m里面实现如下代码：

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    if (aSelector == @selector(test)) {
        // objc_msgSend([[MJCat alloc] init], aSelector)
        return [[MJCat alloc] init];
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

执行：

MJPerson *person = [[MJPerson alloc] init];
[person test];

打印：

-[MJCat test]

可以发现，person对象没实现test方法，会调用MJCat的test方法。

那如果forwardingTargetForSelector返回值为空呢？

② methodSignatureForSelector返回方法签名

//方法签名：返回值类型、参数类型
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
    if (aSelector == @selector(test)) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v16@0:8"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

 /*
  NSInvocation封装了一个方法调用，包括：方法调用者、方法名、方法参数
    anInvocation.target 方法调用者
    anInvocation.selector 方法名
    [anInvocation getArgument:NULL atIndex:0] 获取参数
  */
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
    
//    anInvocation.target = [[MJCat alloc] init];
//    [anInvocation invoke];
    
     //上面下面都可以了
    [anInvocation invokeWithTarget:[[MJCat alloc] init]];
}

上面的代码，我们在返回方法签名之后，把anInvocation.target给修改为MJCat，所以最后还是会调用MJCat的test方法。

上面的代码，如果仅仅是想要调用MJCat的test方法，在forwardingTargetForSelector里面修改其实更简单。

在forwardInvocation做更多操作：

[person test]执行的代码其实就是forwardInvocation方法里面执行的代码，所以我们可以在forwardInvocation方法里面做任何操作，比如只打印，获取参数，获取返回值。

首先，MJPerson只声明不实现test方法，MJCat实现test方法，如下

@implementation MJCat
- (int)test:(int)age
{
    return age * 2;
}
@end

在MJPerson.m里面实现如下代码：

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
    if (aSelector == @selector(test:)) {
        //直接返回方法签名
        //return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v20@0:8i16"];
        //方法签名省略数字
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"i@:I"];
        //拿到MJCat的test方法签名来用
        //return [[[MJCat alloc] init] methodSignatureForSelector:aSelector];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
    //参数顺序：receiver(也就是self)、selector、other arguments
    int age;
    [anInvocation getArgument:&age atIndex:2];
    NSLog(@"%d", age + 10);
    //打印：15 + 10 = 25；
    
    /*
     anInvocation.target 是 [[MJCat alloc] init]
     anInvocation.selector 是 test:
     anInvocation的参数：15
     */
    [anInvocation invokeWithTarget:[[MJCat alloc] init]];
    int ret;
    [anInvocation getReturnValue:&ret];
    NSLog(@"%d", ret);
    //打印：15 * 2 = 30;
}

关于返回方法签名、获取参数、获取返回值可看注释。

2. 类对象的消息转发

刚才讲的是实例对象的消息转发，如果是类对象需要实现+号开头的方法，如下：

+ (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    if (aSelector == @selector(test)) return [MJCat class];
    //+[MJCat test]
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

返回MJCat类对象，当调用[MJPerson test]，会打印:+[MJCat test]，调用了MJCat的test方法。

上面的代码如果返回的是实例对象呢？如下：

+ (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    // objc_msgSend([[MJCat alloc] init], @selector(test))
    // [[[MJCat alloc] init] test]
    if (aSelector == @selector(test)) return [[MJCat alloc] init];
    //-[MJCat test]

    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

可以发现，返回MJCat实例对象，当调用[MJPerson test]，会打印:-[MJCat test]，调用了MJCat实例对象的对象方法，为什么会这样呢？

通过源码分析可知，forwardingTargetForSelector方法内部就是给返回的对象发送test消息，所以返回的是实例对象就是给实例对象发送消息，自然就是如下：

objc_msgSend([[MJCat alloc] init], @selector(test))

同样，如果上面方法返回为空，也会走以下代码：

+ (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
    if (aSelector == @selector(test)) return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];

    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

+ (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
    NSLog(@"1123");
}

打印：

1123

补充：@synthesize、@dynamic

首先在MJPerson.h写如下代码：

@property (assign, nonatomic) int age;

我们都知道，编译器会自动生成_age成员变量、setter和getter的声明、setter和getter的实现。

但是在很久以前，Xcode还没这么智能的时候，如果只写上面那句还不行，因为@property只负责生成settetr和getter方法的声明。还要在.m文件中使用@synthesize。

@synthesize age = _age, height = _height;

这时候编译器才会生成_age成员变量、setter和getter的实现。

如果使用@dynamic就是提醒编译器不要自动生成成员变量，不要自动生成setter和getter的实现，等到运行时再添加方法实现。

MJPerson.m代码如下：

@dynamic age;

void setAge(id self, SEL _cmd, int age)
{
    NSLog(@"age is %d", age);
}

int age(id self, SEL _cmd)
{
    return 120;
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == @selector(setAge:)) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)setAge, "v@:i");
        return YES;
    } else if (sel == @selector(age)) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)age, "i@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

执行代码：

MJPerson *person = [[MJPerson alloc] init];
person.age = 20;
NSLog(@"%d", person.age);

打印：

age is 20
120

可以发现，使用@dynamic就没有生成_age成员变量、setter和getter的实现，这时候我们自己通过Runtime动态添加了setter和getter的实现才实现了如上打印。

总结：@synthesize自动生成_age成员变量、setter和getter的实现，@dynamic不自动生成_age成员变量、setter和getter的实现，正好是反过来的。

Demo地址：消息转发

面试题：

  1. 讲一下OC的消息机制

OC中的方法调用其实都是转成了objc_msgSend函数的调用，给receiver(方法调用者)发送了一条消息(selector方法名)。
objc_msgSend底层有3大阶段：消息发送(当前类、父类中查找)、动态方法解析、消息转发。

  1. 说一下消息转发流程

当消息发送和动态方法解析都没找到方法就会进入消息转发阶段
① 首先会调用+或-开头的forwardingTargetForSelector方法，如果这个方法返回值不为空，就给返回值发送SEL消息：objc_msgSend(返回值, SEL)。
② 如果这个方法的返回值为空，就会调用+或-开头的methodSignatureForSelector方法，如果这个方法返回值不为空，就会再调用+或-开头的forwardInvocation方法，我们可以在forwardInvocation里面方法做任何我们想做的事。
③ 如果这个方法的返回值为空，就会调用doesNotRecognizeSelector，报错unrecognized selector sent to instance/class。

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