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。
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：
<figure style="display: block; margin: 22px auto; text-align: center;">[图片上传失败...(image-a11e51-1521424555303)]
<figcaption style="display: block; text-align: center; font-size: 1rem; line-height: 1.6; color: rgb(144, 144, 144); margin-top: 2px;"></figcaption>
</figure>
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的元类的superclass就是NSObject
对应上图中的位置关系如下：
<figure style="display: block; margin: 22px auto; text-align: center;">[图片上传失败...(image-1e735e-1521424555302)]
<figcaption style="display: block; text-align: center; font-size: 1rem; line-height: 1.6; color: rgb(144, 144, 144); margin-top: 2px;"></figcaption>
</figure>
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。
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。
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 的大致过程如下：
<figure style="display: block; margin: 22px auto; text-align: center;">[图片上传失败...(image-1d30a2-1521424555301)]
<figcaption style="display: block; text-align: center; font-size: 1rem; line-height: 1.6; color: rgb(144, 144, 144); margin-top: 2px;"></figcaption>
</figure>
ps: 其实这里的寻找过程远没有这么简单，可能会遍历很多遍，因为我们可能会在运行时动态的添加方法（比如
category）。遍历的过程中同样不时的去查询缓存表。
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。整理了下大致的流程，有问题欢迎大家积极提出来：
感谢 Sky爱学习 的指正，修改了下
<figure style="display: block; margin: 22px auto; text-align: center;">[图片上传失败...(image-ac6654-1521424555300)]
</figure>
可加群一起交流共同学习：801216530。
