iOS Runtime（四）-方法和消息
一、SEL、IMP、Method
1. SEL
SEL又叫选择器，是表示一个方法的selector的指针，其定义如下：
typedef struct objc_selector *SEL;
方法的selector用于表示运行时方法的名字。OC在编译时，会依据每一个方法的名字、参数序列，生成一个唯一的整型标识(Int类型的地址)，这个标识就是SEL。同一个类(及类的继承体系)中，不能存在2个同名的方法，即使参数类型不同也不行。相同的方法只能对应一个SEL。这也就导致 OC在处理相同方法名且参数个数相同但类型不同的方法方面的能力很差。当然，不同的类可以拥有相同的selector，这个没有问题。不同类的实例对象执行相同的selector时，会在各自的方法列表中去根据selector去寻找自己对应的IMP。
工程中的所有的SEL组成一个Set集合，Set的特点就是唯一，因此SEL是唯一的。因此，如果我们想到这个方法集合中查找某个方法时，只需要去找到这个方法对应的SEL就行了，SEL实际上就是根据方法名hash化了的一个字符串，而对于字符串的比较仅仅需要比较他们的地址就可以了，可以说速度上无语伦比！
本质上，SEL只是一个指向方法的指针（准确的说，只是一个根据方法名hash化了的KEY值，能唯一代表一个方法），它的存在只是为了加快方法的查询速度。
通过下面三种方法来获取SEL:
-
sel_registerName函数 - 编译器提供的
@selector() -
NSSelectorFromString()方法
2. IMP
IMP实际上是一个函数指针，指向方法实现的首地址。其定义如下：
id (*IMP)(id, SEL, ...)
第一个参数是指向self的指针(如果是实例方法，则是类实例的内存地址；如果是类方法，则是指向元类的指针)。第二个参数是方法选择器(selector)，接下来是方法的实际参数列表。
SEL就是为了查找方法的最终实现IMP的。由于每个方法对应唯一的SEL，因此我们可以通过SEL方便快速准确地获得它所对应的 IMP，取得IMP后，我们就获得了执行这个方法代码的入口点。
3. Method
Method用于表示类定义中的方法，则定义如下：
typedef struct objc_method *Method;
struct objc_method {
SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法名
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法实现
}
我们可以看到该结构体中包含一个SEL和IMP，实际上相当于在SEL和IMP之间作了一个映射。有了SEL，我们便可以找到对应的IMP，从而调用方法的实现代码。
二、相关操作函数
1.方法相关函数
// 调用指定方法的实现
id method_invoke ( id receiver, Method m, ... );
// 调用返回一个数据结构的方法的实现
void method_invoke_stret ( id receiver, Method m, ... );
// 获取方法名
SEL method_getName ( Method m );
// 返回方法的实现
IMP method_getImplementation ( Method m );
// 获取描述方法参数和返回值类型的字符串
const char * method_getTypeEncoding ( Method m );
// 获取方法的返回值类型的字符串
char * method_copyReturnType ( Method m );
// 获取方法的指定位置参数的类型字符串
char * method_copyArgumentType ( Method m, unsigned int index );
// 通过引用返回方法的返回值类型字符串
void method_getReturnType ( Method m, char *dst, size_t dst_len );
// 返回方法的参数的个数
unsigned int method_getNumberOfArguments ( Method m );
// 通过引用返回方法指定位置参数的类型字符串
void method_getArgumentType ( Method m, unsigned int index, char *dst, size_t dst_len );
// 返回指定方法的方法描述结构体
struct objc_method_description * method_getDescription ( Method m );
// 设置方法的实现
IMP method_setImplementation ( Method m, IMP imp );
// 交换两个方法的实现
void method_exchangeImplementations ( Method m1, Method m2 );
-
method_invoke函数，返回的是实际实现的返回值。参数receiver不能为空。这个方法的效率会比method_getImplementation和method_getName更快。 -
method_getName函数，返回的是一个SEL。如果想获取方法名的C字符串，可以使用sel_getName(method_getName(method))。 -
method_getReturnType函数，类型字符串会被拷贝到dst中。 -
method_setImplementation函数，注意该函数返回值是方法之前的实现。
2.方法选择器相关函数
// 返回给定选择器指定的方法的名称
const char * sel_getName ( SEL sel );
// 在Objective-C Runtime系统中注册一个方法，将方法名映射到一个选择器，并返回这个选择器
SEL sel_registerName ( const char *str );
// 在Objective-C Runtime系统中注册一个方法
SEL sel_getUid ( const char *str );
// 比较两个选择器
BOOL sel_isEqual ( SEL lhs, SEL rhs );
-
sel_registerName函数：在我们将一个方法添加到类定义时，我们必须在 Runtime系统中注册一个方法名以获取方法的选择器。
三、方法调用流程
1.流程介绍
在OC中，消息直到运行时才绑定到方法实现上。编译器会将消息表达式[receiver message]转化为一个消息函数的调用，即objc_msgSend。这个函数将消息接收者和方法名作为其基础参数，如以下所示：
//无参
objc_msgSend(receiver, selector)
//有参
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)
这个函数完成了动态绑定的所有事情：
（1）首先它找到selector对应的方法实现。因为同一个方法可能在不同的类中有不同的实现，所以我们需要依赖于接收者的类来找到的确切的实现。
（2）它调用方法实现，并将接收者对象及方法的所有参数传给它。
（3）最后，它将实现返回的值作为它自己的返回值。
当消息发送给一个对象时，objc_msgSend通过对象的isa指针获取到类的结构体，然后在方法分发表里面查找方法的selector。如果没有找到selector，则通过objc_msgSend结构体中的指向父类的指针找到其父类，并在父类的分发表里面查找方法的selector。依次，会一直沿着类的继承体系到达NSObject类。一旦定位到selector，函数会就获取到了实现的入口点，并传入相应的参数来执行方法的具体实现。如果最后没有定位到selector，则会走消息转发流程。
2.隐藏参数
objc_msgSend有两个隐藏参数：消息接收对象和方法的selector。
这两个参数为方法的实现提供了调用者的信息。之所以说是隐藏的，是因为它们在定义方法的源代码中没有声明。它们是在编译期被插入实现代码的。
虽然这些参数没有显示声明，但在代码中仍然可以引用它们。我们可以使用self来引用接收者对象，使用_cmd来引用选择器。
3.获取方法地址
NSObject类提供了methodForSelector:方法，让我们可以获取到方法的指针，然后通过这个指针来调用实现代码。我们需要将methodForSelector:返回的指针转换为合适的函数类型，函数参数和返回值都需要匹配上。
四、消息转发
通常，当我们不能确定一个对象是否能接收某个消息时，会先调用respondsToSelector:来判断一下。如下代码所示：
if ([self respondsToSelector:@selector(method)]) {
[self performSelector:@selector(method)];
}
不使用respondsToSelector:判断的情况下，当一个对象无法接收某一消息时，就会启动所谓--消息转发(message forwarding)机制，通过这一机制，我们可以告诉对象如何处理未知的消息。默认情况下，对象接收到未知的消息，会导致程序崩溃，通过控制台，我们可以看到以下异常信息：
-[SUTRuntimeMethod method]: unrecognized selector sent to instance 0x100111940
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[SUTRuntimeMethod method]: unrecognized selector sent to instance 0x100111940'
消息转发机制基本上分为三个步骤：
- 动态方法解析
- 备用接收者
- 完整转发
1.动态方法解
对象在接收到未知的消息时，首先会调用所属类的类方法+resolveInstanceMethod:(实例方法)或者+resolveClassMethod:(类方法)。在这个方法中，我们有机会为该未知消息新增一个处理方法。不过使用该方法的前提是我们已经实现了该处理方法，只需要在运行时通过class_addMethod函数动态添加到类里面就可以了。如下代码所示：
void functionForMethod1(id self, SEL _cmd) {
NSLog(@"%@, %p", self, _cmd);
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
NSString *selectorString = NSStringFromSelector(sel);
if ([selectorString isEqualToString:@"method1"]) {
class_addMethod(self.class, @selector(method1), (IMP)functionForMethod1, "@:");
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
不过这种方案更多的是为了实现@dynamic属性。
2.备用接收者
如果在上一步无法处理消息，则Runtime会继续调用forwardingTargetForSelector:方法。
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
如果一个对象实现了这个方法，并返回一个非nil的结果，则这个对象会作为消息的新接收者，且消息会被分发到这个对象。当然这个对象不能是self自身，否则就是出现无限循环。当然，如果我们没有指定相应的对象来处理aSelector，则应该调用父类的实现来返回结果。
使用这个方法通常是在对象内部，可能还有一系列其它对象能处理该消息，我们便可借这些对象来处理消息并返回，这样在对象外部看来，还是由该对象亲自处理了这一消息。
@interface DJMethod : NSObject
//声明方法，未实现方法
- (void)method2;
@end
#import "DJMethod.h"
#import "DJMethodHelper.h"
DJMethodHelper *_helper;
@implementation DJMethod
+ (instancetype)object {
return [[self alloc] init];
}
- (instancetype)init {
self = [super init];
if (self != nil) {
_helper = [[DJMethodHelper alloc] init];
}
return self;
}
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
NSLog(@"forwardingTargetForSelector");
NSString *selectorString = NSStringFromSelector(aSelector);
// 将消息转发给_helper来处理
if ([selectorString isEqualToString:@"method2"]) {
return _helper;
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
@end
@interface DJMethodHelper : NSObject
- (void)method2;
@end
#import "DJMethodHelper.h"
@implementation DJMethodHelper
- (void)method2 {
NSLog(@"%@, %p", self, _cmd);
}
@end
调用的时候
DJMethod *method = [[DJMethod alloc]init];
[method method2];
这一步合适于我们只想将消息转发到另一个能处理该消息的对象上。但这一步无法对消息进行处理，如操作消息的参数和返回值。
3.完整消息转发
如果在上一步还不能处理未知消息，则唯一能做的就是启用完整的消息转发机制了。此时会调用以下方法：
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
运行时系统会在这一步给消息接收者最后一次机会将消息转发给其它对象。对象会创建一个表示消息的NSInvocation对象，把与尚未处理的消息 有关的全部细节都封装在anInvocation中，包括selector，目标(target)和参数。
forwardInvocation:方法的实现有两个任务：
（1）定位可以响应封装在anInvocation中的消息的对象。这个对象不需要能处理所有未知消息。
（2）使用anInvocation作为参数，将消息发送到选中的对象。anInvocation将会保留调用结果，运行时系统会提取这一结果并将其发送到消息的原始发送者。
不过，在这个方法中我们可以实现一些更复杂的功能，我们可以对消息的内容进行修改，比如追回一个参数等，然后再去触发消息。另外，若发现某个消息不应由本类处理，则应调用父类的同名方法，以便继承体系中的每个类都有机会处理此调用请求。
还有一个很重要的问题，我们必须重写以下方法：
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
消息转发机制使用从这个方法中获取的信息来创建NSInvocation对象。因此我们必须重写这个方法，为给定的selector提供一个合适的方法签名。
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
NSMethodSignature *signature = [super methodSignatureForSelector:aSelector];
if (!signature) {
if ([DJMethodHelper instancesRespondToSelector:aSelector]) {
signature = [DJMethodHelper instanceMethodSignatureForSelector:aSelector];
}
}
return signature;
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
if ([DJMethodHelper instancesRespondToSelector:anInvocation.selector]) {
[anInvocation invokeWithTarget:_helper];
}
}
NSObject的forwardInvocation:方法实现只是简单调用了doesNotRecognizeSelector:方法，它不会转发任何消息。这样，如果不在以上所述的三个步骤中处理未知消息，则会引发一个异常。
从某种意义上来讲，forwardInvocation:就像一个未知消息的分发中心，将这些未知的消息转发给其它对象。或者也可以像一个运输站一样将所有未知消息都发送给同一个接收对象。这取决于具体的实现。
4.消息转发与多重继承
回过头来看第二和第三步，通过这两个方法我们可以允许一个对象与其它对象建立关系，以处理某些未知消息，而表面上看仍然是该对象在处理消息。通过这种关系，我们可以模拟“多重继承”的某些特性，让对象可以“继承”其它对象的特性来处理一些事情。不过，这两者间有一个重要的区别：多重继承将不同的功能集成到一个对象中，它会让对象变得过大，涉及的东西过多；而消息转发将功能分解到独立的小的对象中，并通过某种方式将这些对象连接起来，并做相应的消息转发。
不过消息转发虽然类似于继承，但NSObject的一些方法还是能区分两者。如respondsToSelector:和isKindOfClass:只能用于继承体系，而不能用于转发链。
