iOS开发进阶：方法查找与消息转发
Objective-C的方法的调用都是一个消息转发的过程，objc_msgSend(receiver, selector, ...),第一个参数表示消息的接收者，第二个参数表示消息的名称，即方法。
方法的调用，中间经历了消息的快速查找、慢速查找、消息转发三个过程。
1.方法快速查找
消息的快速查找在底层通过汇编语言实现，会在cache中依据继承关系链来查找。
isa走位图
如果是实例方法instanceMethod,则会类的继承链上进行查找，由subclass->superclass->rootclass中查找。如果是类方法classMethod，则会在元类的继承链上查找，由subclass-meta->superclass-meta->rootclass-meta->rootclass中查找。
如果快速查找没有命中缓存，则会进入慢速查找函数lookUpImpOrForward。
2.方法慢速查找
方法的慢速查找入口在lookUpImpOrForward,看一下核心代码：
NEVER_INLINE IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior){
IMP imp = nil;
Class curClass = cls;
...
for (;;) {
/*从当前类中查找符合条件的method，如果找到了，则进入done*/
Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
if (meth) { imp = meth->imp(false); goto done;}
/*没有找到的话，则会向上查找superclass。没有superclass的话话，则会进入_objc_msgForward_impcache*/
if (slowpath((curClass = curClass->getSuperclass()) == nil)) { imp = forward_imp; break; }
/*优先查找cache，找到则进入done流程，否则继续慢速查找父类的*/
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (slowpath(imp == forward_imp)) { break; }
if (fastpath(imp)) { goto done; }
}
/*仍然没有找到:进入动态决议流程*/
if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;
return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
}
done:
...
done_unlock:
...
return imp;
}
消息转发，即动态决议流程，判断是类方法还是实例方法，来做不同的操作
static NEVER_INLINE IMP resolveMethod_locked(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior){
...
if (! cls->isMetaClass()) {
/*如果是类，则执行resolveInstanceMethod*/
resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
}
else {
/*如果是元类，则执行resolveClassMethod*/
resolveClassMethod(inst, sel, cls);
if (!lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls)) {
resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
}
}
return lookUpImpOrForwardTryCache(inst, sel, cls, behavior);
}
如若是实例方法则执行+resolveInstanceMethod,如果是类方法则执行+resolveClassMethod方法。
static void resolveClassMethod(id inst, SEL sel, Class cls){
/*如果没有实现+ resolveClassMethod方法则return,因为在NSObject中实现了该方法，所以不存在找不到的情况？？*/
if (!lookUpImpOrNilTryCache(inst, @selector(resolveClassMethod:), cls)) {
return;
}
...
BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
bool resolved = msg(nonmeta, @selector(resolveClassMethod:), sel);
//从缓存中查找一遍
IMP imp = lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls);
}
static void resolveInstanceMethod(id inst, SEL sel, Class cls){
/*如果没有实现+ resolveInstanceMethod方法则return,因为在NSObject中实现了该方法，所以不存在找不到的情况？？*/
if (!lookUpImpOrNilTryCache(cls, @selector(resolveInstanceMethod:), cls->ISA(/*authenticated*/true))) {
return;
}
...
BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
bool resolved = msg(cls, @selector(resolveInstanceMethod:), sel);
//从缓存中查找一遍
IMP imp = lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls);
}
2.1 代码调用未实现的方法
知道系统处理异常的流程后我们就写代码试试,首先在NXPerson的@interface中申明1个方法,并不实现该方法:
//定义一个NXPerson class
@interface NXPerson : NSObject
- (void)instanceMethod;
@end
@implementation NXPerson
@end
//调用未实现的方法
NXPerson *p = [NXPerson alloc];
[p instanceMethod];
错误打印：
调用未实现的实例方法.png
调用一个没有实现的方法，最终crash掉，且抛出错误
-[NXPerson instanceMethod]: unrecognized selector sent to instance 0x1011044c0。
2.2 通过 resolveInstanceMethod来添加实现
按照源码中的提供的思路来实现resolveInstanceMethod方法，我们发现该方法在crash和抛出异常之前被调用了2次，尽管我们只在该方法中调用父类的方法。官方提供该方法的目的在于我们可以在这种情况下，为一个没有实现的方法动态添加方法的实现。
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
NSLog(@"%s",__func__);
if(sel == NSSelectorFromString(@"instanceMethod")){
//将instanceMethod的实现替换为run方法的实现
SEL __sel = NSSelectorFromString(@"run");
IMP imp = class_getMethodImplementation(self, __sel);
const char *type = method_getTypeEncoding(class_getInstanceMethod(self, __sel));
return class_addMethod(self, sel, imp, type);
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
通过如上代码，我们将instanceMethod这个sel添加了一个实现imp,再调用[p instanceMethod]时，系统就会执行run方法，符合预期，结果如下：
resolveInstanceMethod添加实现.png
这种方式我们需要保证我们添加的实现是确实存在的。
2.3 通过forwardingTargetForSelector:指定消息接收者
消息动态决议中还会有第二种补救措施，实现-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)sel方法，返回能够消化该sel的实例即可。
@interface NXTarget : NSObject
- (void)instanceMethod;
@end
@implementation NXTarget
- (void)instanceMethod{
NSLog(@"%s",__func__);
}
@end
测试如下方法，需要将
resolveInstanceMethod方法屏蔽掉。
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
NSLog(@"%s",__func__);
if(aSelector == NSSelectorFromString(@"instanceMethod")) {
//需要保证NXTarget中有同名的instanceMethod方法
return [[NXTarget alloc] init];
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
通过上面的代码，我们将名为instanceMethod的方法指定了一个新的接收者，这里需要注意在新的实例中需要有instanceMethod实例方法，那么指定为自己、当前类的实例、返回nil，或者指定的实例中不包含该方法仍然是无效的，会继续触发异常。
forwardingTargetForSelector指定消息接收者.png
2.4通过forwardInvocation:转发消息
其中methodSignatureForSelector和forwardInvocation必须要成堆出现，否则无效。
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
NSLog(@"%s",__func__);
if(aSelector == NSSelectorFromString(@"instanceMethod")){
//返回instanceMethod的签名
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
NSLog(@"%s",__func__);
if(anInvocation.selector == NSSelectorFromString(@"instanceMethod")){
//对instanceMethod进行处理，在这里可以指定消息的接收者`anInvocation.target`，或者指定消息`anInvocation.selector`，通常只需要更改其中之一即可。
//anInvocation.target = [[NXTarget alloc] init];
anInvocation.selector = NSSelectorFromString(@"run");
//执行方法
[anInvocation invoke];
return;
}
[super forwardInvocation:anInvocation];
}
重写- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation方法，我们可以指定新的消息接收者和消息体，最后调用[anInvocation invoke]方法将会触发新的消息发送流程。如果我们只提供了该方法的空实现，那么原有的方法将得不到执行，也不会抛出异常了。
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
NSLog(@"%s",__func__);
}
综上所述，在消息查找不到的情况下，有3次亡羊补牢的机会，通过流程图表述如下：
消息转发流程.png
3.类方法查找流程
类方法的查找流程在这里不做赘述，与实例方法的查找流程大同效益
1.可以在
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel中添加方法，将方法添加到元类
2.可以在+ (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector中返回类对象。
3.可以在+ (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector中返回方法的签名，实现+ (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation方法。
