深入理解Objective-C的Runtime机制

摘要：Objective-C是基于C加入了面向对象特性和消息转发机制的动态语言，除编译器之外，还需用Runtime系统来动态创建类和对象，进行消息发送和转发。本文作者通过分析Apple开源的Runtime代码来深入理解OC的Runtime机制。

这时首先会构造出objc_super结构体，这个结构体第一个成员是self，第二个成员是(id)class_getSuperclass(objc_getClass("Son"))，实际上该函数会输出Father。然后在Father类查找class方法，查找不到，最后在NSObject查到。此时，内部使用objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))去调用，与[self class]调用相同，所以结果还是Son。

隐藏参数self和_cmd

当[receiver message]调用方法时，系统会在运行时偷偷地动态传入两个隐藏参数self和_cmd，之所以称它们为隐藏参数，是因为在源代码中没有声明和定义这两个参数。至于对于self的描述，上面已经解释非常清楚了，下面我们重点讲解_cmd。

_cmd表示当前调用方法，其实它就是一个方法选择器SEL。一般用于判断方法名或在Associated Objects中唯一标识键名，后面在Associated Objects会讲到。

方法解析与消息转发

[receiver message]调用方法时，如果在message方法在receiver对象的类继承体系中没有找到方法，那怎么办？一般情况下，程序在运行时就会Crash掉，抛出unrecognized selector sent to…类似这样的异常信息。但在抛出异常之前，还有三次机会按以下顺序让你拯救程序。

Method Resolution
Fast Forwarding
Normal Forwarding



Message Forward from Google

Method Resolution

首先Objective-C在运行时调用+ resolveInstanceMethod:或+ resolveClassMethod:方法，让你添加方法的实现。如果你添加方法并返回YES，那系统在运行时就会重新启动一次消息发送的过程。

举一个简单例子，定义一个类Message，它主要定义一个方法sendMessage，下面就是它的设计与实现：

[cpp] view
plaincopy

@interface Message : NSObject

- (void)sendMessage:(NSString *)word;

@end

[cpp] view
plaincopy

@implementation Message

- (void)sendMessage:(NSString *)word

{

NSLog(@"normal way : send message = %@", word);

}

@end

如果我在viewDidLoad方法中创建Message对象并调用sendMessage方法：

[cpp] view
plaincopy

- (void)viewDidLoad {

[super viewDidLoad];

Message *message = [Message new];

[message sendMessage:@"Sam Lau"];

}

控制台会打印以下信息：

normal way : send message = Sam Lau

但现在我将原来sendMessage方法实现给注释掉，覆盖resolveInstanceMethod方法：

[cpp] view
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#pragma mark - Method Resolution

/// override resolveInstanceMethod or resolveClassMethod for changing sendMessage method implementation

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel

{

if (sel == @selector(sendMessage:)) {

class_addMethod([self class], sel, imp_implementationWithBlock(^(id self, NSString *word) {

NSLog(@"method resolution way : send message = %@", word);

}), "v@*");

}

return YES;

}

控制台就会打印以下信息：

method resolution way : send message = Sam Lau

注意到上面代码有这样一个字符串"v@*，它表示方法的参数和返回值，详情请参考Type
Encodings。

如果resolveInstanceMethod方法返回NO，运行时就跳转到下一步：消息转发(Message Forwarding)。

Fast Forwarding

如果目标对象实现- forwardingTargetForSelector:方法，系统就会在运行时调用这个方法，只要这个方法返回的不是nil或self，也会重启消息发送的过程，把这消息转发给其他对象来处理。否则，就会继续Normal Fowarding。

继续上面Message类的例子，将sendMessage和resolveInstanceMethod方法注释掉，然后添加forwardingTargetForSelector方法的实现：

[cpp] view
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#pragma mark - Fast Forwarding

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

{

if (aSelector == @selector(sendMessage:)) {

return [MessageForwarding new];

}

return nil;

}

此时还缺一个转发消息的类MessageForwarding，这个类的设计与实现如下：

[cpp] view
plaincopy

@interface MessageForwarding : NSObject

- (void)sendMessage:(NSString *)word;

@end

[cpp] view
plaincopy

@implementation MessageForwarding

- (void)sendMessage:(NSString *)word

{

NSLog(@"fast forwarding way : send message = %@", word);

}

@end

此时，控制台会打印以下信息：

fast forwarding way : send message = Sam Lau

这里叫Fast，是因为这一步不会创建NSInvocation对象，但Normal Forwarding会创建它，所以相对于更快点。

Normal Forwarding

如果没有使用Fast Forwarding来消息转发，最后只有使用Normal Forwarding来进行消息转发。它首先调用methodSignatureForSelector:方法来获取函数的参数和返回值，如果返回为nil，程序会Crash掉，并抛出unrecognized selector sent to instance异常信息。如果返回一个函数签名，系统就会创建一个NSInvocation对象并调用-forwardInvocation:方法。

继续前面的例子，将forwardingTargetForSelector方法注释掉，添加methodSignatureForSelector和forwardInvocation方法的实现：

[cpp] view
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#pragma mark - Normal Forwarding

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector

{

NSMethodSignature *methodSignature = [super methodSignatureForSelector:aSelector];

if (!methodSignature) {

methodSignature = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:*"];

}

return methodSignature;

}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation

{

MessageForwarding *messageForwarding = [MessageForwarding new];

if ([messageForwarding respondsToSelector:anInvocation.selector]) {

[anInvocation invokeWithTarget:messageForwarding];

}

}

关于这个例子的示例代码请到Github下载。