「iOS」————消息传递和消息转发

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消息传递和消息转发

• SEL就像是方法的 “名字”，是一个字符串，用于在运行时查找方法。
• IMP是方法的具体实现，是一个函数指针。
• _cmd是方法内部的一个参数，代表当前正在执行的方法选择器。

选择子SEL

选择子（Selector）是用于表示方法名的数据类型。它是一个在运行时由编译器生成的唯一的标识符，用于在对象中查找并调用相应的方法。

OC在编译时会根据方法的名字（包括参数序列），生成一个用来区分这个方法的唯一的一个ID，这个ID就是SEL类型的。我们需要注意的是，只要方法的名字（包括参数序列）相同，那么他们的ID就是相同的。所以不管是父类还是子类，名字相同那么ID就是一样的

IMP

IMP是一个函数指针，它指向方法的实际实现。当运行时系统找到了与选择器相匹配的方法时，它会获取该方法的IMP，然后调用这个函数指针来执行方法的代码。

IMP通常被声明为id返回类型和接受id类型的self和SEL类型的_cmd参数的函数指针。

一般通过SEL来查找方法的IMP

快速查找是针对缓存，慢速查找是查找本类的方法列表和继承链的缓存和方法列表

简短总结：

• 【快速查找流程】首先，在类的缓存cache中查找指定方法的实现
• 【慢速查找流程】如果缓存中没有找到，则在类的方法列表中查找，如果还是没找到，则去父类链的缓存和方法列表中查找
• 【动态方法决议】如果慢速查找还是没有找到时，第一次补救机会就是尝试一次动态方法决议，即重写resolveInstanceMethod/resolveClassMethod 方法
• 【消息转发】如果动态方法决议还是没有找到，则进行消息转发，消息转发中有两次补救机会：快速转发+慢速转发
• 如果转发之后也没有，则程序直接报错崩溃unrecognized selector sent to instance

消息传递的流程

• 首先，RunTime通过obj的isa指针找到其所属的class
• 接着在这个类的缓存中查找与选择器匹配的方法实现。（即快速查找）
• 如果缓存中没找到，那就在这个类的方法列表中查找与SEL匹配的IMP。
• 如果当前类没找到，Runtime会沿着类的继承链往他的superclass中查找，先查找缓存，在查找方法列表，直到根类。
• 一旦找到这个函数，就会执行他的IMP
• 如果知道根类都没有找到，则会进行消息转发流程。

消息发送（Messaging）是 Runtime 通过 selector 快速查找 IMP 的过程，有了函数指针就可以执行对应的方法实现；消息转发（Message Forwarding）是在查找 IMP 失败后执行一系列转发流程的慢速通道，如果不作转发处理，则会打日志和抛出异常。

快速查找是针对缓存，慢速查找是查找本类的方法列表和继承链的缓存和方法列表

消息传递

快速查找：

1. 首先判断 receiver 是否为 nil 或 tagged pointer，若是则直接返回。
2. 通过 receiver 的 isa 指针获取类对象，再通过类对象结构体偏移找到 cache_t 结构。
3. cache_t 结构中包含 buckets（方法缓存表）和 mask（哈希掩码）。
4. 用 cmd 的哈希值与 mask 做与运算，得到索引 index，定位到 buckets[index]。
5. 检查 bucket 中的 sel 是否等于 cmd，若相等则命中（hit），返回 imp。
6. 若不等，则采用线性探测法（index++，循环查找），直到找到空 bucket 或回到起始位置。
7. 若遍历一圈未找到，则进入 jumpmiss，走慢速查找流程。

慢速查找：进入 _lookUpImpOrForward 函数

1. 若 cache 未命中，则进入 lookUpImpOrForward。
2. 检查 cls 是否为有效类对象，否则报错。
3. 若类未初始化，则先初始化。
4. 遍历当前类的方法列表查找 cmd，若找到则返回 imp，并写入 cache。
5. 若未找到，则递归查找父类，直到父类为 nil。
6. 若最终未找到 imp，则尝试动态方法解析（resolveInstanceMethod）。
7. 若解析失败，则进入消息转发流程（objc_msgForward）。
8. 查找过程中每次命中 imp 都会写入 cache 以优化下次查找。

动态决议 resolveMethod_locked：

慢速查找没找到IMP时，进入方法动态解析。

• 首先判断进行解析的是否是元类

• 如果不是元类，则调用_class_resolveInstanceMethod进行实例方法动态解析

• 如果是元类，则调用用_class_resolveClassMethod进进行类方法动态解析如过没有找到，则在调用_class_resolveInstanceMethod找实例方法，因为类是元类的实例。

• 当完成类方法动态解析后，再次查询cls中的imp，如果没有找到，则进行一次对象方法动态解析

• 最后执行 lookUpImpOrForwardTryCache函数

resolveInstanceMethod和resolveClassMethod也称为方法的动态决议。

resolveInstanceMethod方法

• 针对实例方法调用，在快速-慢速查找均没有找到实例方法的实现时，我们有一次挽救的机会，即尝试一次动态方法决议，由于是实例方法，所以会走到resolveInstanceMethod方法
• 在发送resolveInstanceMethod消息前，需要查找cls类中是否有该方法的实现，即通过lookUpImpOrNil方法又会进入lookUpImpOrForward慢速查找流程查找resolveInstanceMethod方法
  • 如果没有，则直接返回
  • 如果有，则发送resolveInstanceMethod消息
• 再次慢速查找实例方法的实现，即通过lookUpImpOrNil方法又会进入lookUpImpOrForward慢速查找流程查找实例方法

注意：此处进入慢速查找中，是查找实例方法动态解析是否实现。

之后调用lookUpImpOrNilTryCache方法，重新返回到方法查找的流程当中去;

lookUpImpOrNilTryCache方法

在resolveInstanceMethod和resolveClassMethod中都会调用的lookUpImpOrNilTryCache方法

extern IMP lookUpImpOrNilTryCache(id obj, SEL, Class cls, int behavior = 0);IMP lookUpImpOrNilTryCache(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{//**这里behavior没传，所以是默认值0**//**behavior | LOOKUP_NIL = 0 | 4 = 4**return _lookUpImpTryCache(inst, sel, cls, behavior | LOOKUP_NIL);
}

给参数behavior拼接上LOOKUP_NIL然后调用_lookUpImpTryCache方法

lookUpImpTryCache方法

ALWAYS_INLINE
static IMP _lookUpImpTryCache(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{runtimeLock.assertUnlocked();//**判断类是否初始化**if (slowpath(!cls->isInitialized())) {//**没有初始化直接调用lookUpImpOrForward**//**里面针对没初始化的类，有相关处理**return lookUpImpOrForward(inst, sel, cls, behavior);}//**去缓存中，查找sel是否有对应的imp**IMP imp = cache_getImp(cls, sel);//**找到了则跳去done**if (imp != NULL) goto done;//**没找到继续往下走，去共享缓存中查找**
#if CONFIG_USE_PREOPT_CACHESif (fastpath(cls->cache.isConstantOptimizedCache(/* strict */true))) {imp = cache_getImp(cls->cache.preoptFallbackClass(), sel);}
#endif//**没找到对应的imp，调用lookUpImpOrForward方法查找，behavior = 4**//** 4 & 2 = 0 ,所以这次方法查找不会再次进行动态方法决议**//**将_objc_msgForward_impcache缓存起来，方便下次直接返回**if (slowpath(imp == NULL)) {return lookUpImpOrForward(inst, sel, cls, behavior);}done://**命中缓存中，并且sel对应的imp为_objc_msgForward_impcache**//**说明动态方法决议已经执行过，且没有添加imp，则直接返回空**if ((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == (IMP)_objc_msgForward_impcache) {return nil;}//**说明动态方法决议中添加了对应的imp**return imp;
}

• 首先判断类是否初始化，如果没有初始化则直接调用lookUpImpOrForward，里面有针对没初始化的类进行相应的处理;

• 然后去缓存中进行方法的快速查找，找到了就去done

• 缓存中没找到，如果支持共享缓存，则去共享缓存中查找

• 都没有查找到，则通过慢速方法查找去查找方法，由于behavior 的值发生改变，这次慢速查找不会再次调用动态方法决议

• 在done流程中，如果已经执行过动态方法决议且并没有添加imp，则缓存中的sel对应imp为_objc_msgForward_impcache，这时直接返回nil。否则返回添加的imp实现。

以上则是这个歌动态决议阶段，如果都没找到实现，则进入消息转发流程：

消息转发

消息转发的方法有三个：

• 【快速转发】forwardingTargetForSelector
• 【慢速转发】
  • methodSignatureForSelector
  • forwardInvocation

方法签名

方法签名本质上是一个 NSMethodSignature 对象，它封装了以下信息：

• 返回值类型：例如 int、NSString*、void 等
• 参数数量
• 每个参数的类型
• 方法调用的调用约定（Calling Convention）

在底层，这些类型信息通常使用 Type Encodings 来表示，这是一种将类型信息编码为字符串的方式。例如：

• i 表示 int
• @ 表示 id
• : 表示 SEL
• v 表示 void