【iOS面试#3】方法与消息的简单分析

1. 消息的本质

调用objc_msgSend，第一个参数是消息接收者，第二个是方法编号

objc_msgSend(id _Nullable self, SEL _Nonnull op, ...)

objc_msgSend(person,sel_registerName("NB"));

2. 方法查找

1）. 开始查找

• ① 开始objc_msgSend

• ② 判断消息接收者是否为空，为空直接返回

• ③ 判断tagged_pointers（之后会讲到）

• ④ 取得对象中的isa

• ⑤ 根据isa进行mask地址偏移得到对应的上级对象（类、元类）

• ⑥ 开始在缓存中查找imp——开始了快速流程

2）. 快速查找流程

objc_class结构

struct objc_class : objc_object {

    // Class ISA; //8            //继承了一个ISA
    
    Class superclass; //8

    cache_t cache;//16           // formerly cache pointer and vtable

    class_data_bits_t bits;// 存放数据    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
    
    class_rw_t *data() const { //获取数据的方法
        return bits.data();
    }
}

cache_t结构

struct cache_t {

private:
    //显示原子性，保证增删改查线程安全
    explicit_atomic<uintptr_t> _bucketsAndMaybeMask; //8
    union {
        struct {
            explicit_atomic<mask_t>    _maybeMask; //4
#if __LP64__
            uint16_t                   _flags;     //2
#endif
            uint16_t                   _occupied;  //2
        };
        explicit_atomic<preopt_cache_t *> _originalPreoptCache;
    };
}

• ① 通过receiver消息接收者首地址平移16字节(isa 8字节 + superClass 8字节)获得cache

• ②从cache中分别取出buckets和mask，并由mask根据哈希算法计算出哈希下标

  • 通过cache和掩码（即0x0000ffffffffffff）的 & 运算，将高16位mask抹零，得到buckets指针地址
  • 将cache右移48位，得到mask
  • 将objc_msgSend的第二个参数_cmd & msak，通过哈希算法，得到需要查找存储sel-imp的bucket下标index = _cmd & mask，存储sel-imp时，也是通过同样哈希算法计算哈希下标进行存储，所以读取也需要通过同样的方式读取,如下所示

• ③ 根据所得的哈希下标index 乘以 单个bucket占用的内存16字节（sel占8字节，imp占8字节）得到偏移地址， 和通过buckets首地址加偏移地址，取出哈希下标index对应的bucket，通过获得的bucket取出sel和imp
• ④ 循环比对 ③ 中得到的 sel与 objc_msgSend的第二个参数的_cmd是否相等，相等则缓存命中，返回imp，不等，则匹对 buckets的其他bucket，仍然没找到，则跳转至__objc_msgSend_uncached，进入 ==> 3）. 慢速查找流程。

3）. 慢速查找流程

在2）. 快速查找流程 中进行查找没有找到，进行下面步骤：

• ① 判断cls

  • 是否是已知类，如果不是，则报错
  • 类是否实现，如果没有，则需要先实现，确定其父类链，此时实例化的目的是为了确定父类链、ro、以及rw等，方便后续数据的读取以及查找的循环
  • 是否初始化，如果没有，则初始化

• ② 循环查找，按照类继承链 或者 元类继承链的顺序查找

  • 当前cls的方法列表中使用二分查找算法查找方法，如果找到，则进入cache写入流程，并返回imp，如果没有找到，则返回nil

  • 当前cls被赋值为父类，如果父类等于nil，则imp = 消息转发，并终止递归，进入③

  • 如果父类链中存在循环，则报错，终止循环

  • 父类缓存中查找方法

    • 如果未找到，则直接返回nil，继续循环查找
    • 如果找到，则直接返回imp，执行cache写入流程

• ③ 判断是否执行过动态方法解析

  • 如果没有，执行动态方法解析
  • 如果执行过一次动态方法解析，则走到消息转发流程

总结

• 对于对象方法（即实例方法），即在类中查找，其慢速查找的父类链是：类--父类--根类--nil
• 对于类方法，即在元类中查找，其慢速查找的父类链是：元类--根元类--根类--nil
• 如果快速查找、慢速查找也没有找到方法实现，则尝试动态方法决议
• 如果动态方法决议仍然没有找到，则进行消息转发

4）. 动态方法解析

resolveClassMethod

// 未实现的方法为A
// 替换实现的方法为B
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector("未实现A")) {
        // 获取已实现的方法B的IMP
        IMP imp = class_getMethodImplementation(self, @selector("已实现B"));
        // 获取实例
        Method m = class_getInstanceMethod(self, @selector("已实现B"));
        // 获取方法签名
        const char *type = method_getTypeEncoding(m);
        // 返回实现
        return class_addMethod(self, sel, imp, type);
    }
    // 未处理
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

- (void)B {
    // B的实现
}

resolveClassMethod

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel{

    if (sel == @selector("未实现A")) {
        IMP imp = class_getMethodImplementation(objc_getMetaClass("类名"), @selector("已实现B"));
        Method m  = class_getInstanceMethod(objc_getMetaClass("类名"), @selector("已实现B"));
        const char *type = method_getTypeEncoding(m);
        return class_addMethod(objc_getMetaClass("类名"), sel, imp, type);
    }

    // 未处理
    return [super resolveClassMethod:sel];
}

+ (void)B {
    // B的实现
}

5）. 消息转发

a）. 快速转发

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == "未实现的方法") {
        return ["能解决问题的类" alloc]; //比如上传bug
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

b）. 慢速转发

慢速转发流程就是先methodSignatureForSelector提供一个方法签名，然后forwardInvocation通过对NSInvocation来实现消息的转发

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"]
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    anInvocation.target = ["解决问题的类" alloc];
    [anInvocation invoke];
}

总结：