前面从objc_msgSend作为入口，逐步深入分析Runtime的数据结构，了解每个数据结构的作用和它们之间关系后，我们正式转入消息发送这个正题。体会苹果官方文档中的 messages aren’t bound to method implementations until Runtime。消息直到运行时才会与方法实现进行绑定。
objc_msgSend函数
在前面已经提过，当某个对象使用语法[receiver message]来调用某个方法时，其实[receiver message]被编译器转化为：
id objc_msgSend ( id self, SEL op, ... );
这里要清楚一点，objc_msgSend 方法看清来好像返回了数据，其实objc_msgSend 从不返回数据，而是你的方法在运行时实现被调用后才会返回数据。下面详细叙述消息发送的步骤(如下图)：现在让我们看一下objc_msgSend它具体是如何发送消息：
- 首先检测这个 selector 是不是要忽略。比如 Mac OS X 开发，有了垃圾回收就不理会 retain，release 这些函数。
- 检测这个 selector 的 target 是不是 nil，Objc 允许我们对一个 nil 对象执行任何方法不会 Crash，因为运行时会被忽略掉。
- 如果上面两步都通过了，那么就开始查找这个类的实现 IMP，先从 cache 里查找，如果找到了就运行对应的函数去执行相应的代码。
- 如果 cache 找不到就找类的方法列表中是否有对应的方法。
- 如果类的方法列表中找不到就到父类的方法列表中查找，一直找到 NSObject 类为止。
- 如果还找不到，就要开始进入动态方法解析了，后面会提到。
在消息的传递中，编译器会根据情况在 objc_msgSend ， objc_msgSend_stret ， objc_msgSendSuper ， objc_msgSendSuper_stret 这四个方法中选择一个调用。如果消息是传递给父类，那么会调用名字带有 Super 的函数，如果消息返回值是数据结构而不是简单值时，会调用名字带有 stret 的函数。
方法中的隐藏参数
疑问：
我们经常用到关键字 self ，但是 self 是如何获取当前方法的对象呢？
其实，这也是 Runtime 系统的作用，self 是在方法运行时被动态传入的。
当 objc_msgSend 找到方法对应实现时，它将直接调用该方法实现，并将消息中所有参数都传递给方法实现，同时，它还将传递两个隐藏参数：
- 接受消息的对象(self 所指向的内容，当前方法的对象指针)
- 方法选择器(_cmd 指向的内容，当前方法的 SEL 指针)
因为在源代码方法的定义中，我们并没有发现这两个参数的声明。它们时在代码被编译时被插入方法实现中的。尽管这些参数没有被明确声明，在源代码中我们仍然可以引用它们。
这两个参数中， self更实用。它是在方法实现中访问消息接收者对象的实例变量的途径。
这时我们可能会想到另一个关键字 super ，实际上super 关键字接收到消息时会转化为objc_msgSendSuper，这个函数定义如下：
id objc_msgSendSuper(struct objc_super *super, SEL op, ...)
objc_msgSendSuper函数第一个参数的数据类型是一个指向objc_super的结构体，这个结构体指明了消息应该被传递给特定的父类,从message.h文件中查看它的定义：
struct objc_super { id receiver; Class class; };
/// Specifies the superclass of an instance.
struct objc_super {
/// Specifies an instance of a class.
__unsafe_unretained id receiver;
/// Specifies the particular superclass of the instance to message.
#if !defined(__cplusplus) && !__OBJC2__
/* For compatibility with old objc-runtime.h header */
__unsafe_unretained Class class;
#else
__unsafe_unretained Class super_class;
#endif
/* super_class is the first class to search */
};
#endif
结构体包含两个成员，第一个是receiver,receiver 仍然是 self 本身，表示某个类的实例。第二个是super_class表示当前类的父类。
比如，当我们想通过 [super class] ---获取某个类对象的方法，获取父类时，编译器其实是将指向 self 的 id 指针和 class 的 SEL 传递给了 objc_msgSendSuper 函数。只有在 NSObject 类中才能找到 class 方法，然后 class 方法底层被转换为 object_getClass()， 接着底层编译器将代码转换为 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))，传入的第一个参数是指向 self 的 id 指针，与调用 [self class] 相同，所以我们得到的永远都是 self 的类型。因此你会发现：
// 这句话并不能获取父类的类型，只能获取当前类的类型名
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
获取方法地址
NSObject 类中有一个实例方法：methodForSelector，你可以用它来获取某个方法选择器对应的 IMP
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
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：
@interface Message : NSObject
- (void)sendMessage:(NSString *)word;
@end
@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：
- (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：
#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：
#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：
@interface MessageForwarding : NSObject
- (void)sendMessage:(NSString *)word;
@end
@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：
#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];
}
}
三种方法的选择
Runtime提供三种方式来将原来的方法实现代替掉，那该怎样选择它们呢？
- Method Resolution：由于Method Resolution不能像消息转发那样可以交给其他对象来处理，所以只适用于在原来的类中代替掉。
- Fast Forwarding：它可以将消息处理转发给其他对象，使用范围更广，不只是限于原来的对象。
- Normal Forwarding：它跟Fast Forwarding一样可以消息转发，但它能通过NSInvocation对象获取更多消息发送的信息，例如：target、selector、arguments和返回值等信息。
Associated Objects
当使用Category对某个类进行扩展时，有时需要存储属性，Category是不支持的，这时需要使用Associated Objects来给已存在的类Category添加自定义的属性。Associated Objects提供三个API来向对象添加、获取和删除关联值：
void objc_setAssociatedObject (id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy )
id objc_getAssociatedObject (id object, const void *key )
void objc_removeAssociatedObjects (id object )
其中objc_AssociationPolicy是个枚举类型，它可以指定Objc内存管理的引用计数机制。
typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0, /**< Specifies a weak reference to the associated object. */
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object.
* The association is not made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3, /**< Specifies that the associated object is copied.
* The association is not made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401, /**< Specifies a strong reference to the associated object.
* The association is made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403 /**< Specifies that the associated object is copied.
* The association is made atomically. */
};
下面有个关于NSObject+AssociatedObject Category添加属性associatedObject的示例代码：
@interface NSObject (AssociatedObject)
@property (strong, nonatomic) id associatedObject;
@end
@implementation NSObject (AssociatedObject)
- (void)setAssociatedObject:(id)associatedObject
{
objc_setAssociatedObject(self, @selector(associatedObject), associatedObject, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (id)associatedObject
{
return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}
@end
Associated Objects的key要求是唯一并且是常量，而SEL是满足这个要求的，所以上面的采用隐藏参数_cmd作为key
Method Swizzling
Method Swizzling就是在运行时将一个方法的实现代替为另一个方法的实现。如果能够利用好这个技巧，可以写出简洁、有效且维护性更好的代码。可以参考两篇关于Method Swizzling技巧的文章：
危险性
Method Swizzling就像一把瑞士小刀，如果使用得当，它会有效地解决问题。但使用不当，将带来很多麻烦。在stackoverflow上有人已经提出这样一个问题：What are the Dangers of Method Swizzling in Objective C?，它的危险性主要体现以下几个方面：
- Method swizzling is not atomic(方法交换不是原子性的)
- Changes behavior of un-owned code（导致他人代码改变）
- Possible naming conflicts (可能命名冲突)
- Swizzling changes the method's arguments（方法交换改变方法的参数）
- The order of swizzles matters （交换的顺序很重要）
- Difficult to understand (looks recursive) （可读性不强，看起来像递归一样）
- Difficult to debug （不方便调试）
