Objective-C Runtime实战应用(二)

这是OC运行时实战应用系列的第二篇，你可以在这里找到实战应用1,这一片主要从消息发送，消息转发，消息交换的角度讲解相关应用。

Objective-C 是一门动态语言，它的动态性体现在它将很多编译和链接时做的事推延到运行时处理，而这一机制主要依赖系统提供的 runtime 库。利用 runtime 库，我们能在运行时做很多事，例如 objc_setAssociatedObject 动态绑定属性、method swizzling、class_copyIvarList 动态获取属性实现 ORM（Object Relational Mapping）、消息转发等，本文先解析消息转发机制。

几个概念

Class

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

作为面向对象编程语言的最重要的数据结构--类（Class），其实是一个C语言的结构体，这个结构体里面封装了描绘这个类所有信息。
//参数说明：
Class _Nonnull isa              一个指向类的结构体的指针，在objc中，根据对象的定义，凡是首地址是*isa的结构体指针，都可以认为是对象(id)，所以类本身也是对象，它的isa指针指向它的源类，源类的isa指向根类，根类的isa指向本身。
Class _Nullable super_class         这也是一个指向类的结构体的指针，不过它指向这个类的父类，通过这个字段类之间形成了继承关系
const char * _Nonnull name          类名
long version                    类的版本信息，默认为0
long info                   供运行期使用的一些位标识
long instance_size              该类的实例变量大小
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars     成员变量的数组的指针
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists     方法定义的数组的二级指针
struct objc_cache * _Nonnull cache      指向最近使用的方法.用于方法调用的优化.
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols 指向协议的数组的指针

总之这个结构体里面包含了面向对象程序的几大要素，对象与类的关系，继承体系，成员变量，成员方法，接口，以及用于函数调用缓存的cache。

2.Object

OC的对象其实也是包含一个isa指针的结构体

struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

3.SEL

可以理解为将方法名，参数列表，返回值进行hash化了的，在一个类里唯一存在的字符串键值，用来唯一标识一个函数

typedef struct objc_selector *SEL;

4.IMP

函数指针，可以用来调取函数体

typedef id _Nullable (*IMP)(id _Nonnull, SEL _Nonnull, ...);

5.Other

以下都是对一个结构体类型的封装，用在runtime库里的数据类型,我们在调用运行时API的时候会用到

typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;
typedef struct objc_method *Method;
typedef struct objc_ivar *Ivar;
typedef struct objc_category *Category;
typedef struct objc_property *objc_property_t;
typedef struct objc_object Protocol;
typedef struct objc_cache *Cache
typedef struct objc_module *Module

消息派发

[receiver message];
这是OC调用方法的写法,向receiver发送message消息。

clang -rewrite-objc MyClass.m
用 clang 的命令将 OC 的语法装换成 C 的语法，是这样的：

((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)receiver, sel_registerName("message"));
简化之后变成了下面的 C 语言的调用:

objc_msgSend(receiver, @selector(message));
所以说，objc发送消息，最终大都会转换为objc_msgSend的方法调用。

所以OC方法的调用过程大致是这样的：首先在Class中的缓存查找imp（没缓存则初始化缓存），如果没找到，则向父类的Class查找。如果一直查找到根类仍旧没有实现，则用_objc_msgForward函数指针代替imp。最后，执行这个imp。

消息转发

当向一个对象发送一条消息，但它并没有实现的时候，_objc_msgForward会尝试做消息转发。

1.在本类中找其他方法

调用resolveInstanceMethod:方法，允许用户在此时为该Class动态添加实现。如果有实现了，则调用并返回。如果仍没实现，继续下面的动作。

Test *t = [[Test alloc] init];
[t performSelector:@selector(xxx)];

void additionalMethod_01(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@"%@, %p", self, _cmd);
}

//动态添加方法
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    NSString *selectorString = NSStringFromSelector(sel);
    if ([selectorString isEqualToString:@"xxx"]) {
        class_addMethod(self.class, @selector(xxx), (IMP)additionalMethod_01, "@:");
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);//动态添加实例方法

(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);//动态添加类方法

2.尝试找到一个能响应该消息的对象

调用forwardingTargetForSelector:方法，尝试找到一个能响应该消息的对象。如果获取到，则直接转发给它。如果返回了nil，继续下面的动作。

@interface MethodHelper : NSObject
- (void)xxx;
@end

#import "MethodHelper.h"
@implementation MethodHelper
- (void)xxx {
    NSLog(@"%s",__func__);
}
@end

@interface Test : NSObject
@property (strong, nonatomic) MethodHelper *helper;
@end

@implementation Test
- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self != nil) {
        _helper = [[MethodHelper alloc] init];
    }
    return self;
}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    NSLog(@"%s",__func__);
    
    if ([NSStringFromSelector(aSelector) isEqualToString:@"xxx"]) {
        return _helper;
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
@end

Test *t = [[Test alloc] init];
[t performSelector:@selector(xxx)];

这样就把消息转发给另一个能处理这个消息的对象。

3.调用methodSignatureForSelector:方法，尝试获得一个方法签名。如果获取不到，则直接调用doesNotRecognizeSelector抛出异常。

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    NSMethodSignature *signature = [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    if (!signature) {
        if ([MethodHelper instancesRespondToSelector:aSelector]) {
            signature = [MethodHelper instanceMethodSignatureForSelector:aSelector];
        }
    }
    return signature;
}

4.调用forwardInvocation:方法，将地3步获取到的方法签名包装成Invocation传入，如何处理就在这里面了

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    if ([MethodHelper instanceMethodSignatureForSelector:anInvocation.selector]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:_helper];
    }
}

上面这4个方法均是模板方法，开发者可以override，由runtime来调用。最常见的实现消息转发，就是重写方法3和4，吞掉一个消息或者代理给其他对象都是没问题的。

NSObject的forwardInvocation:方法实现只是简单调用了doesNotRecognizeSelector:方法，它不会转发任何消息。这样，如果不在以上所述的三个步骤中处理未知消息，则会引发一个异常。

最后上一张图表示消息的派发和转发:

Objective-C Runtime实战应用(二)