[receiver message];
objective-c的这种有趣的语法被苹果称为“发消息”。与其他面向对象语言(C++/Java)的“方法调用”不同，objc的消息机制是由运行时实现、非常灵活动态。这篇文章简单记录一下objc运行时对于消息发送和转发的实现。
1.编译器的转换
[receiver message];
这一句的含义是：向receiver发送名为message的消息。
clang -rewrite-objc MyClass.m
执行上面的命令，将这一句重写为C代码，是这样的：
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)receiver, sel_registerName("message"));
去掉那些强制转换，最终[receiver message]会由编译器转化为以下的纯C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。
苹果在文档里是这么写的：
id objc_msgSend(id self, SEL _cmd, ...)
将一个消息发送给一个对象，并且返回一个值。
其中，self是消息的接受者，_cmd是selector， ...是可变参数列表。
当向一般对象发送消息时，调用objc_msgSend；当向super发送消息时，调用的是objc_msgSendSuper； 如果返回值是一个结构体，则会调用objc_msgSend_stret或objc_msgSendSuper_stret。
2.运行时定义的数据结构
为了了解objc_msgSend方法做了什么，这里需要查看一下objc runtime的源码。
首先 runtime定义了如下的数据类型：
typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;
struct objc_object {
Class isa;
};
struct objc_class {
Class isa;
}
/// 不透明结构体, selector
typedef struct objc_selector *SEL;
/// 函数指针, 用于表示对象方法的实现
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);
id指代objc中的对象，每个对象的在内存的结构并不是确定的，但其首地址指向的肯定是isa。通过isa指针，运行时就能获取到objc_class。
objc_class表示对象的Class，它的结构是确定的，由编译器生成。
SEL表示选择器，这是一个不透明结构体。但是实际上，通常可以把它理解为一个字符串。例如printf("%s",@selector(isEqual:))会打印出"isEqual:"。运行时维护着一张SEL的表，将相同字符串的方法名映射到唯一一个SEL。 通过sel_registerName(char *name)方法，可以查找到这张表中方法名对应的SEL。苹果提供了一个语法糖@selector用来方便地调用该函数。
IMP是一个函数指针。objc中的方法最终会被转换成纯C的函数，IMP就是为了表示这些函数的地址。
了解了这些基础的类型定义后，clang翻译的代码就能看懂了：
///objc代码
@implementation NyanCat
+ (void)nyan {
printf("%p %p",self, _cmd);
}
- (int) setObject:(id)obj forKey:(id)key {
printf("%p %p %p %p",self, _cmd, obj, key);
return 0;
}
@end
///c翻译的版本
static void _C_NyanCat_nyan(Class self, SEL _cmd) {
printf("%p %p",self, _cmd);
}
static int _I_NyanCat_setObject_forKey_(NyanCat * self, SEL _cmd, id obj, id key) {
printf("%p %p %p %p",self, _cmd, obj, key);
return 0;
}
这里就可以看出来了，实际上消息发送，最终会转换成调用C函数。obj_msgSend的实际动作就是：找到这个函数指针，然后调用它。
3.obj_msgSend的动作
为了加快速度，苹果对这个方法做了很多优化，这个方法是用汇编实现的。我汇编渣渣。。所以这里稍微整理一下，用伪代码表示：
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...) {
if (!self) return nil;
IMP imp = class_getMethodImplementation(self->isa, SEL op);
imp(self, op, ...); //调用这个函数，伪代码...
}
//查找IMP
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel) {
if (!cls || !sel) return nil;
IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel);
if (!imp) return _objc_msgForward; //这个是用于消息转发的
return imp;
}
IMP lookUpImpOrNil(Class cls, SEL sel) {
if (!cls->initialize()) {
_class_initialize(cls);
}
Class curClass = cls;
IMP imp = nil;
do { //先查缓存,缓存没有时重建,仍旧没有则向父类查询
if (!curClass) break;
if (!curClass->cache) fill_cache(cls, curClass);
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (imp) break;
} while (curClass = curClass->superclass);
return imp;
}
objc_msgSend的动作比较清晰：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。
_objc_msgForward是用于消息转发的。这个函数的实现并没有在objc-runtime的开源代码里面，而是在Foundation框架里面实现的。加上断点启动程序后，会发现__CFInitialize这个方法会调用objc_setForwardHandler函数来注册一个实现。
4.消息转发
上面可以知道，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。为了展示消息转发的具体动作，这里尝试向一个对象发送一条错误的消息，并查看一下_objc_msgForward是如何进行转发的。
首先开启调试模式、打印出所有运行时发送的消息：
可以在代码里执行下面的方法：
(void)instrumentObjcMessageSends(YES);
或者暂停程序运行，并在gdb中输入下面的命令：
call (void)instrumentObjcMessageSends(YES)
之后，运行时发送的所有消息都会打印到/tmp/msgSend-xxxx文件里了。
这里执行以下语句，向一个对象发送一条错误的消息：
Test *test = [Test new];
[test performSelector(@selector(xxx))];
打印出来：
+ Test NSObject initialize
+ Test NSObject new
+ Test NSObject alloc
+ Test NSObject allocWithZone:
- Test NSObject init
- Test NSObject performSelector:
+ Test NSObject resolveInstanceMethod:
- Test NSObject forwardingTargetForSelector:
- Test NSObject methodSignatureForSelector:
- Test NSObject class
- Test NSObject doesNotRecognizeSelector:
结合NSObject文档可以知道，_objc_msgForward消息转发做了如下几件事：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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。
5.其他注意事项
由上面介绍可以知道，一个objc程序启动后，需要进行类的初始化、调用方法时的cache初始化，所以会有一段"热身"的时间。之后，再发送消息的时候就直接走缓存了，所以消息发送的效率非常高，且没有牺牲动态特性。
如果希望避免方法查找带来的那一丁点开销，可以用methodForSelector 手动获得IMP来直接调用。用 methodForSelector 获取IMP时，会尝试forward机制， 所以在没有对应方法时，返回的是 _objc_msgForward ，不会返回NULL。
用 respondsToSelector 判断对象是否能响应消息时, 会避开forward机制 ，但是该方法会尝试一次resolveInstanceMethod。
PS: stackoverflow上有两个不错的文章：1 2
本文转自Objective-C 中的消息与消息转发。
