runtime消息分发-OC方法调用原理

概述
你一定听说过“运行时是 Objective-C 的一个特色”,也经常在写方法调用。但你知道方法调用具体是个什么过程不?秉承知其所以然的优良传统,我们就花点时间来扒一扒runtime和方法调用的原理。

runtime赋予OC的动态特性
Object-C因为有了强大的runtime而成为一门动态语言,其动态性体现在:动态绑定,动态加载,动态类型。

a. 动态绑定:静态语言的函数调用是在编译过程中就已经明确指定了。而动态语言,编译过程没有确定方法的调用顺序,是在运行时通过“消息机制”动态决定的。这个时候就牵扯到动态绑定了。OC语言中,只需记住关键词(@selector/SEL)即可。通过SEL变量绑定一个方法,SEL存储的是方法的内存地址,调用方法的时候直接查询这个地址。

b. 动态类型:简单说就是id类型。编译的时候不去识别,在运行时才决定是什么类型。

c. 动态加载:简单理解就是,在程序运行时,根据设备屏幕不同,动态去选择加载2X还是3X图片资源。动态加载应该不仅仅指动态加载图片资源,具体还需调研。

而这些动态特性,都是基于runtime的贡献。

runtime的消息分发
要知道 ,OC中的所有方法调用,最终都是转换成runtime中的一个C语言消息分发函数:

id objc_msgSend ( id receiver, SEL op, ... );
1
参数receiver:消息接收者,如果OC代码中的调用为[ObjectA test],这个receiver就是ObjectA。

参数op:方法名。

参数…:不定参数。

这条消息发送之后,系统会在receiver的类对象的方法列表(methodlist)中找这个方法,如果没找到,再到receiver的父类的方法列表中找,再到父类的父类,如果在根类(NSObject)中还没找到,会报出错误。以上是一个粗略的过程,其实runtime中对这个调用过程做了缓存,在抛出错误之前会进行动态决议和消息转发过程。

知识点

缓存:方法第一次被调用之后,方法会被存入一张缓存表,之后如果再被调用时就不需要从方法列表重新查询了,直接从缓存表中取出,会提高效率。

方法查询流程
一个OC的类(Class),在编译的时候会转成C语言结构体,在runtime中是这样定义的:

1 struct objc_class {
2 Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
3 #if !OBJC2
4 Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
5 const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;
6 long version OBJC2_UNAVAILABLE;
7 long info OBJC2_UNAVAILABLE;
8 long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
9 struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
10 struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
11 struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;
12 struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
13 #endif
14
15 } OBJC2_UNAVAILABLE;

objc_class是一个结构体,重点关注isa和methodLists.

isa 是指向父类的指针,逐级向上指,直到元类(meta),元类的isa指向自己。

methodlist 存储了类中的所有方法。

再看看对象的结构体:

1 typedef struct objc_object {
2 Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
3 } *id ;

以及Class的定义:

1 typedef struct objc_class *Class;

通过objc_object我们可以看出,一个类经过实例化之后变成的对象,其实就是一个isa指针,指向一块内存的地址。

了解了这个之后,就容易解释方法查询流程了,文字描述如下:

首先去该类的cache中查询,如果找到了,就直接返回;

如果没找到,就去methodList中查找。如果找到了,则将方法的IMP(方法实现的指针)返回,并将IMP存入Cache;

如果还没找到,就通过super_class找到父类,在父类的methodList中查找;

如果在所有的父类中都没找到这个方法,就会去进行动态决议和消息转发;

如果动态决议和消息转发返回NO和nil,就会抛出异常。

看一张官网提供的调用流程图:


附上一张类关系图或许对你有帮助:


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