Runtime 03 - objc_msgSend、super

Objective-C 的消息机制

• Objective-C 中的方法调用其实都是被编译器转换成了对 objc_msgSend 函数的调用，给 receiver（方法调用者）发送了一条消息（selector：方法名）。
• objc_msgSend 函数底层有 3 大阶段：
  1. 消息发送（当前类、父类中查找）。
  2. 动态方法解析。
  3. 消息转发。

> objc_msgSend 源码解读顺序
> 1. objc-msg-arm64.s
>   - ENTRY                  _objc_msgSend    // _objc_msgSend 函数入口
>       - b.le               LNilOrTagged     // 判断 receiver 是否为 nil
>           - b.eq           LReturnZero      // 如果 receiver 为 nil，流程结束
>       - CacheLookup        NORMAL           // 从缓存中查找方法，进入 CacheLookup
>   - .macro                 CacheLookup      
>       - CacheHit           $0               // 找到了方法，进入 CacheHit
>       - CheckMiss          $0               // 没有找到方法，进入 CheckMiss
>   - .macro                 CacheHit         
>       - .if                $0 == NORMAL     // 如果参数为 NORMAL，直接调用
>           - MESSENGER_END_FAST
>           - br             x17              // 调用方法
>   - .macro                 CheckMiss      
>           - .elseif        $0 == NORMAL     // 调用 __objc_msgSend_uncached
>               - cbz        x9, __objc_msgSend_uncached
>   - STATIC_ENTRY           __objc_msgSend_uncached
>       - MethodTableLookUp                   // 从方法列表中查找
>       - br                 x17              // 调用方法
>   - .macro                 MethodTableLookup
>       - bl                 __class_lookupMethodAndLoadCache3 // 调用 C++ 函数
>       - mov                x17, x0          // 将方法返回 __objc_msgSend_uncached
> 2. objc-runtime-new.mm
>   - _class_lookupMethodAndLoadCache3
>       - return lookUpImpOrForward
>   - lookUpImpOrForward
>       - cache_getImp                          // 从 reveiverClass 的缓存中查找
>           - return imp                        // 找到方法后返回 IMP
>       - getMethodNoSuper_nolock               // 从 reveiverClass 的方法列表中查找
>           - search_method_list                // 从方法列表中查找
>               - log_and_fill_cache            // 找到方法进行缓存
>               - return imp                    // 返回 IMP
>       - for (Class curClass = cls->superclass; 
>              curClass != nil; 
>              curClass = curClass->superclass)  // 从 superClass 中查找
>           - cache_getImp                       // 从 superClass 的缓存中查找
>               - log_and_fill_cache             // 找到方法缓存缓存到 reveiverClass
>               - return imp                     // 返回 IMP
>           - getMethodNoSuper_nolock            // 从 superClass 的方法列表中查找
>               - search_method_list             // 从方法列表中查找       
>               - log_and_fill_cache             // 找到方法缓存缓存到 reveiverClass
>               - return imp                     // 返回 IMP
>       - _class_resolveInstanceMethod           // 没有找到方法，进行动态方法解析
>           - if (!cls->isMetaClass())               
>               - _class_resolveInstanceMethod   // 动态解析实例方法
>           - else 
>               - _class_resolveClassMethod      // 动态解析类方法
>               - if (!lookUpImpOrNil())         // 类方法解析失败会尝试解析实例方法
>                   - _class_resolveInstanceMethod
>       - return (IMP)_objc_msgForward_impcache  // 动态方法解析失败，尝试消息转发
> 
> 3. objc-msg-arm64.s
>   - STATIC_ENTRY           __objc_msgForward_impcache // 从 C++ 函数调用到这里
>   - ENTRY                  __objc_msgForward          // 尝试消息转发
> 
> 4. Core Foundation
>   - `__forwarding__`       （不开源）

objc_msgSend 01 - 消息发送

• objc_msgSend：

  • 函数签名：objc_msgSend(void /* id self, SEL op, ... */)
  • 我们在 Objective-C 中的方法调用在编译阶段会被转换为对 objc_msgSend 函数的调用。

  <br />

  例如我们编写一段下面的代码：
  [instance instanceFunc];
  在编译阶段会被转换为：
  objc_msgSend(instance, sel_registerName("instanceFunc"));

如果是从 class_rw_t 中查找方法：

• 已经排序的，二分查找。
• 没有排序的，遍历查找。

receiver 通过 isa 指针找到 receiverClass。
receiverClass 通过 superclass 指针找到 superClass。

objc_msgSend 02 - 动态方法解析

开发者通过可以实现以下方法，来动态添加方法实现：

• +resolveInstanceMethod:
• +resolveClassMethod:

动态解析过后，会重新走 “消息发送” 的流程

• 从 “在 receiverClass 的 cache 中查找方法“ 这一步开始执行。

动态添加方法示例：

objc_msgSend 03 - 消息转发

开发者可以在 forwardInvocation: 方法中自定义任何逻辑。
以上方法都有对象方法、类方法两个版本。

生成 NSMethodSignature

NSMethodSignature *signature = [NSMethodSignature signatureWithObjeCTypes:"i@:ii"];

MyClass *instance = [[MyClass alloc] init];
SEL sel = @selector(myFunc:param2:)
NSMethodSignature *signature = [instance methodSignatureForSelector:sel];

super

• 用 clang -rewrite-objc 指令转换后的 C++ 代码看，super 调用，底层会转换为对 objc_msgSendSuper 函数的调用。
  • objc_msgSendSuper 函数接收两个参数：

    • objc_super2：

      struct __rw_objc_super {
          struct objc_object *object;     // 消息接受者
          struct objc_object *superClass; // receiver 的 superclass
      };
      

    • SEL：
      消息（要调用的方法）。

• 通过 LLVM 中间代码、打断点或 objc 源码看，底层是对 objc_msgSendSuper2 汇编函数的调用。
  • objc_msgSendSuper2 函数接收两个参数：

    • objc_super2：

      struct objc_super2 { 
          id object;           // 消息接受者
          Class current_class; // receiver 的 Class 对象，通过 current_class->supperclass 找到父类的 Class 对象
      };
      

    • SEL：
      消息（要调用的方法）。

转换后的 C++ 代码作为参考，实际在底层调用的是 objc_msgSendSuper2 函数。

LLVM 中间代码

• Objective-C 被转换为机器码之前，会被 LLVM 编译器转换为中间代码（Intermediate Representation）。
• 生成 LLVM 中间代码的指令为：clang -emit-llvm -S source.m
• 语法简介（官方文档）：
  • @ - 全局变量
  • % - 局部变量
  • alloca - 在当前执行的函数的堆栈帧中分配内存，当该函数返回到其调用者时，将自动释放内存
  • i32 - 32 位 4 字节的整数
  • align - 对齐
  • load - 读出，store - 写入
  • icmp - 两个整数值比较，返回布尔值
  • br - 选择分支，根据条件来转向 label，不根据条件跳转的话类似 goto
  • label - 代码标签
  • call - 调用函数