iOS RunTime之四：消息轉(zhuǎn)發(fā)

消息轉(zhuǎn)發(fā)三部曲：

接上面消息發(fā)送，如果當(dāng)前類和父類中都沒有找到實現(xiàn)，那么就會開始嘗試動態(tài)方法解析。

動態(tài)方法解析

    //6.IMP沒有找到，嘗試方法解析一次
    // No implementation found. Try method resolver once.

    if (resolver  &&  !triedResolver) {
        runtimeLock.unlockRead();
        _class_resolveMethod(cls, sel, inst);
        runtimeLock.read();
        // Don't cache the result; we don't hold the lock so it may have 
        // changed already. Re-do the search from scratch instead.
        triedResolver = YES;
        goto retry;
    }

在執(zhí)行了 _class_resolveMethod: 之后，會跳轉(zhuǎn)到 retry 標(biāo)簽，重新執(zhí)行查找方法實現(xiàn)的流程，只不過不會再調(diào)用 _class_resolveMethod: 方法了，因為通過 triedResolver 來判斷是否進(jìn)行該類是否進(jìn)行過動態(tài)方法解析。如果首次走到這里，triedResolver = NO，當(dāng)動態(tài)方法解析進(jìn)行過一次之后，會設(shè)置 triedResolver = YES，這樣下次走到這里的時候，就不會再次進(jìn)行動態(tài)方法解析。

   void _class_resolveMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
   {
    if (! cls->isMetaClass()) {
        // try [cls resolveInstanceMethod:sel]
        _class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
    } 
    else {
        // try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
        // and [cls resolveInstanceMethod:sel]
        _class_resolveClassMethod(cls, sel, inst);
        if (!lookUpImpOrNil(cls, sel, inst, 
                            NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/)) 
        {
            _class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
        }
    }
}

_class_resolveMethod 這個函數(shù)首先判斷是否是 meta-class 類，如果不是元類，就執(zhí)行 _class_resolveInstanceMethod，如果是元類，執(zhí)行 _class_resolveClassMethod。

static void _class_resolveInstanceMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
{
    if (! lookUpImpOrNil(cls->ISA(), SEL_resolveInstanceMethod, cls, 
                         NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/)) 
    {
        // Resolver not implemented.
        return;
    }

    BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
    bool resolved = msg(cls, SEL_resolveInstanceMethod, sel);

    // Cache the result (good or bad) so the resolver doesn't fire next time.
    // +resolveInstanceMethod adds to self a.k.a. cls
    IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel, inst, 
                             NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/);

    if (resolved  &&  PrintResolving) {
        if (imp) {
            _objc_inform("RESOLVE: method %c[%s %s] "
                         "dynamically resolved to %p", 
                         cls->isMetaClass() ? '+' : '-', 
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel), imp);
        }
        else {
            // Method resolver didn't add anything?
            _objc_inform("RESOLVE: +[%s resolveInstanceMethod:%s] returned YES"
                         ", but no new implementation of %c[%s %s] was found",
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel), 
                         cls->isMetaClass() ? '+' : '-', 
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel));
        }
    }
}

static void _class_resolveClassMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
{
    assert(cls->isMetaClass());

    if (! lookUpImpOrNil(cls, SEL_resolveClassMethod, inst, 
                         NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/)) 
    {
        // Resolver not implemented.
        return;
    }

    BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
    bool resolved = msg(_class_getNonMetaClass(cls, inst), 
                        SEL_resolveClassMethod, sel);

    // Cache the result (good or bad) so the resolver doesn't fire next time.
    // +resolveClassMethod adds to self->ISA() a.k.a. cls
    IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel, inst, 
                             NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/);

    if (resolved  &&  PrintResolving) {
        if (imp) {
            _objc_inform("RESOLVE: method %c[%s %s] "
                         "dynamically resolved to %p", 
                         cls->isMetaClass() ? '+' : '-', 
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel), imp);
        }
        else {
            // Method resolver didn't add anything?
            _objc_inform("RESOLVE: +[%s resolveClassMethod:%s] returned YES"
                         ", but no new implementation of %c[%s %s] was found",
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel), 
                         cls->isMetaClass() ? '+' : '-', 
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel));
        }
    }
}

在 _class_resolveInstanceMethod 和 _class_resolveClassMethod 方法中，來查詢是否已經(jīng)在運(yùn)行時將其動態(tài)插入類中的實現(xiàn)函數(shù)，如果沒有重新調(diào)用 lookUpImpOrNil 并重新啟動緩存，來判斷是否已經(jīng)添加上 sel 對應(yīng)的 IMP 指針，并且重新觸發(fā) objc_msgSend 方法。

id objc_msgSend(id self, SEL _cmd, ...) {
  Class class = object_getClass(self);
  IMP imp = class_getMethodImplementation(class, _cmd);
  return imp ? imp(self, _cmd, ...) : 0;
}

只要一提 objc_msgSend，都會說它的偽代碼如下或類似的邏輯，反正就是獲取 IMP 并調(diào)用。

IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel)
{
    IMP imp;
    if (!cls  ||  !sel) return nil;
    imp = lookUpImpOrNil(cls, sel, nil, YES/*initialize*/, YES/*cache*/, YES/*resolver*/);
    // Translate forwarding function to C-callable external version
    if (!imp) {
        return _objc_msgForward;
    }
    return imp;
}

lookUpImpOrNil 函數(shù)獲取不到 IMP 時就返回 _objc_msgForward。

IMP lookUpImpOrNil(Class cls, SEL sel, id inst, 
                   bool initialize, bool cache, bool resolver)
{
    IMP imp = lookUpImpOrForward(cls, sel, inst, initialize, cache, resolver);
    if (imp == _objc_msgForward_impcache) return nil;
    else return imp;
}

lookUpImpOrNil 方法判斷返回 imp 結(jié)果是否和 _objc_msgForward_impcache 相同，如果相同返回 nil，反之返回 imp。

回到 lookUpImpOrForward 方法中，如果也沒有找到 imp 的實現(xiàn)，那么method resolver 也沒用了，只能進(jìn)入消息轉(zhuǎn)發(fā)階段。進(jìn)入這個階段之前，imp變成 _objc_msgForward_impcache，最后再加入緩存中。

當(dāng)一個方法沒有實現(xiàn)時，可以通過重寫 resolveInstanceMethod: 和 resolveClassMethod: 方法，動態(tài)添加未實現(xiàn)的方法。其中第一個是添加實例方法，第二個是添加類方法。這兩個方法都有一個 BOOL 返回值，返回 NO 則進(jìn)入消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
    // implementation ....
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(resolveThisMethodDynamically)) {
          class_addMethod([self class], sel, (IMP) dynamicMethodIMP, "v@:");
          return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

objc_msgForward

    STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache
    // Method cache version

    // THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION
    // Out-of-band condition register is NE for stret, EQ otherwise.

    MESSENGER_START
    nop
    MESSENGER_END_SLOW
    
    jne __objc_msgForward_stret
    //1.跳轉(zhuǎn)到__objc_msgForward
    jmp __objc_msgForward

    END_ENTRY __objc_msgForward_impcache

    ENTRY __objc_msgForward
    // Non-stret version
    //2.執(zhí)行__objc_forward_handler
    movq    __objc_forward_handler(%rip), %r11
    jmp *%r11

    END_ENTRY __objc_msgForward


    ENTRY __objc_msgForward_stret
    // Struct-return version

    movq    __objc_forward_stret_handler(%rip), %r11
    jmp *%r11

    END_ENTRY __objc_msgForward_stret

在執(zhí)行 _objc_msgForward 之后會調(diào)用 __objc_forward_handler 函數(shù)。

__attribute__((noreturn)) void 
objc_defaultForwardHandler(id self, SEL sel)
{
    _objc_fatal("%c[%s %s]: unrecognized selector sent to instance %p "
                "(no message forward handler is installed)", 
                class_isMetaClass(object_getClass(self)) ? '+' : '-', 
                object_getClassName(self), sel_getName(sel), self);
}
void *_objc_forward_handler = (void*)objc_defaultForwardHandler;

看源碼實現(xiàn)當(dāng)我們給一個對象發(fā)送一個沒有實現(xiàn)的方法的時候，如果其父類也沒有這個方法，則會崩潰，報錯信息類似于這樣：unrecognized selector sent to instance，然后接著會跳出一些堆棧信息，這些信息就是從這里而來。

重定向

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

當(dāng)動態(tài)方法解析不作處理返回 NO 時，消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制會被觸發(fā)。在這時forwardInvocation:方法會被執(zhí)行。
在消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制執(zhí)行前，Runtime 系統(tǒng)會再給我們一次偷梁換柱的機(jī)會，即通過重載 - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector 方法替換消息的接受者為其他對象：

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    if(aSelector == @selector(mysteriousMethod:)){
        return alternateObject;
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

轉(zhuǎn)發(fā)

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

當(dāng) forwardingTargetForSelector: 方法未做出任何響應(yīng)的話，會來到消息轉(zhuǎn)發(fā)流程。消息轉(zhuǎn)發(fā)時會首先調(diào)用 methodSignatureForSelector: 方法，在方法內(nèi)部生成 NSMethodSignature 類型的方法簽名對象。在生成簽名對象時，可以指定 target 和 SEL，可以將這兩個參數(shù)換成其他參數(shù)，將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象。

[otherObject methodSignatureForSelector:otherSelector];

生成 NSMethodSignature 簽名對象后，就會調(diào)用 forwardInvocation: 方法，這是消息轉(zhuǎn)發(fā)中最后一步了，如果在這步還沒有對消息進(jìn)行處理，則會導(dǎo)致崩潰。
該消息的唯一參數(shù)是個 NSInvocation 類型的對象，該對象封裝了原始的消息和消息的參數(shù)。我們可以實現(xiàn) forwardInvocation: 方法來對不能處理的消息做一些默認(rèn)的處理，也可以將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象來處理，而不拋出錯誤。

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    if ([object respondsToSelector:[anInvocation selector]]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:object];
    } else {
        [super forwardInvocation:anInvocation];
    }
}

這里需要注意的是參數(shù) anInvocation 是從哪的來的呢？其實在 forwardInvocation: 消息發(fā)送前，Runtime 系統(tǒng)會向?qū)ο蟀l(fā)送 methodSignatureForSelector: 消息，并取到返回的方法簽名用于生成 NSInvocation對象。所以我們在重寫 forwardInvocation: 的同時也要重寫 methodSignatureForSelector: 方法，否則會拋異常。

當(dāng)一個對象由于沒有相應(yīng)的方法實現(xiàn)而無法響應(yīng)某消息時，運(yùn)行時系統(tǒng)將通過 forwardInvocation: 消息通知該對象。每個對象都從 NSObject 類中繼承了 forwardInvocation: 方法。然而，NSObject 中的方法實現(xiàn)只是簡單地調(diào)用了 doesNotRecognizeSelector:。通過實現(xiàn)我們自己的 forwardInvocation: 方法，我們可以在該方法實現(xiàn)中將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其它對象。

forwardInvocation: 方法就像一個不能識別的消息的分發(fā)中心，將這些消息轉(zhuǎn)發(fā)給不同接收對象。或者它也可以象一個運(yùn)輸站將所有的消息都發(fā)送給同一個接收對象。它可以將一個消息翻譯成另外一個消息，或者簡單的”吃掉“某些消息，因此沒有響應(yīng)也沒有錯誤。

forwardInvocation: 方法也可以對不同的消息提供同樣的響應(yīng)，這一切都取決于方法的具體實現(xiàn)。該方法所提供是將不同的對象鏈接到消息鏈的能力。

注意：
forwardInvocation: 方法只有在消息接收對象中無法正常響應(yīng)消息時才會被調(diào)用。 所以，如果我們希望一個對象將 negotiate 消息轉(zhuǎn)發(fā)給其它對象，則這個對象不能有 negotiate 方法。否則，forwardInvocation: 將不可能會被調(diào)用。

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實戰(zhàn)

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1、動態(tài)解析
我們在Car類的.m文件里面，通過上面介紹動態(tài)解析可以知道，可以重載resolveInstanceMethod:和resolveClassMethod:方法分別添加實例方法實現(xiàn)和類方法實現(xiàn)。因為當(dāng)Runtime系統(tǒng)在Cache和方法分發(fā)表中找不到要執(zhí)行的方法時，Runtime會調(diào)用resolveInstanceMethod:或resolveClassMethod:來給程序員一次動態(tài)添加方法實現(xiàn)的機(jī)會。

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2、重定向
我們新建一個Person類，為了讓運(yùn)行時系統(tǒng)能夠運(yùn)行到forwardingTargetForSelector:方法，我們先在resolveInstanceMethod:中返回NO，代碼如下：

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從運(yùn)行結(jié)果中看出，我們執(zhí)行[person fly]方法，控制臺中打出Car的run方法，最終也實現(xiàn)了消息的轉(zhuǎn)發(fā)。

Person *person = [[Person alloc] init];
[person fly];

3、轉(zhuǎn)發(fā)
如果我們都不實現(xiàn)forwardingTargetForSelector，系統(tǒng)就會方法methodSignatureForSelector和forwardInvocation來實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)，代碼如下：

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從運(yùn)行結(jié)果中看出，我們執(zhí)行[person fly]方法，控制臺中打出Car的run方法，最終也實現(xiàn)了消息的轉(zhuǎn)發(fā)。

注意：

  • methodSignatureForSelector用來生成方法簽名，這個簽名就是給forwardInvocation中的參數(shù)NSInvocation調(diào)用的。
  • unrecognized selector sent to instance，原來就是因為methodSignatureForSelector這個方法中，由于沒有找到fly對應(yīng)的實現(xiàn)方法，所以返回了一個空的方法簽名，最終導(dǎo)致程序報錯崩潰。

以上就是消息的轉(zhuǎn)發(fā)，如果有覺得上述我講的不對的地方歡迎指出，大家多多交流溝通。

參考資料

Objective-C 消息發(fā)送與轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制原理

最后編輯于 ：
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