Objective-C總Runtime的那點(diǎn)事兒(一)消息機(jī)制

RunTime簡(jiǎn)稱運(yùn)行時(shí)。就是系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候的一些機(jī)制,其中最主要的是消息機(jī)制。對(duì)于C語(yǔ)言,函數(shù)的調(diào)用在編譯的時(shí)候會(huì)決定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)( C語(yǔ)言的函數(shù)調(diào)用請(qǐng)看這里 )。編譯完成之后直接順序執(zhí)行,無(wú)任何二義性。OC的函數(shù)調(diào)用成為消息發(fā)送。屬于動(dòng)態(tài)調(diào)用過(guò)程。在編譯的時(shí)候并不能決定真正調(diào)用哪個(gè)函數(shù)(事實(shí)證明,在編 譯階段,OC可以調(diào)用任何函數(shù),即使這個(gè)函數(shù)并未實(shí)現(xiàn),只要申明過(guò)就不會(huì)報(bào)錯(cuò)。而C語(yǔ)言在編譯階段就會(huì)報(bào)錯(cuò))。只有在真正運(yùn)行的時(shí)候才會(huì)根據(jù)函數(shù)的名稱找 到對(duì)應(yīng)的函數(shù)來(lái)調(diào)用。
那OC是怎么實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)用的呢?下面我們來(lái)看看OC通過(guò)發(fā)送消息來(lái)達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)用的秘密。假如在OC中寫(xiě)了這樣的一個(gè)代碼:

[obj makeText];
其中obj是一個(gè)對(duì)象,makeText是一個(gè)函數(shù)名稱。對(duì)于這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的調(diào)用。在編譯時(shí)RunTime會(huì)將上述代碼轉(zhuǎn)化成objc_msgSend(obj,@selector(makeText));
首先我們來(lái)看看obj這個(gè)對(duì)象,iOS中的obj都繼承于NSObject。

@interface NSObject <nsobject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}</nsobject>
在NSObjcet中存在一個(gè)Class的isa指針。然后我們看看Class:

typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
Class isa; // 指向metaclass

Class super_class ; // 指向其父類(lèi)
const char *name ; // 類(lèi)名
long version ; // 類(lèi)的版本信息,初始化默認(rèn)為0,可以通過(guò)runtime函數(shù)class_setVersion和class_getVersion進(jìn)行修改、讀取
long info; // 一些標(biāo)識(shí)信息,如CLS_CLASS (0x1L) 表示該類(lèi)為普通 class ,其中包含對(duì)象方法和成員變量;CLS_META (0x2L) 表示該類(lèi)為 metaclass,其中包含類(lèi)方法;
long instance_size ; // 該類(lèi)的實(shí)例變量大小(包括從父類(lèi)繼承下來(lái)的實(shí)例變量);
struct objc_ivar_list *ivars; // 用于存儲(chǔ)每個(gè)成員變量的地址
struct objc_method_list **methodLists ; // 與 info 的一些標(biāo)志位有關(guān),如CLS_CLASS (0x1L),則存儲(chǔ)對(duì)象方法,如CLS_META (0x2L),則存儲(chǔ)類(lèi)方法;
struct objc_cache *cache; // 指向最近使用的方法的指針,用于提升效率;
struct objc_protocol_list *protocols; // 存儲(chǔ)該類(lèi)遵守的協(xié)議
}

我們可以看到,對(duì)于一個(gè)Class類(lèi)中,存在很多東西,下面我來(lái)一一解釋一下:

Class isa:指向metaclass,也就是靜態(tài)的Class。一般一個(gè)Obj對(duì)象中的isa會(huì)指向普通的Class,這個(gè)Class中存儲(chǔ)普通成員變量和對(duì) 象方法(“-”開(kāi)頭的方法),普通Class中的isa指針指向靜態(tài)Class,靜態(tài)Class中存儲(chǔ)static類(lèi)型成員變量和類(lèi)方法(“+”開(kāi)頭的方 法)。

Class super_class:指向父類(lèi),如果這個(gè)類(lèi)是根類(lèi),則為NULL。

下面一張圖片很好的描述了類(lèi)和對(duì)象的繼承關(guān)系:

注意:所有metaclass中isa指針都指向跟metaclass。而跟metaclass則指向自身。Root metaclass是通過(guò)繼承Root class產(chǎn)生的。與root class結(jié)構(gòu)體成員一致,也就是前面提到的結(jié)構(gòu)。不同的是Root metaclass的isa指針指向自身。

@selector (makeText):這是一個(gè)SEL方法選擇器。SEL其主要作用是快速的通過(guò)方法名字(makeText)查找到對(duì)應(yīng)方法的函數(shù)指針,然后調(diào)用其函 數(shù)。SEL其本身是一個(gè)Int類(lèi)型的一個(gè)地址,地址中存放著方法的名字。對(duì)于一個(gè)類(lèi)中。每一個(gè)方法對(duì)應(yīng)著一個(gè)SEL。所以iOS類(lèi)中不能存在2個(gè)名稱相同 的方法,即使參數(shù)類(lèi)型不同,因?yàn)镾EL是根據(jù)方法名字生成的,相同的方法名稱只能對(duì)應(yīng)一個(gè)SEL。

下面我們就來(lái)看看具體消息發(fā)送之后是怎么來(lái)動(dòng)態(tài)查找對(duì)應(yīng)的方法的。

首先,編譯器將代碼[obj makeText];轉(zhuǎn)化為objc_msgSend(obj, @selector (makeText));,在objc_msgSend函數(shù)中。首先通過(guò)obj的isa指針找到obj對(duì)應(yīng)的class。在Class中先去cache中 通過(guò)SEL查找對(duì)應(yīng)函數(shù)method(猜測(cè)cache中method列表是以SEL為key通過(guò)hash表來(lái)存儲(chǔ)的,這樣能提高函數(shù)查找速度),若 cache中未找到。再去methodList中查找,若methodlist中未找到,則取superClass中查找。若能找到,則將method加 入到cache中,以方便下次查找,并通過(guò)method中的函數(shù)指針跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的函數(shù)中去執(zhí)行。

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