Effective Objective-C 理解消息传递机制

文章目录

  1. 1. 最简单的动态
  2. 2. objec_msgSend 函数
  3. 3. 消息转发
    1. 3.1. 动态方法解析
    2. 3.2. 备援接收者
    3. 3.3. 完整的消息转发机制
  4. 4. 总结

最简单的动态

Objective-C 是一门极其动态的语言,许多东西都可以推迟到运行时决定、修改。那么到底何为动态、何为静态?我们通过一个简单的例子对比下

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/***********  例1 静态绑定   ***********/
#import <stdio.h>
void printHello() {
printf("Hello, world!\n");
}
void printGoodbye() {
printf("Goodbye, world!\n");
}
void saySomething(int type)
{
if (type == 0) {
printHello();
} else {
printGoodbye();
}
return 0;
}

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/***********  例2 动态绑定   ***********/
#import <stdio.h>
void printHello() {
printf("Hello, world!\n");
}
void printGoodbye() {
printf("Goodbye, world!\n");
}
void saySomething(int type)
{
void (*func)();
if (type == 0) {
func = printHello;
} else {
func = printGoodbye;
}
func();
return 0;
}

例1的代码在编译期,编译器就已经知道了有 void printHello()、void printGoodbye() 俩函数,并且在 saySomething() 函数中,调用的函数明确,可以直接将函数名硬编码成地址,生成调用指令,这就是 静态绑定(static binding)。那么例2呢?例2的调用的是 func() 函数,而这函数实际调用的地址只能到程序运行时才能确定,这就是所谓的 动态绑定(dynamic binding)。动态绑定将函数调用从编译期推迟到了运行时。

在 Objective-C 中,向对象传递消息,就会使用这种动态绑定机制来决定需要调用的方法,这种动态特性使得 Objective-C 成为一门真正动态的语言。

objec_msgSend 函数

Objective-C 的方法调用通常都是下面这种形式

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id returnValue = [someObject messageName:parameter];

这种方法调用其实就是消息传递,编译器看到这条消息会转换成一条标准的 C 语言函数调用

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id returnValue = objc_msgSend(someObject,
@selector(messageName:),
parameter);

用消息传递的话来解释就是:向 someObject 对象发送了一个名叫 messageName 的消息,这个消息携带了一个叫 parameter 的参数。这里用到了一个 objc_msgSend 函数,其函数原型如下

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void objc_msgSend(id self, SEL cmd, ...);

这是一个可变参数的函数,第一个参数代表消息接收者,第二个代表 SEL 类型,后面的参数就是消息传递中使用的参数。

那么什么是 SEL 呢?SEL 就是代码在编译时,编译器根据方法签名来生成的一个唯一 ID。此 ID 可以用以区分不同的方法,只要 ID 一致,即看成同一个方法,ID 不同,即为不同的方法。

当进行消息传递,对象在响应消息时,是通过 SEL 在 methodlist 中查找函数指针 IMP,找到后直接通过指针调用函数,这其实就是前文介绍的 动态绑定。若是找到对应函数就跳转到实现代码,若找不到,就沿着继承链往上查找,直到找到相应的实现代码为止。若最终还是没找到实现代码,说明当前对象无法响应此消息,接下来就会执行 消息转发 操作,以试图找到一个能响应此消息的对象。

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// 获取 SEL 
SEL sel = @selector(methodName);
// 获取 IMP
IMP imp = methodForSelector(sel);

消息转发

消息转发并不神奇,我们其实早已接触过,只是不知道而已

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-[__NSCFNumber lowercaseString]:unrecognized selector sent to instance 0x87
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason:'-[NSCFNumber lowercaseString]:unrecognized selector sent to instance 0x87'

这段异常代码就是由 NSObject 的 doesNotRecognizeSelector: 方法所抛出的,异常表明:消息的接收者类型为 __NSCFNumber,无法响应 lowercaseString 消息,从而转发给 NSObject 处理。

消息转发分为三大阶段

  • 第一阶段先征询消息接收者所属的类,看其是否能动态添加方法,以处理当前这个无法响应的 selector,这叫做 动态方法解析(dynamic method resolution)。如果运行期系统(runtime system) 第一阶段执行结束,接收者就无法再以动态新增方法的手段来响应消息,进入第二阶段。
  • 第二阶段看看有没有其他对象(备援接收者,replacement receiver)能处理此消息。如果有,运行期系统会把消息转发给那个对象,转发过程结束;如果没有,则启动完整的消息转发机制。
  • 第三阶段 完整的消息转发机制。运行期系统会把与消息有关的全部细节都封装到 NSInvocation 对象中,再给接收者最后一次机会,令其设法解决当前还未处理的消息。

动态方法解析

对象在收到无法响应的消息后,会调用其所属类的下列方法

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/**
* 如果尚未实现的方法是实例方法,则调用此函数
*
* @param selector 未处理的方法
*
* @return 返回布尔值,表示是否能新增实例方法用以处理selector
*/
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)selector;
/**
* 如果尚未实现的方法是类方法,则调用此函数
*
* @param selector 未处理的方法
*
* @return 返回布尔值,表示是否能新增类方法用以处理selector
*/
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)selector;

方法返回布尔类型,表示是否能新增一个方法来处理 selector,此方案通常用来实现 @dynamic 属性。

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/************** 使用 resolveInstanceMethod 实现 @dynamic 属性 **************/
id autoDictionaryGetter(id self, SEL _cmd);
void autoDictionarySetter(id self, SEL _cmd, id value);
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)selector
{
NSString *selectorString = NSStringFromSelector(selector);
if (/* selector is from a @dynamic property */)
{
if ([selectorString hasPrefix:@"set"])
{
// 添加 setter 方法
class_addMethod(self, selector, (IMP)autoDictionarySetter, "v@:@");
}
else
{
// 添加 getter 方法
class_addMethod(self, selector, (IMP)autoDictionaryGetter, "@@:");
}
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:selector];
}

备援接收者

如果无法 动态解析方法,运行期系统就会询问是否能将消息转给其他接收者来处理,对应的方法为

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/**
* 此方法询问是否能将消息转给其他接收者来处理
*
* @param aSelector 未处理的方法
*
* @return 如果当前接收者能找到备援对象,就将其返回;否则返回nil;
*/
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;

在对象内部,可能还有其他对象,该对象可通过此方法将能够处理 selector 的相关内部对象返回,在外界看来,就好像是该对象自己处理的似得。

完整的消息转发机制

如果前面两步都无法处理消息,就会启动完整的消息转发机制。首先创建 NSInvocation 对象,把尚未处理的那条消息有关的全部细节装在里面,在触发 NSInvocation 对象时,消息派发系统(message-dispatch system)将会把消息指派给目标对象。对应的方法为

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/**
* 消息派发系统通过此方法,将消息派发给目标对象
*
* @param anInvocation 之前创建的NSInvocation实例对象,用于装载有关消息的所有内容
*/
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

这个方法可以实现的很简单,通过改变调用的目标对象,使得消息在新目标对象上得以调用即可。然而这样实现的效果与 备援接收者 差不多,所以很少人会这么做。更加有用的实现方式为:在触发消息前,先以某种方式改变消息内容,比如追加另一个参数、修改 selector 等等。

总结


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https://www.zybuluo.com/MicroCai/note/64270