runtime消息转发机制
Objective-C 扩展了 C 语言,并加入了面向对象特性和 Smalltalk 式的消息传递机制。而这个扩展的核心是一个用 C 和 编译语言 写的 Runtime 库。它是 Objective-C 面向对象和动态机制的基石。
Objective-C 是一个动态语言,这意味着它不仅需要一个编译器,也需要一个运行时系统来动态得创建类和对象、进行消息传递和转发。理解 Objective-C 的 Runtime 机制可以帮我们更好的了解这个语言,适当的时候还能对语言进行扩展,从系统层面解决项目中的一些设计或技术问题。了解 Runtime ,要先了解它的核心 - 消息传递 (Messaging)。
消息传递(Messaging)
在很多语言,比如 C ,调用一个方法其实就是跳到内存中的某一点并开始执行一段代码。没有任何动态的特性,因为这在编译时就决定好了。而在 Objective-C 中,[object foo]
语法并不会立即执行 foo 这个方法的代码。它是在运行时给 object 发送一条叫 foo 的消息。这个消息,也许会由 object 来处理,也许会被转发给另一个对象,或者不予理睬假装没收到这个消息。多条不同的消息也可以对应同一个方法实现。这些都是在程序运行的时候决定的。
事实上,在编译时你写的 Objective-C 函数调用的语法都会被翻译成一个 C 的函数调用 - objc_msgSend()
。比如,下面两行代码就是等价的:
[array insertObject:foo atIndex:5]; objc_msgSend(array, @selector(insertObject:atIndex:), foo, 5);
消息传递的关键藏于 objc_object
中的 isa 指针和 objc_class
中的 class dispatch table。
objc_object
, objc_class
以及 Ojbc_method
在 Objective-C 中,类、对象和方法都是一个 C 的结构体,从 objc/objc.h
头文件中,我们可以找到他们的定义:

struct objc_object {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}; struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class;
const char *name;
long version;
long info;
long instance_size;
struct objc_ivar_list *ivars;
**struct objc_method_list **methodLists**;
**struct objc_cache *cache**;
struct objc_protocol_list *protocols;
#endif
}; struct objc_method_list {
struct objc_method_list *obsolete;
int method_count; #ifdef __LP64__
int space;
#endif /* variable length structure */
struct objc_method method_list[1];
}; struct objc_method {
SEL method_name;
char *method_types; /* a string representing argument/return types */
IMP method_imp;
};

objc_method_list
本质是一个有 objc_method
元素的可变长度的数组。一个 objc_method
结构体中有函数名,也就是SEL,有表示函数类型的字符串 (见 Type Encoding) ,以及函数的实现IMP。
从这些定义中可以看出发送一条消息也就 objc_msgSend
做了什么事。举 objc_msgSend(obj, foo)
这个例子来说:
- 首先,通过 obj 的 isa 指针找到它的 class ;
- 在 class 的 method list 找 foo ;
- 如果 class 中没到 foo,继续往它的 superclass 中找 ;
- 一旦找到 foo 这个函数,就去执行它的实现IMP .
但这种实现有个问题,效率低。但一个 class 往往只有 20% 的函数会被经常调用,可能占总调用次数的 80% 。每个消息都需要遍历一次 objc_method_list
并不合理。如果把经常被调用的函数缓存下来,那可以大大提高函数查询的效率。这也就是 objc_class
中另一个重要成员 objc_cache
做的事情 - 再找到 foo 之后,把 foo 的 method_name
作为 key ,method_imp
作为 value 给存起来。当再次收到 foo 消息的时候,可以直接在 cache 里找到,避免去遍历 objc_method_list
.
动态方法解析和转发
在上面的例子中,如果 foo
没有找到会发生什么?通常情况下,程序会在运行时挂掉并抛出 unrecognized selector sent to … 的异常。但在异常抛出前,Objective-C 的运行时会给你三次拯救程序的机会:
- Method resolution
- Fast forwarding
- Normal forwarding
Method Resolution
首先,Objective-C 运行时会调用 +resolveInstanceMethod:
或者 +resolveClassMethod:
,让你有机会提供一个函数实现。如果你添加了函数并返回 YES, 那运行时系统就会重新启动一次消息发送的过程。还是以 foo
为例,你可以这么实现:

void fooMethod(id obj, SEL _cmd)
{
NSLog(@"Doing foo");
} + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL
{
if(aSEL == @selector(foo:)){
class_addMethod([self class], aSEL, (IMP)fooMethod, "v@:");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod];
}

Core Data 有用到这个方法。NSManagedObjects 中 properties 的 getter 和 setter 就是在运行时动态添加的。
如果 resolve 方法返回 NO ,运行时就会移到下一步:消息转发(Message Forwarding)。
PS:iOS 4.3 加入很多新的 runtime 方法,主要都是以 imp 为前缀的方法,比如 imp_implementationWithBlock()
用 block 快速创建一个 imp 。
上面的例子可以重写成:
IMP fooIMP = imp_implementationWithBlock(^(id _self) {
NSLog(@"Doing foo");
}); class_addMethod([self class], aSEL, fooIMP, "v@:");
Fast forwarding
如果目标对象实现了 -forwardingTargetForSelector:
,Runtime 这时就会调用这个方法,给你把这个消息转发给其他对象的机会。

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


只要这个方法返回的不是 nil 和 self,整个消息发送的过程就会被重启,当然发送的对象会变成你返回的那个对象。否则,就会继续 Normal Fowarding 。 这里叫 Fast ,只是为了区别下一步的转发机制。因为这一步不会创建任何新的对象,但下一步转发会创建一个 NSInvocation 对象,所以相对更快点。 Normal forwarding
这一步是 Runtime 最后一次给你挽救的机会。首先它会发送 -methodSignatureForSelector: 消息获得函数的参数和返回值类型。如果 -methodSignatureForSelector: 返回 nil ,Runtime 则会发出 -doesNotRecognizeSelector: 消息,程序这时也就挂掉了。如果返回了一个函数签名,Runtime 就会创建一个 NSInvocation 对象并发送 -forwardInvocation: 消息给目标对象。 NSInvocation 实际上就是对一个消息的描述,包括selector 以及参数等信息。所以你可以在 -forwardInvocation: 里修改传进来的 NSInvocation 对象,然后发送 -invokeWithTarget: 消息给它,传进去一个新的目标:


- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
{
SEL sel = invocation.selector; if([alternateObject respondsToSelector:sel]) {
[invocation invokeWithTarget:alternateObject];
}
else {
[self doesNotRecognizeSelector:sel];
}
}

Cocoa 里很多地方都利用到了消息传递机制来对语言进行扩展,如 Proxies、NSUndoManager 跟 Responder Chain。NSProxy 就是专门用来作为代理转发消息的;NSUndoManager 截取一个消息之后再发送;而 Responder Chain 保证一个消息转发给合适的响应者。
总结
Objective-C 中给一个对象发送消息会经过以下几个步骤:
- 在对象类的 dispatch table 中尝试找到该消息。如果找到了,跳到相应的函数IMP去执行实现代码;
- 如果没有找到,Runtime 会发送
+resolveInstanceMethod:
或者+resolveClassMethod:
尝试去 resolve 这个消息; - 如果 resolve 方法返回 NO,Runtime 就发送
-forwardingTargetForSelector:
允许你把这个消息转发给另一个对象; - 如果没有新的目标对象返回, Runtime 就会发送
-methodSignatureForSelector:
和-forwardInvocation:
消息。你可以发送-invokeWithTarget:
消息来手动转发消息或者发送-doesNotRecognizeSelector:
抛出异常。
利用 Objective-C 的 runtime 特性,我们可以自己来对语言进行扩展,解决项目开发中的一些设计和技术问题。下一篇文章,我会介绍 Method Swizzling 技术以及如何利用 Method Swizzling 做 Logging。
runtime消息转发机制的更多相关文章
- iOS Runtime的消息转发机制
前面我们已经讲解Runtime的基本概念和基本使用,如果大家对Runtime机制不是很了解,可以先看一下以前的博客,会对理解这篇博客有所帮助!!! Runtime基本概念:https://www.cn ...
- iOS runtime探究(二): 从runtime開始深入理解OC消息转发机制
你要知道的runtime都在这里 转载请注明出处 http://blog.csdn.net/u014205968/article/details/67639289 本文主要解说runtime相关知识, ...
- 理解Objective-C Runtime(三)消息转发机制
消息转发机制概述 上一篇博客消息传递机制中讲解了Objective-C中对象的「消息传递机制」.本文需要讲解另外一个重要问题:当对象受到无法处理的消息之后会发生什么情况? 显然,若想令类能理解某条消息 ...
- iOS的消息转发机制详解
iOS开发过程中,有一类的错误会经常遇到,就是找不到所调用的方法,当然这类问题比较好解决,给当前对象或其父类对象添加该方法即可,使得编译器在编译时能正确找到该方法:或者,还有另外的方法,由于Objec ...
- iOS 消息转发机制
这篇博客的前置知识点是 OC 的消息传递机制,如果你对此还不了解,请先学习之,再来看这篇.这篇博客我尝试用口语的方式像讲述 PPT 一样给大家讲述这个知识点. 我们来思考一个问题,如果对象在收到无法解 ...
- Effective Objective-C 2.0 — 第12条:理解消息转发机制
11 条讲解了对象的消息传递机制 12条讲解对象在收到无法解读的消息之后会发生什么,就会启动“消息转发”(message forwarding)机制, 若对象无法响应某个选择子,则进入消息转发流程. ...
- iOS消息转发机制
iOS消息转发机制 “消息派发系统”(message-dispatch system) 若想令类能够理解某条消息,我们必须实现出对应的方法才行.但是,在编译器向类发送其无法解读的消息时并不会报错,因为 ...
- OC:浅析Runtime中消息转发机制
一.介绍 OC是一门动态性语言,其实现的本质是利用runtime机制.在runtime中,对象调用方法,其实就是给对象发送一个消息,也即objc_msgSend().在这个消息发送的过程中,系统会进行 ...
- swizzle method 和消息转发机制的实际使用
我的工程结构,如图 1-0 图 1-0 在看具体实现以前,先捋以下 实现思路. ViewController 中有一个-(void)Amethod;A方法. -(void)Amethod{ NSLo ...
随机推荐
- Codeforces Round #365 (Div. 2) B
Description Little Mishka is a great traveller and she visited many countries. After thinking about ...
- Vue 3 --安装脚手架、过滤器、生命周期的钩子函数、vue-router基本使用
一.安装脚手架 1.下载node.js,本文下载版本为node-v8.12.0-x64.msi,一键式安装. 2.安装完成后,打开终端,输入node,可进入node环境(两次ctrl+c退出),如下图 ...
- chapter06
/** * Created by EX-CHENZECHAO001 on 2018-03-30. */class Chapter06 { } // 6 对象// 用对象作为单例或存放工具的方法// 类 ...
- 【ACM】最长公共子序列 - 动态规划
最长公共子序列 时间限制:3000 ms | 内存限制:65535 KB 难度:3 描述 咱们就不拐弯抹角了,如题,需要你做的就是写一个程序,得出最长公共子序列.tip:最长公共子序列也称作最 ...
- leetcode 91. 解码方法
题目描述: 一条包含字母 A-Z 的消息通过以下方式进行了编码: 'A' -> 1 'B' -> 2 ... 'Z' -> 26 给定一个只包含数字的非空字符串,请计算解码方法的总数 ...
- Python list, dict, set, tuple
list方法 append: 添加一个新的元素到末尾 extend: 扩展元素 insert: 在任何位置插入元素 pop: 弹出末尾的元素 remove: remove first occurren ...
- BIO,NIO,AIO的理解
BIO:同步阻塞式IO,服务器实现模式为一个连接一个线程,即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理,如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销,当然可以通过线程池机制改善. NIO: ...
- jQuery获取url
JS获取当前页面的URL信息 设置或获取对象指定的文件名或路径. <script> alert(window.location.pathname) </script> 设置或获 ...
- Web 前端安装依赖的时候遇到的问题
- 在spark2中的shell使用python3
在spark2中的shell使用python3 spark2.0.0中的python默认使用python2,可以通过以下两种方式之一使用python3: PYSPARK_PYTHON=python3 ...