深入淺出理解消息的傳遞和轉發機制

前言

在面試過程中你也許會被問到消息轉發機制。這篇文章就是對消息的轉發機制進行一個梳理。主要包括什麼是消息、靜態綁定/動態綁定、消息的傳遞和消息的轉發。接下來開發進入正題。

消息的解釋

在其他語言裡面，我們可以用一個類去調用某個方法，在OC裡面，這個方法就是消息。某個類調用一個方法就是向這個類發送一條消息。舉個例子：

People *zhangSan = [[People alloc] init];
People *lisi = [[People alloc] init];
[zhangSan beFriendWith:lisi];

我們有個People的類，zhangSan這個實例發送了一條beFriendWith:的消息。你也許還看過這種調用方式：

[zhangSan performSelector:@selector(beFriendWith:) withObject:lisi];

其目和上面的一樣，都是向zhangSan發送了一條beFriendWith:的消息，傳人的參數都是lisi。
這裡簡單介紹一下SEL和IMP：

SEL:類成員方法的指針，但和C的函數指針還不一樣，函數指針直接保存了方法的地址，但是SEL只是方法編號。
IMP:函數指針，保存了方法地址。

我們叫@selector(beFriendWith:)為消息的選擇子或者選擇器。(A selector identifying the message to send)

靜態綁定/動態綁定

所謂靜態綁定，就是在編譯期就能決定運行時所調用的函數，例如：

void printHello() {
    printf("Hello,world!\n");
}
void printGoodBye() {
    printf("Goodbye,world!\n");
}

void doTheThing(int type) {
    if (type == 0) {
        printHello();
    }else {
        printGoodBye();
    }
}

所謂動態綁定，就是在運行期才能確定調用函數：

void printHello() {
    printf("Hello,world!\n");
}
void printGoodBye() {
    printf("Goodbye,world!\n");
}
void doTheThing(int type) {
    void (*fnc)(void);
    if (type == 0) {
        fnc = printHello;
    }else {
        fnc = printGoodBye;
    }
    fnc();
}

在OC中，對象發送消息，就會使用動態綁定機制來決定需要調用的方法。其實底層都是C語言實現的函數，當對象收到消息後，究竟調用那個方法完全決定於運行期，甚至你也可以直接在運行時改變方法，這些特性都使OC成為一門動態語言。

消息的傳遞

先看一下一條簡單的消息：

id returnValue = [someObject messageName:parameter];

其中：
someObject叫做接收者(receiver)。
messageName叫做選擇器(selector)
選擇器和參數合起來成為消息(message)
當編譯器看到這條消息，就會轉換成一條標準的C函數：objc_msgSend,此時會變成：

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

objc_msgSend可以在objc裡面的message.h中看到:

根據官方註釋可以看到：

When it encounters a method call, the compiler generates a call to one of the functions objc_msgSend, objc_msgSend_stret, objc_msgSendSuper, or objc_msgSendSuper_stret. Messages sent to an object’s superclass (using the super keyword) are sent using objc_msgSendSuper; other messages are sent using objc_msgSend. Methods that have data structures as return values are sent using objc_msgSendSuper_stret and objc_msgSend_stret.

它的作用是向一個實例類發送一個帶有簡單返回值的message。是一個參數個數不定的函數。當遇到一個方法調用，編譯器會生成一個objc_msgSend的調用，有：objc_msgSend_stret、objc_msgSendSuper或者是objc_msgSendSuper_stret。發送個父類的message會使用objc_msgSendSuper，其他的消息會使用objc_msgSend。如果方法的返回值是一個結構體(structures)，那麼就會使用objc_msgSendSuper_stret或者objc_msgSend_stret。
第一個參數是：指向接收該消息的類的實例的指針
第二個參數是：要處理的消息的selector。
其他的就是要傳入的參數。
這樣消息派發系統就在接收者所屬類中查找器方法列表，如果找到和選擇器名稱相符的方法就跳轉其實現代碼，如果找不到，就再起父類找，等找到合適的方法在跳轉到實現代碼。這裡跳轉到實現代碼這一操作利用了尾遞歸優化。
如果該消息無法被該類或者其父類解讀，就會開始進行消息轉發。

理解消息轉發機制(message forwarding)

動態方法解析

不要把消息轉發機制想象得很難，其實看過下麵的你就會發現，沒有那麼難。
我們有的時候會遇到這樣的crash：

我們都知道crash的原因是People沒有gotoschool這個方法，但是你調用了該方法，所以會產生NSInvalidArgumentException，reason：

-[People gotoschool]: unrecognized selector sent to instance 0x1d4201780'

接下來讓我們看看從發送消息到此crash的過程。前面消息的傳遞沒有成功找到實現，所以會走到消息轉發裡面，我先在People類裡面實現了這樣一個方法：

void gotoSchool(id self,SEL _cmd,id value) {
    printf("go to school");
}
//對象在收到無法解讀的消息後，首先將調用所屬類的該方法。
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    NSString *selectorString = NSStringFromSelector(sel);
    if ([selectorString isEqualToString:@"gotoschool"]) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)gotoSchool, "@@:");
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

然後再次運行程式，你會發現沒有crash了，而且順利列印出來"go to school"。
這個是什麼個情況呢？先看看這個方法：

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

這個方法是objc裡面NSObject.h裡面的方法。從字面理解就是處理實例方法(處理類方法)。下麵是對其的介紹：

它的作用就是給一個實例方法（給定的選擇器）動態提供一個實現。註釋也提供了一個demo告訴我們如何動態添加實現。
也就是說當消息傳遞無法處理的時候，首先會看一下所屬類，是否能動態添加方法，以處理當前未知的選擇子。這個過程叫做“動態方法解析”(dynamic method resolution)。
這裡我在動態方法解析這裡動態添加了實現，然後程式就不會崩潰啦。
如果是類方法，就調用resolveClassMethod:方法進行操作，和上面的resolveInstanceMethod一樣的處理方式。
這裡還用到了calss_addMethod，後面會單獨寫篇博客對其介紹。感興趣的可以先自行查看API。

備援接收者

當動態方法解析沒有實現或者無法處理的時候，就會執行

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

這個方法也是objc裡面NSObject.h裡面的方法。我對People進行瞭如下處理：

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    NSString *selectorString = NSStringFromSelector(aSelector);
    if ([selectorString isEqualToString:@"gotoschool"]) {
        return self.student;
    }
    return nil;
    
}

我在People裡面添加了一個Student類實例，然後實現了forwardingTargetForSelector：方法。然後運行，奇跡地發現程式也沒有崩潰。該方法的作用是（上圖也有介紹）：
返回一個對未識別消息處理的對象。如果實現了該方法，並且該方法沒有返回nil，那麼這個返回的對象就會作為新的接收對象，這個未知的消息將會被新對象處理。通過此方案，我們可以用組合來模擬多重繼承的某些特性，比如我返回多個類的組合，那麼就像繼承多個類一樣進行處理。在對外調用者來說，好像就是該對象親自處理的這些消息。

消息轉發

當動態方法解析和備援接收者都沒有進行處理的話，就會執行：

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation OBJC_SWIFT_UNAVAILABLE("");

這個方法也是objc裡面NSObject.h裡面的方法，我對People進行如下處理：

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    NSLog(@"%@ can't handle by People",NSStringFromSelector([anInvocation selector]));
}
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    NSMethodSignature *sign = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"@@:"];
    return sign;
}

再次運行程式，發現程式沒有崩潰，只不過列印出來了“gotoschool can't handle by People”。
forwardInvocation:方法是將消息轉發給其他對象。

從註釋看：對一個你的對象不識別的消息進行相應，你必須重寫methodSignatureForSelector:方法，該方法返回一個NSMethodSIgnature對象，該對象包含了給定選擇器所標識方法的描述。主要包含返回值的信息和參數信息。
實現forwardInvocation:方法時，若發現調用的message不是由本類處理，則續調用超類的同名方法。這樣所有父類均有機會處理此消息，直到NSObject。如果最後調用了NSObject的方法，那麼該方法就會調用“doesNotRecognizerSelector：”，拋出異常，標明選擇器最終未能得到處理。也就是上面的crash:NSInvalidArgumentException。
至此，真個消息轉發全流程結束。
上一個王圖：

總結

接收者在每一步都有機會對未知消息進行處理，一句話：越早處理越好。如果能在第一步做完，就不進行其他操作，因為動態方法解析會將此方法緩存。如果動態方法解析不了，就放到第二步備援接收者，因為第三步還要創建完整的NSInvocation。
在完整來一遍：
Q:說一下你理解的消息轉發機制？
A:
先會調用objc_msgSend方法，首先在Class中的緩存查找IMP，沒有緩存則初始化緩存。如果沒有找到，則向父類的Class查找。如果一直查找到根類仍舊沒有實現，則執行消息轉發。
1、調用resolveInstanceMethod：方法。允許用戶在此時為該Class動態添加實現。如果有實現了，則調用並返回YES，重新開始objc_msgSend流程。這次對象會響應這個選擇器，一般是因為它已經調用過了class_addMethod。如果仍沒有實現，繼續下麵的動作。
2、調用forwardingTargetForSelector:方法，嘗試找到一個能響應該消息的對象。如果獲取到，則直接把消息轉發給它，返回非nil對象。否則返回nil，繼續下麵的動作。註意這裡不要返回self，否則會形成死迴圈。
3、調用methodSignatureForSelector:方法，嘗試獲得一個方法簽名。如果獲取不到，則直接調用doesNotRecognizeSelector拋出異常。如果能獲取，則返回非nil;傳給一個NSInvocation並傳給forwardInvocation：。
4、調用forwardInvocation:方法，將第三步獲取到的方法簽名包裝成Invocation傳入，如何處理就在這裡面了，並返回非nil。
5、調用doesNotRecognizeSelector：，預設的實現是拋出異常。如果第三步沒能獲得一個方法簽名，執行該步驟 。

另附相關雜亂代碼(裡面有動態方法解析demo)。
轉載請註明來源：http://www.cnblogs.com/zhanggui/p/7731394.html