深入淺出ObjC之消息   

羅朝輝 (http://ww./kesalin)

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在入門級(jí)別的ObjC 教程中,，我們常對(duì)從C++或Java 或其他面向?qū)ο笳Z(yǔ)言轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的程序員說(shuō),，ObjC 中的方法調(diào)用（ObjC中的術(shù)語(yǔ)為消息）跟其他語(yǔ)言中的方法調(diào)用差不多，只是形式有些不同而已,。

譬如Ｃ++ 中的：

在ObjC 中則如下：

乍看起來(lái),，好像只是書寫形式不同而已，實(shí)則差異大矣,。Ｃ++中的方法調(diào)用可能是動(dòng)態(tài)的,，也可能是靜態(tài)的；而ObjC中的消息都為動(dòng)態(tài)的,。下文將詳細(xì)介紹為什么是動(dòng)態(tài)的,，以及編譯器在這背后做了些什么事情。

要說(shuō)清楚消息這個(gè)話題,，我們必須先來(lái)了解三個(gè)概念Class, SEL, IMP,，它們?cè)趏bjc/objc.h 中定義：

Class 的含義

Class 被定義為一個(gè)指向 objc_class的結(jié)構(gòu)體指針，這個(gè)結(jié)構(gòu)體表示每一個(gè)類的類結(jié)構(gòu),。而 objc_class 在objc/objc_class.h中定義如下:

由此可見,，Class 是指向類結(jié)構(gòu)體的指針，該類結(jié)構(gòu)體含有一個(gè)指向其父類類結(jié)構(gòu)的指針,，該類方法的鏈表,，該類方法的緩存以及其他必要信息。

NSObject 的class 方法就返回這樣一個(gè)指向其類結(jié)構(gòu)的指針,。每一個(gè)類實(shí)例對(duì)象的第一個(gè)實(shí)例變量是一個(gè)指向該對(duì)象的類結(jié)構(gòu)的指針,，叫做isa。通過(guò)該指針,，對(duì)象可以訪問(wèn)它對(duì)應(yīng)的類以及相應(yīng)的父類,。如圖一所示：

如圖一所示，圓形所代表的實(shí)例對(duì)象的第一個(gè)實(shí)例變量為 isa,，它指向該類的類結(jié)構(gòu) The object’s class,。而該類結(jié)構(gòu)有一個(gè)指向其父類類結(jié)構(gòu)的指針superclass， 以及自身消息名稱(selector)/實(shí)現(xiàn)地址(address)的方法鏈表,。

方法的含義：

注意這里所說(shuō)的方法鏈表里面存儲(chǔ)的是Method 類型的,。圖一中selector 就是指 Method的 SEL,  address就是指Method的 IMP,。

Method 在頭文件 objc_class.h中定義如下：

SEL 的含義：

在前面我們看到方法選標(biāo) SEL 的定義為：

typedef struct objc_selector   *SEL;   

它是一個(gè)指向 objc_selector 指針,，表示方法的名字/簽名。如下所示,，打印出 selector,。

不同的類可以擁有相同的 selector，這個(gè)沒有問(wèn)題,，因?yàn)椴煌惖膶?shí)例對(duì)象performSelector相同的 selector 時(shí),，會(huì)在各自的消息選標(biāo)(selector)/實(shí)現(xiàn)地址(address) 方法鏈表中根據(jù) selector 去查找具體的方法實(shí)現(xiàn)IMP, 然后用這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)去執(zhí)行具體的實(shí)現(xiàn)代碼。這是一個(gè)動(dòng)態(tài)綁定的過(guò)程,，在編譯的時(shí)候,，我們不知道最終會(huì)執(zhí)行哪一些代碼，只有在執(zhí)行的時(shí)候,，通過(guò)selector去查詢,，我們才能確定具體的執(zhí)行代碼。

IMP 的含義：

在前面我們也看到 IMP 的定義為：

typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);

根據(jù)前面id 的定義,，我們知道 id是一個(gè)指向 objc_object 結(jié)構(gòu)體的指針,，該結(jié)構(gòu)體只有一個(gè)成員isa，所以任何繼承自 NSObject 的類對(duì)象都可以用id 來(lái)指代,，因?yàn)?NSObject 的第一個(gè)成員實(shí)例就是isa,。

至此，我們就很清楚地知道 IMP  的含義：IMP 是一個(gè)函數(shù)指針,，這個(gè)被指向的函數(shù)包含一個(gè)接收消息的對(duì)象id(self  指針), 調(diào)用方法的選標(biāo) SEL (方法名),，以及不定個(gè)數(shù)的方法參數(shù)，并返回一個(gè)id,。也就是說(shuō) IMP 是消息最終調(diào)用的執(zhí)行代碼,，是方法真正的實(shí)現(xiàn)代碼 。我們可以像在Ｃ語(yǔ)言里面一樣使用這個(gè)函數(shù)指針,。

NSObject 類中的methodForSelector：方法就是這樣一個(gè)獲取指向方法實(shí)現(xiàn)IMP 的指針,，methodForSelector：返回的指針和賦值的變量類型必須完全一致，包括方法的參數(shù)類型和返回值類型,。

下面的例子展示了怎么使用指針來(lái)調(diào)用setFilled:的方法實(shí)現(xiàn)：

使用methodForSelector：來(lái)避免動(dòng)態(tài)綁定將減少大部分消息的開銷,，但是這只有在指定的消息被重復(fù)發(fā)送很多次時(shí)才有意義，例如上面的for循環(huán),。

注意,，methodForSelector：是Cocoa運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的提供的功能,，而不是Objective-C語(yǔ)言本身的功能。

消息調(diào)用過(guò)程：

至此我們對(duì)ObjC 中的消息應(yīng)該有個(gè)大致思路了：示例

中對(duì) fly 的調(diào)用,，編譯器通過(guò)插入一些代碼,，將之轉(zhuǎn)換為對(duì)方法具體實(shí)現(xiàn)IMP的調(diào)用，這個(gè) IMP是通過(guò)在 Bird 的類結(jié)構(gòu)中的方法鏈表中查找名稱為fly 的 選標(biāo)SEL 對(duì)應(yīng)的具體方法實(shí)現(xiàn)找到的,。

上面的思路還有一些沒有提及的話題,，比如說(shuō)編譯器插入了什么代碼，如果在方法鏈表中沒有找到對(duì)應(yīng)的 IMP又會(huì)如何,，這些話題在下面展開,。

消息函數(shù) obj_msgSend：

編譯器會(huì)將消息轉(zhuǎn)換為對(duì)消息函數(shù) objc_msgSend的調(diào)用，該函數(shù)有兩個(gè)主要的參數(shù)：消息接收者id 和消息對(duì)應(yīng)的方法選標(biāo) SEL, 同時(shí)接收消息中的任意參數(shù)：

id objc_msgSend(id theReceiver, SELtheSelector, ...)

如上面的消息 [aBird fly]會(huì)被轉(zhuǎn)換為如下形式的函數(shù)調(diào)用：

objc_msgSend(aBird, @selector(fly));

該消息函數(shù)做了動(dòng)態(tài)綁定所需要的一切工作：
1,，它首先找到 SEL 對(duì)應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn) IMP,。因?yàn)椴煌念悓?duì)同一方法可能會(huì)有不同的實(shí)現(xiàn)，所以找到的方法實(shí)現(xiàn)依賴于消息接收者的類型,。
2,， 然后將消息接收者對(duì)象(指向消息接收者對(duì)象的指針)以及方法中指定的參數(shù)傳遞給方法實(shí)現(xiàn) IMP。
3,， 最后,，將方法實(shí)現(xiàn)的返回值作為該函數(shù)的返回值返回。

編譯器會(huì)自動(dòng)插入調(diào)用該消息函數(shù)objc_msgSend的代碼,，我們無(wú)須在代碼中顯示調(diào)用該消息函數(shù),。當(dāng)objc_msgSend找到方法對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)時(shí)，它將直接調(diào)用該方法實(shí)現(xiàn),，并將消息中所有的參數(shù)都傳遞給方法實(shí)現(xiàn),，同時(shí)，它還將傳遞兩個(gè)隱藏的參數(shù)：消息的接收者以及方法名稱 SEL,。這些參數(shù)幫助方法實(shí)現(xiàn)獲得了消息表達(dá)式的信息,。它們被認(rèn)為是”隱藏“的是因?yàn)樗鼈儾]有在定義方法的源代碼中聲明，而是在代碼編譯時(shí)是插入方法的實(shí)現(xiàn)中的,。

盡管這些參數(shù)沒有被顯示聲明,，但在源代碼中仍然可以引用它們（就象可以引用消息接收者對(duì)象的實(shí)例變量一樣）。在方法中可以通過(guò)self來(lái)引用消息接收者對(duì)象,，通過(guò)選標(biāo)_cmd來(lái)引用方法本身,。在下面的例子中，_cmd 指的是strange方法,，self指的收到strange消息的對(duì)象,。

在這兩個(gè)參數(shù)中，self更有用一些,。實(shí)際上,，它是在方法實(shí)現(xiàn)中訪問(wèn)消息接收者對(duì)象的實(shí)例變量的途徑,。

查找 IMP 的過(guò)程：

前面說(shuō)了，objc_msgSend 會(huì)根據(jù)方法選標(biāo) SEL 在類結(jié)構(gòu)的方法列表中查找方法實(shí)現(xiàn)IMP,。這里頭有一些文章,，我們?cè)谇懊娴念惤Y(jié)構(gòu)中也看到有一個(gè)叫objc_cache *cache 的成員，這個(gè)緩存為提高效率而存在的,。每個(gè)類都有一個(gè)獨(dú)立的緩存,，同時(shí)包括繼承的方法和在該類中定義的方法。,。

 下面來(lái)剖析一段蘋果官方的源碼：

通過(guò)分析上面的代碼,，可以看到,，查找時(shí)：

便利函數(shù)：

我們可以通過(guò)NSObject的一些方法獲取運(yùn)行時(shí)信息或動(dòng)態(tài)執(zhí)行一些消息：

 class   返回對(duì)象的類；

 isKindOfClass 和 isMemberOfClass檢查對(duì)象是否在指定的類繼承體系中,；

 respondsToSelector 檢查對(duì)象能否相應(yīng)指定的消息,；

 conformsToProtocol 檢查對(duì)象是否實(shí)現(xiàn)了指定協(xié)議類的方法,；

 methodForSelector  返回指定方法實(shí)現(xiàn)的地址。

 performSelector:withObject 執(zhí)行SEL 所指代的方法,。

消息轉(zhuǎn)發(fā)：

通常,，給一個(gè)對(duì)象發(fā)送它不能處理的消息會(huì)得到出錯(cuò)提示，然而,，Objective-C運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)在拋出錯(cuò)誤之前,，會(huì)給消息接收對(duì)象發(fā)送一條特別的消息forwardInvocation 來(lái)通知該對(duì)象，該消息的唯一參數(shù)是個(gè)NSInvocation類型的對(duì)象——該對(duì)象封裝了原始的消息和消息的參數(shù),。

我們可以實(shí)現(xiàn)forwardInvocation:方法來(lái)對(duì)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(duì)象來(lái)處理，而不拋出錯(cuò)誤,。

關(guān)于消息轉(zhuǎn)發(fā)的作用,，可以考慮如下情景：假設(shè)，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠響應(yīng)negotiate消息的對(duì)象,，并且能夠包括其它類型的對(duì)象對(duì)消息的響應(yīng),。 通過(guò)在negotiate方法的實(shí)現(xiàn)中將negotiate消息轉(zhuǎn)發(fā)給其它的對(duì)象來(lái)很容易的達(dá)到這一目的。

更進(jìn)一步,，假設(shè)我們希望我們的對(duì)象和另外一個(gè)類的對(duì)象對(duì)negotiate的消息的響應(yīng)完全一致,。一種可能的方式就是讓我們的類繼承其它類的方法實(shí)現(xiàn)。 然后,，有時(shí)候這種方式不可行,，因?yàn)槲覀兊念惡推渌惪赡苄枰诓煌睦^承體系中響應(yīng)negotiate消息。

雖然我們的類無(wú)法繼承其它類的negotiate方法,，但我們?nèi)匀豢梢蕴峁┮粋€(gè)方法實(shí)現(xiàn),，這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)只是簡(jiǎn)單的將negotiate消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他類的對(duì)象，就好像從其它類那兒“借”來(lái)的現(xiàn)一樣,。如下所示：

這種方式顯得有欠靈活,，特別是有很多消息都希望傳遞給其它對(duì)象時(shí)，我們就必須為每一種消息提供方法實(shí)現(xiàn),。此外,，這種方式不能處理未知的消息。當(dāng)我們寫下代碼時(shí),，所有我們需要轉(zhuǎn)發(fā)的消息的集合都必須確定,。然而，實(shí)際上,，這個(gè)集合會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)事件的發(fā)生,，新方法或者新類的定義而變化。

forwardInvocation:消息給這個(gè)問(wèn)題提供了一個(gè)更特別的，動(dòng)態(tài)的解決方案：當(dāng)一個(gè)對(duì)象由于沒有相應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)而無(wú)法響應(yīng)某消息時(shí),，運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)將通過(guò)forwardInvocation:消息通知該對(duì)象,。每個(gè)對(duì)象都從NSObject類中繼承了forwardInvocation:方法。然而,，NSObject中的方法實(shí)現(xiàn)只是簡(jiǎn)單地調(diào)用了doesNotRecognizeSelector:,。通過(guò)實(shí)現(xiàn)我們自己的forwardInvocation:方法，我們可以在該方法實(shí)現(xiàn)中將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其它對(duì)象,。

要轉(zhuǎn)發(fā)消息給其它對(duì)象,，forwardInvocation:方法所必須做的有：
1，決定將消息轉(zhuǎn)發(fā)給誰(shuí),，并且
2,，將消息和原來(lái)的參數(shù)一塊轉(zhuǎn)發(fā)出去。

消息可以通過(guò)invokeWithTarget:方法來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)：

forwardInvocation:方法就像一個(gè)不能識(shí)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(duì)象,。或者它也可以象一個(gè)運(yùn)輸站將所有的消息都發(fā)送給同一個(gè)接收對(duì)象,。它可以將一個(gè)消息翻譯成另外一個(gè)消息,，或者簡(jiǎn)單的"吃掉“某些消息，因此沒有響應(yīng)也沒有錯(cuò)誤,。forwardInvocation:方法也可以對(duì)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(shí)現(xiàn)。該方法所提供是將不同的對(duì)象鏈接到消息鏈的能力,。

注意： forwardInvocation:方法只有在消息接收對(duì)象中無(wú)法正常響應(yīng)消息時(shí)才會(huì)被調(diào)用,。 所以，如果我們希望一個(gè)對(duì)象將negotiate消息轉(zhuǎn)發(fā)給其它對(duì)象,，則這個(gè)對(duì)象不能有negotiate方法,，也不能在動(dòng)態(tài)方法決議中為之提供實(shí)現(xiàn)。否則,，forwardInvocation:將不可能會(huì)被調(diào)用,。

參考資料：

Objective-CRuntime Reference:

http://developer.apple.com/library/mac/#documentation/Cocoa/Reference/ObjCRuntimeRef/Reference/reference.html