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经过两个多月的面试，工作终于尘埃落定了。这两个多月的面试过程中，我发现很多底层基础的东西大公司非常看重。比如：RunLoop，RunTime，Block等。这篇文章主要是介绍RunTime中函数调用的机制，知识点有一定深度，也是面试过程中能力的体现。
1.Objective-C中的函数调用
对于C语言，函数调用是由编译器直接转化完成的，在编译时程序就开始查找要执行的函数(C语言函数调用原理)。
然而在OC中，情况确是完全不一样的。在编译时OC程序并不直接查找要执行的函数，必须等到真正运行时，程序才查找要执行的函数。这就是OC的运行时特性。
例子：在C语言中，仅申明一个函数，不去实现。其他地方调用此函数。编译时就会报错(C语言编译时查找要执行的函数，找不到所以报错)。而同样的情况在OC中并不会报错，只有在运行时候才会报错。(OC运行时才查找要执行的函数)
2.Objective-C函数调用的底层实现
Objective-C为什么能在运行时才查找函数，它到底是怎么做到的呢？下面我们就来看看吧。
在runTime的SDK下有一个objc_msgSend()的方法
OBJC_EXPORT id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
当我们写下一行代码[obj doSth];，在编译时，编译器并不直接去查找doSth的方法，而是将代码转化为
objc_msgSend(obj,@selector(doSth));
将调用函数的对象obj和函数的方法名对应的SEL@selector(doSth)作为参数传入objc_msgSend()方法中。由objc_msgSend()方法实现了函数查找和匹配。
在objc_msgSend()方法中，主要通过以下步骤来查找和调用函数：
- 根据对象
obj找到对象类中存储的函数列表methodLists。 - 再根据SEL
@selector(doSth)在methodLists中查找对应的函数指针method_imp。 - 根据函数指针
method_imp调用响应的函数。
3.objc_msgSend的实现细节
前面我们只是简单的介绍了objc_msgSend()的原理，下面我们来详细看看objc_msgSend是怎么实现的。
首先我们来看看NSObject的结构，对于任意一个NSObject对象，下面都有一个isa的属性，指向对象对应的Class类
@interface NSObject <NSObject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}
所以通过isa属性即可拿到对象对应的Class。然后我们来看看<span id="jump">Class的结构</span>
typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
Class isa; // 指向metaclass
Class superclass; // 指向父类Class
const char *name; // 类名
uint32_t version; // 类的版本信息
uint32_t info; // 一些标识信息，标明是普通的Class还是metaclass
uint32_t instance_size; // 该类的实例变量大小(包括从父类继承下来的实例变量);
struct old_ivar_list *ivars; //类中成员变量的信息
struct old_method_list **methodLists; 类中方法列表
Cache cache; 查找方法的缓存，用于提升效率
struct old_protocol_list *protocols; // 存储该类遵守的协议
}
由上面的代码我们能看到Class是一个结构体指针，指向objc_class结构体。
在objc_class中有一个methodLists属性，这是一个old_method_list结构体。
struct old_method_list {
void *obsolete; //废弃的属性
int method_count; //方法的个数
/* variable length structure */
struct old_method method_list[1]; //方法的首地址
};
old_method_list结构体是一个储存old_method的列表，他有2个成员，分别是old_method的个数和存储首地址。我们可以把他当做一个可变长度的old_method数组。
开始我也不明白为什么是
method_list[1]，数组的大小怎么会是1呢？后来才想通由于数组的大小是不定的，不同的类对应的不同的方法个数。所以定义时只存储首地址，在实际使用过程中再扩展长度
我们再来看看old_method结构体
struct old_method {
SEL method_name; //函数的SEL
char *method_types; //函数的类型
IMP method_imp; //函数指针
};
old_method结构体由method_name，method_types，method_imp三个成员组成，分别对应着函数的SEL，函数类型，和指向具体要执行函数的函数指针。
所以只要找到old_method即可通过其成员属性method_imp来调用具体要执行的函数。
我们再来理一下思路：
- obj->isa(Class类型) obj对象通过isa属性拿到对应的Class
- Class->methodLists(old_method_list类型) Class通过methodLists属性拿到存放所有方法的列表
- old_method_list->old_method 在old_method_list中通过SEL查找到对应的old_method
- old_method->method_imp(IMP类型) old_method通过method_imp属性拿到函数指针
- method_imp->调用函数 通过函数指针调用函数
通过上面的思路我们知道只有第三步稍微复杂一些，我们来看看第三步的具体代码吧。
static inline old_method *_findMethodInList(old_method_list * mlist, SEL sel) {
int i;
if (!mlist) return nil;
for (i = 0; i < mlist->method_count; i++) {
old_method *m = &mlist->method_list[i];
if (m->method_name == sel) {
return m;
}
}
return nil;
}
- 查找函数是个内联函数，传入
old_method_list和SEL，返回old_method - 首先对
old_method_list数组判空，如果为空，返回nil - 遍历
old_method_list数组，根据SEL匹配，找到old_method
4.函数调用的性能优化
上面部分我们已经讲完了函数调用的基本过程。在看完上面部分之后大家可能会有疑惑：Objective-C的函数调用是如此的复杂，会不会导致运行起来非常慢呢？毕竟每调用一个函数都要走这么多过程。
别急，其实在调用的过程中苹果对其做了一些性能优化，使得其调用并不比C语言很多。下面我们来具体看看做了哪些性能优化：
4.1 SEL的使用
大家可能早就有疑惑了，前面一直在说SEL，SEL到底是个什么东西？
/// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;
苹果对SEL的官方解释是：一种不透明的类型，它代表着一个方法选择器。
SEL本质其实是一个int类型的地址，指向存储的方法名。对于每一个类，都会分配一块特殊空空间，专门存储类中的方法名，SEL就是指向对应方法名的地址。由于方法名字符串是唯一的，所以SEL也是唯一的。
为什么不直接使用方法名而使用SEL呢？这个问题没有找到比较官方的资料，个人认为由于方法名是字符串，SEL是int类型，使用时int类型更方便，效率更高（特别是比较相等时，字符串的比较比int的比较效率低很多）
4.2 cache的使用
我们来仔细分析一下函数的调用过程：
obj->isa->methodLists
old_method->method_imp
- 由于
isa是obj的成员变量，methodLists是isa的成员变量，所以用obj可以直接拿到methodLists - 由于
method_imp是old_method的成员变量，所以用old_method可以直接拿到method_imp
所以函数调用过程的主要时间消耗在methodLists中查找old_method。
cache就是用来优化这个查找过程的。cache也是objc_class的一个结构体成员，见Class的结构。
我们可以把cache简单当成一个哈希表，key是SEL，Value是old_method。由此可知，从cache中查找old_method相当简单高效。
从methodLists中查找old_method的真正过程分为如下两步：
- 通过
SEL在cache中查找old_method，若找到了直接返回，若未找到执行2 - 在
methodLists中查找old_method，找到之后先将old_method插入cache中以方便下次查找，再返回old_method
由此可知，在第一次调用某个函数时，会比较慢，因为cache中没有这个函数，第二次调用时就会非常快了
总结
这篇文章主要是讲Objective-C中函数调用的过程，其他不太相关的东西就被忽略了，例如objc_class结构体中其他成员变量作用，本类中查找不到函数怎么去父类中查找，如果没有找到函数怎么办？这些问题我可能后续还会有文章介绍，现在暂时先写到这吧。如果有人想要了解可以在评论区提问或者加QQ群讨论。大家有什么异议的地方也可以和我说
