iOS高性能OC三:Runtime Message

1.消息发送objc_msgSend
OC中在运行期决定调用什么方法,方法的调用转换成C函数

//#import <objc/message.h>
    objc_msgSend(obj, @selector(messageName:), parameter);

这个函数的参数个数可变,第一个是接收消息的对象,第二个是方法名,后面的是参数,顺序和转换前的OC方法一样.

接收到消息之后,这个函数会在类的方法列表中寻找,找不到会依据继承体系向上寻找.找到之后,就会跳转到方法的实现中.
objc_msgSend还会把匹配到的结果缓存到一个fast map,快速映射表里面,这个缓存是在类里面的,也就是说,其实objc_msgSend是先在fast map中进行匹配的,然后才是方法列表.
如果消息要返回结构体,那么需要使用objc_msgSend_stret
如果消息返回浮点数,那么需要使用objc_msgSend_fpret
如果要给父类发送消息.需要使用objc_msgSendSuper,另外还有objc_msgSendSuper_stret和objc_msgSendSuper_fpret
OC的每一个方法都会转换为C函数,都是<return type>Class_selector(id self,SEL _cmd,...)的格式,每个类中有一张表,其中的指针会指向这些函数,方法名就是key,objc_msgSend根据key找到对应函数,OC有一种叫做尾调用优化的技术,如果一个函数的结尾是调用另一个函数并且没有返回值的时候,编译器会生成跳转至另一函数的指令,这个操作省去了将另一个函数推入新的栈帧,避免过早出现栈溢出.

2.消息转发
前面说到消息的传递,如果objc_msgSend最终都没有找到对应的函数,也就是对象收到了无法解读的消息,这时候就会启动消息转发机制.
分为两大阶段,第一阶段,先看类能不能动态添加方法来处理这条消息,叫做动态方法解析;第二阶段,第一步先找有没有其他对象可以处理,如果有则转发给那个对象,如果没有则启动完整消息转发,消息会被封装到NSInvocation对象中,再一次询问接受者能否处理.

动态方法解析
对象在接收到无法解读的消息时,会调用+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;sel就是那个无法解读的选择器,返回bool类型,表示能否新增一个方法来处理这个选择器,如果这个选择器是一个类方法,则调用+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel方法,这两个方法需要在类中重写.
为对象增加方法调用BOOL class_addMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );
Class cls即类对象, SEL name是选择器,也就是方法名,IMP imp是方法的具体实现,也就是C函数,const char *types是函数类型,例如"v@:"是无参无返回值(v即void),"i@:@",是有参有一个int型返回值

void newMethod(id self, SEL _cmd, id value){
    NSLog(@"this is new method -- %@",value);
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
    NSLog(@"undefind method");
    class_addMethod(self, sel, (IMP)newMethod, "v@:@");
    return YES;
}

Example *exam = [[Example alloc]init];
    NSString *exstr = (NSString *)exam;
    [exstr isEqualToString:@"abc"];

这是一个继承自NSObject的类,将其对象转换成NSString,然后调用isEqualToString方法,显然这个类是没有这个方法的,于是就会走resolveInstanceMethod方法,还能看到"abc"打印出来,如果调用的方法没有参数,打印出来的就是null

打印出参数

并且resolveInstanceMethod可以用于实现@dynamic的setter和getter,CALayer可以添加属性也是这么添加属性的

备用接收者,快速转发路径
如果没有实现resolveInstanceMethod处理,运行时系统会寻找一个备用的接收者来处理这条消息,对应方法是- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector; 返回一个对象来处理消息.

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
    return @"abc";
}

Example *exam = [[Example alloc]init];
    NSString *exstr = (NSString *)exam;
    if([exstr isEqualToString:@"abc"]){
        NSLog(@"forward target");
    };

打印结果

Invocation,慢速转发路径
如果上面的流程任然没有处理未知消息,系统会创建一个NSInvocation对象对应方法是- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;
运行时调用对象的方法可以使用performSelector:withObject；但是这个方法不能处理返回值,参数也最多传2个(performSelector:<#(SEL)#> withObject:<#(id)#> withObject:<#(id)#>),NSInvocation可以将消息封装起来,包含选择器,目标,和参数.
首先要实现methodSignatureForSelector,返回一个签名,签名指定一个选择器,实现了这个方法,才会调用forwardInvocation,在forwardInvocation中,还可以修改参数等,这两个方法的目的是修改无法响应的消息中的信息,达到可以处理的目的.

//首先要实现这个方法
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
    if(![self respondsToSelector:aSelector]){
        //创建一个NSMethodSignature 绑定需要转换的方法
        return [[self class] instanceMethodSignatureForSelector:@selector(newMethod:)];
    }
   return nil;
}

//如果实现了methodSignatureForSelector 会走这个方法
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{
    //NSMethodSignature的方法要和anInvocation一致,这一步还可以修改参数
    anInvocation.selector = @selector(newMethod:);
    [anInvocation invoke]; //  执行更换后的方法
}

- (void)newMethod:(NSString *)str{
    NSLog(@"newMethod string = %@",str);
}

如果想要通过更换选择器来处理未知消息,[anInvocation invoke]也可以不执行,或者forwardInvocation里什么都不写,相当于忽略了这条消息.但是无论forwardInvocation里写不写代码,methodSignatureForSelector中一定要换掉消息的选择器.

NSInvocation的详细使用方法如下:

//NSInvocation;用来包装方法和对应的对象，它可以存储方法的名称，对应的对象，对应的参数,
    /*
     NSMethodSignature：签名：再创建NSMethodSignature的时候，必须传递一个签名对象，签名对象的作用：用于获取参数的个数和方法的返回值
     */
    //创建签名对象的时候不是使用NSMethodSignature这个类创建，而是方法属于谁就用谁来创建,是NSObject的方法
    NSMethodSignature*signature = [[self class] instanceMethodSignatureForSelector:@selector(sendMessageWithNumber:WithContent:)];
    //1、创建NSInvocation对象
    NSInvocation*invocation = [NSInvocation invocationWithMethodSignature:signature];
    invocation.target = self;
    //invocation中的方法必须和签名中的方法一致。
    invocation.selector = @selector(sendMessageWithNumber:WithContent:);
    /*第一个参数：需要给指定方法传递的值
           第一个参数需要接收一个指针，也就是传递值的时候需要传递地址*/
    //第二个参数：需要给指定方法的第几个参数传值
    NSString*number = @"1111";
    //注意：设置参数的索引时不能从0开始，因为0已经被self占用，1已经被_cmd占用
    [invocation setArgument:&number atIndex:2];
    NSString*number2 = @"啊啊啊";
    [invocation setArgument:&number2 atIndex:3];
    //2、调用NSInvocation对象的invoke方法
    //只要调用invocation的invoke方法，就代表需要执行NSInvocation对象中指定对象的指定方法，并且传递指定的参数
    [invocation invoke];

消息转发流程

在这个流程中,resolveInstanceMethod返回YES也不一定会结束,关键看这个方法中,是否添加了函数去处理这个消息,如果什么都不写,直接reture YES也一样会执行后续的流程.

3.交换调配method swizzling

类的方法列表会把选择器的名称,也就是方法名映射到方法实现上,这些方法均以函数指针的形式来表示,这种指针叫做IMP.因此我们可以在运行时去修改选择器对应的函数指针,可以新增选择器,可以修改方法实现,可以互换方法实现.

//函数指针
id (*IMP)(id,SEL,...)

/*互换方法实现*/
//获取方法实现
    Method method1 = class_getInstanceMethod(NSString.class, @selector(ex_uppercaseString));
    Method method2 = class_getInstanceMethod(NSString.class, @selector(uppercaseString));
    //交换方法实现
    method_exchangeImplementations(method1, method2);

//扩展方法,写在分类中
- (NSString *)ex_uppercaseString{
    NSString *str = [self ex_uppercaseString];
    /*
     ...
     */
    NSLog(@"扩展方法--%@",str);
    return str;
}

这个方法可以将那些看不到源码的黑盒方法进行一些扩展,例如增加日志,有助于调试.