在Object-c中，方法调用大家都会，但它的底层到底是怎么实现的呢，如何通过SEL来找到IMP的呢。开始我也不知道，幸亏苹果开源了runtime的部分源码，可以在里面找到答案。
SEL怎么找到IMP
objc_msgSend的过程大致是
1、先从接收者类的cache中查找方法，找到了直接返回IMP
2、没找到就从消息接收者的方法列表查找.
3、从Superclass的缓存列表找
4、从Superclass的方法列表找
5、动态方法解析
6、消息转发
下图是1-4的过程，5、6会会放在objc_msgSend底层窥探下分享
caches是快速查找，用的是汇编实现，再者慢速查找，
用C实现。为什么缓存的实现要用汇编来写呢？很多朋友觉得汇编比C的效率高啊，速度快。这种是其一，其二是C语言中，在一个函数里保护未知的参数，并且跳转到任一的函数指针不太可能实现，C语言并不含括实现这些需求的一些必要特性。
runtime源码下载地址https://opensource.apple.com/，我用得是MacOS 10.14版本，里面找到objc4-750下载，就是runtime源码。
打开runtime源码，通过搜索_objc_msgSend可以搜索到不同处理器的汇编文件，我这里用的是arm64，为什么objc_msgSend前面要加下划线呢，汇编里面的都加下划线，C/C++的可以去掉一个下划线，我也不清楚其用意，可能为了高大尚
ENTRY _objc_msgSend
UNWIND _objc_msgSend, NoFrame
cmp p0, #0 // nil check and tagged pointer check
#if SUPPORT_TAGGED_POINTERS
b.le LNilOrTagged // (MSB tagged pointer looks negative)
#else
b.eq LReturnZero
#endif
ldr p13, [x0] // p13 = isa
GetClassFromIsa_p16 p13 // p16 = class
LGetIsaDone:
CacheLookup NORMAL // calls imp or objc_msgSend_uncached
1、首先，我们进入_objc_msgSend
2、LNilOrTagged 检查是否空或特殊结构体
LNilOrTagged:
b.eq LReturnZero // nil check
// tagged
adrp x10, _objc_debug_taggedpointer_classes@PAGE
add x10, x10, _objc_debug_taggedpointer_classes@PAGEOFF
ubfx x11, x0, #60, #4
ldr x16, [x10, x11, LSL #3]
adrp x10, _OBJC_CLASS_$___NSUnrecognizedTaggedPointer@PAGE
add x10, x10, _OBJC_CLASS_$___NSUnrecognizedTaggedPointer@PAGEOFF
cmp x10, x16
b.ne LGetIsaDone
// ext tagged
adrp x10, _objc_debug_taggedpointer_ext_classes@PAGE
add x10, x10, _objc_debug_taggedpointer_ext_classes@PAGEOFF
ubfx x11, x0, #52, #8
ldr x16, [x10, x11, LSL #3]
b LGetIsaDone
如果是空，返回LReturnZero，特殊结构体，一顿汇编操作，返回LGetIsaDon。曾经给面试官问过，如果一个空对象调用方法，会产生怎样的结果。 当时给出答案说不会有任何反应，直到看到这里，如果为nil check，返回LReturnZero才恍然大悟。
3、isa赋值，然后通过isa指针找到class
4、CacheLookup NORMAL 查找缓存列表，到这里终于查找缓存列表的方法了。
CacheLookup 查找缓存列表
CacheLoopup分别有三种不同类型的参数NORMAL|GETIMP|LOOKUP，上面CacheLookup传入的是NORMAL
.macro CacheLookup
// p1 = SEL, p16 = isa
ldp p10, p11, [x16, #CACHE] // p10 = buckets, p11 = occupied|mask
#if !__LP64__
and w11, w11, 0xffff // p11 = mask
#endif
and w12, w1, w11 // x12 = _cmd & mask
add p12, p10, p12, LSL #(1+PTRSHIFT)
// p12 = buckets + ((_cmd & mask) << (1+PTRSHIFT))
ldp p17, p9, [x12] // {imp, sel} = *bucket
1: cmp p9, p1 // if (bucket->sel != _cmd)
b.ne 2f // scan more
CacheHit $0 // call or return imp
2: // not hit: p12 = not-hit bucket
CheckMiss $0 // miss if bucket->sel == 0
cmp p12, p10 // wrap if bucket == buckets
b.eq 3f
ldp p17, p9, [x12, #-BUCKET_SIZE]! // {imp, sel} = *--bucket
b 1b // loop
3: // wrap: p12 = first bucket, w11 = mask
add p12, p12, w11, UXTW #(1+PTRSHIFT)
// p12 = buckets + (mask << 1+PTRSHIFT)
.macro是一个宏，在这段代码里面我们可以观察到CacheLookup查找缓存有三种结果CacheHit、CheckMiss、add
- CacheHit 已找到IMP
.macro CacheHit
.if $0 == NORMAL
TailCallCachedImp x17, x12 // authenticate and call imp
.elseif $0 == GETIMP
mov p0, p17
AuthAndResignAsIMP x0, x12 // authenticate imp and re-sign as IMP
ret // return IMP
.elseif $0 == LOOKUP
AuthAndResignAsIMP x17, x12 // authenticate imp and re-sign as IMP
ret // return imp via x17
CacheLoopup传得是NORMAL，这里就是在缓存里面找到imp了，返回imp
2、CheckMiss caches里没找到IMP
.macro CheckMiss
// miss if bucket->sel == 0
.if $0 == GETIMP
cbz p9, LGetImpMiss
.elseif $0 == NORMAL
cbz p9, __objc_msgSend_uncached
.elseif $0 == LOOKUP
cbz p9, __objc_msgLookup_uncached
.else
.abort oops
.endif
.endmacro
因为CacheLoopup传的是NORMAL，这里会执行__objc_msgSend_uncached，缓存里面没有，那我们要去哪里找呢？应该要去方法列表找吧。让我们看看该函数又是怎么实现的
STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
UNWIND __objc_msgSend_uncached, FrameWithNoSaves
// THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION
// Out-of-band p16 is the class to search
MethodTableLookup
TailCallFunctionPointer x17
END_ENTRY __objc_msgSend_uncached
我们发现，里面有个MethodTableLookup，就是我们要找的方法列表查询
.macro MethodTableLookup
// push frame
SignLR
stp fp, lr, [sp, #-16]!
mov fp, sp
// save parameter registers: x0..x8, q0..q7
sub sp, sp, #(10*8 + 8*16)
stp q0, q1, [sp, #(0*16)]
stp q2, q3, [sp, #(2*16)]
stp q4, q5, [sp, #(4*16)]
stp q6, q7, [sp, #(6*16)]
stp x0, x1, [sp, #(8*16+0*8)]
stp x2, x3, [sp, #(8*16+2*8)]
stp x4, x5, [sp, #(8*16+4*8)]
stp x6, x7, [sp, #(8*16+6*8)]
str x8, [sp, #(8*16+8*8)]
// receiver and selector already in x0 and x1
mov x2, x16
bl __class_lookupMethodAndLoadCache3
// IMP in x0
mov x17, x0
// restore registers and return
ldp q0, q1, [sp, #(0*16)]
ldp q2, q3, [sp, #(2*16)]
ldp q4, q5, [sp, #(4*16)]
ldp q6, q7, [sp, #(6*16)]
ldp x0, x1, [sp, #(8*16+0*8)]
ldp x2, x3, [sp, #(8*16+2*8)]
ldp x4, x5, [sp, #(8*16+4*8)]
ldp x6, x7, [sp, #(8*16+6*8)]
ldr x8, [sp, #(8*16+8*8)]
mov sp, fp
ldp fp, lr, [sp], #16
AuthenticateLR
.endmacro
这里我们看到了一句关键的代码执行__class_lookupMethodAndLoadCache3，但怎么搜索都找不到该方法的实现，怎么搞？还记得我上面那个objc_msgSend过程吗，caches是快速查找，用汇编实现，那现在caches里面没找到，那方法列表查找就应该在C/C++文件里面找了，我们去掉一个下划线，搜索结果有两个m文件，objc-runtime-new.mm和objc-class-old.mm。后者是Objective-C 2.0之前的，所以我们看objc-runtime-new.mm
IMP _class_lookupMethodAndLoadCache3(id obj, SEL sel, Class cls)
{
return lookUpImpOrForward(cls, sel, obj,
YES/*initialize*/, NO/*cache*/, YES/*resolver*/);
}
看到_class_lookupMethodAndLoadCache3方法里面调用了lookUpImpOrForward函数并返回一个IMP，我们继续看看该函数实现
接收者方法列表查询IMP
// Try this class's cache.
imp = cache_getImp(cls, sel);
if (imp) goto done;
// Try this class's method lists.
{
Method meth = getMethodNoSuper_nolock(cls, sel);
if (meth) {
//找到imp后，添加到缓存列表
log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, cls);
imp = meth->imp;
goto done;
}
}
前面是对cls的判断，如果没初始化，就初始化之类的操作，之后我们看到cache_getImp，这里为什么又调多一次从caches里面查找IMP的方法呢，因为Object-C是动态语言，随时对系统进行操作，防止数据问题，所以乐观的查多一次。万一真的查找到，直接返回IMP。没查找到的话就进入该类的方法列表查找
static method_t *
getMethodNoSuper_nolock(Class cls, SEL sel)
{
runtimeLock.assertLocked();
assert(cls->isRealized());
// fixme nil cls?
// fixme nil sel?
for (auto mlists = cls->data()->methods.beginLists(),
end = cls->data()->methods.endLists();
mlists != end;
++mlists)
{
method_t *m = search_method_list(*mlists, sel);
if (m) return m;
}
return nil;
}
通过for循环查找methods里面method_t,method_t是一个结构体，里面包含SEL和IMP，这里我就不一一说了。查找到了就会调用log_and_fill_cache添加到缓存列表里并返回IMP
static void
log_and_fill_cache(Class cls, IMP imp, SEL sel, id receiver, Class implementer)
{
#if SUPPORT_MESSAGE_LOGGING
if (objcMsgLogEnabled) {
bool cacheIt = logMessageSend(implementer->isMetaClass(),
cls->nameForLogging(),
implementer->nameForLogging(),
sel);
if (!cacheIt) return;
}
#endif
cache_fill (cls, sel, imp, receiver);
}
如果该类的方法列表找不到就先去Superclass的caches里面查找
Superclass caches查找IMP、Superclass方法列表查找IMP
for (Class curClass = cls->superclass;
curClass != nil;
curClass = curClass->superclass)
{
// Halt if there is a cycle in the superclass chain.
if (--attempts == 0) {
_objc_fatal("Memory corruption in class list.");
}
// Superclass cache.
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (imp) {
if (imp != (IMP)_objc_msgForward_impcache) {
// Found the method in a superclass. Cache it in this class.
//找到imp后，添加到缓存列表
log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
goto done;
}
else {
// Found a forward:: entry in a superclass.
// Stop searching, but don't cache yet; call method
// resolver for this class first.
break;
}
}
// Superclass method list.
Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
if (meth) {
log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, curClass);
imp = meth->imp;
goto done;
}
}
这里为什么要用for循环去查找呢，大家还记得runtime的方法查找流程图吗，Superclass找不到，继续找Superclass的父类，一直找到NSObject位置，因为是没有Superclass的，所以for循环里面curClass != nil，如果为nil，证明已经到了NSObject，可以终止循环了
1、先通过Superclass cache，如果查找到了IMP，_objc_msgForward_impcache是什么呢，我们通过搜索，发现又跳到了汇编
* id _objc_msgForward(id self, SEL _cmd,...);
*
* _objc_msgForward is the externally-callable
* function returned by things like method_getImplementation().
* _objc_msgForward_impcache is the function pointer actually stored in
* method caches.
*
********************************************************************/
STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache
// No stret specialization.
b __objc_msgForward
END_ENTRY __objc_msgForward_impcache
给的描述大致是_objc_msgForward_impcache是实际存储在方法缓存中的函数指针，在里面执行了__objc_msgForward，该函数类似于method_getImplementation()，返回一个IMP。那上面的 if (imp != (IMP)_objc_msgForward_impcache)可以理解为superclass缓存表里面拿到的imp如果跟该类的imp不匹配，就说明该类的caches不存在imp，就会调用log_and_fill_cache进行添加缓存处理，反之如果匹配，就直接break返回。
superclass的方法列表查询跟本类的查询过程是一样的，只是传入的类是父类，也就是下面代码的curClass
// Superclass method list.
Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
if (meth) {
log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, curClass);
imp = meth->imp;
goto done;
}
objc_msgSend的消息过程就到这了，如果还是没有找到IMP会发生什么呢，objc_msgSend底层窥探下会跟大家一起探讨。
上述内容如说的不正确，请大家留言指正。
