Objective-C Runtime:消息转发机制

soleRoy
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常规流程

在了解了类的基础结构之后，接下来着重了解下消息转发。 先定义一个类RLObject继承自NSObject，并定义一个方法-testInstanceMethod，下面是它的设计与实现：

@interface RLObject : NSObject
- (void)testInstanceMethod;
@end

@implementation RLObject
- (void)testInstanceMethod {
    NSLog(@"call normal method");
}
@end

在main.m中创建RLObject对象，并调用-testInstanceMethod方法：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        RLObject *obj = [[RLObject alloc] init];
        [obj testInstanceMethod];
    }
    return 0;
}

此时控制台会打印以下信息：

call normal method

这是日常开发中的常规操作，此时如果将RLObject.m中的-testInstanceMethod方法的具体实现注释掉，再次运行程序，程序就会crash掉，并且控制台会打印一个经典的报错信息：

-[RLObject testInstanceMethod]: unrecognized selector sent to instance 0x10070aac0
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[RLObject testInstanceMethod]: unrecognized selector sent to instance 0x10070aac0'

但其实在抛出异常之前，还有三次机会让你可以拯救程序：

  • Method Resolution
  • Fast Forwarding
  • Normal Forwarding

消息转发机制

Method Resolution

首先如果是对象方法不存在，runtime会调用+resolveInstanceMethod:方法；如果是类方法不存在，runtime会调用+resolveClassMethod:方法（最后举例）。两个方法都是类方法，如果返回YES则表示可以添加一个实例方法（或者类方法）来处理这个不存在的方法，其实就是将这个方法与一个C函数的实现关联在一起；返回NO则进入到消息转发的下一步，注意后面两个步骤只针对对象方法。

上面已经注释掉了RLObject.m中-testInstanceMethod方法的实现，现在在类实现中新增函数void instanceMethodIMP(id, SEL)，并实现方法+resolveInstanceMethod:

void instanceMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@"call instanceMethodIMP");
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(testInstanceMethod)) {
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)instanceMethodIMP, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

再次运行程序，不再抛出异常，并且打印了如下信息：

call instanceMethodIMP

Fast Forwarding

到了这一步runtime会通过调用-forwardingTargetForSelector:方法来询问对象是否存在备用对象来处理这个消息，如果有则该方法返回可以处理该消息的对象；如果返回nil则会继续进入到下一个步骤。该方法可以应用于模拟多继承，对象内部通过把一个未知的方法交给一个实现了该方法的对象处理，而外部看起来就好像是它自己处理了一样。

接下来新增一个实现了方法-testInstanceMethod方法的类BackupObject，同时注释掉RLObject.m中的+resolveInstanceMethod:方法的实现，新增-forwardingTargetForSelector:方法：

@interface BackupObject : NSObject
- (void)testInstanceMethod;
@end

@implementation BackupObject
- (void)testInstanceMethod {
    NSLog(@"call fast forwarding");
}
@end

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(testInstanceMethod)) {
        return [[BackupObject alloc] init];
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

再次运行程序，控制台会打印如下信息：

call fast forwarding

Normal Forwarding

这一步本质上跟上一步是一样的：都是切换接收消息的对象，上一步只需要返回一个可以响应的对象就可以了，而这一步需要手动将响应方法切换给备用响应对象。这一步中runtime首先调用-methodSignatureForSelector:方法来获取函数的签名（其实就是函数的参数和返回值类型信息的封装），如果返回nil则程序直接crash，抛出之前的那个unrecognized selector sent to instance...的异常；如果返回一个签名信息，runtime则会创建一个NSInvocation对象，并调用-forwardInvocation:方法。

我们注释掉RLObject.m中的-forwardingTargetForSelector:方法，并实现方法-methodSignatureForSelector:和-forwardInvocation:

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    NSMethodSignature *signature = [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    if (!signature) {
        signature = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
    }
    return signature;
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    BackupObject *backupObj = [[BackupObject alloc] init];
    SEL sel = anInvocation.selector;
    if ([backupObj respondsToSelector:sel]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:backupObj];
    } else {
        [self doesNotRecognizeSelector:sel];
    }
}

小结

整个消息转发流程，可以用下面的图片来概括：

消息转发

每一个步骤对象都有机会去处理未知的消息，并且越往后，代价越大。最好的情况就是在第一步处理完，因为在这一步runtime会把处理方法缓存到cache中，后面再次遇到这个方法就不会再触发消息转发流程。第二步其实就是第三步的一个简化流程，只需要提供一个备用的处理消息的对象就行了，而第三步还需要去创建和处理一个NSInvocation。

补充

一个未知的类方法其实与对象方法类似，只是抛出的异常信息稍有差别，我们忽略正常的流程，直接在mian.m中调用一个不存在的类方法+testClassMethod

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        [RLObject performSelector:@selector(testClassMethod)];
    }
    return 0;
}

此时控制台会打印如下错误信息：

+[RLObject testClassMethod]: unrecognized selector sent to class 0x100003ae8
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '+[RLObject testClassMethod]: unrecognized selector sent to class 0x100003ae8'

针对这样的异常可以在消息转发的第一步做出相应的补救，在RLObject.m中新增函数void classMethodIMP(id, SEL)，并实现方法+resolveClassMethod:

void classMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@"call classMethodIMP");
}

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(testClassMethod)) {
        class_addMethod(objc_getMetaClass(class_getName([self class])), sel, (IMP)classMethodIMP, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveClassMethod:sel];
}

这里我们有一点是需要注意的：就是类对象调用class方法是无法得到meta class的

参考

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