初步理解objc_msgSend

scar1900
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Objective-c方法调用本质上是消息传递。消息包括消息名称name,选择器selector（其实就是函数指针）。传递的消息可以接受参数，也可能有返回值。

C语言的函数调用

要理解OC的消息传递，就该说一下C语言的函数调用方式，毕竟OC是C语言的延伸语言。C语言使用静态绑定Static binding进行函数调用，说人话就是C语言在编译期就能决定运行时要调用的函数。比如：

#import <stdio.h>

void printHello() {
    printf("Hello,world!\n");
}

void printGoodbye() {
    printf("Goodbye,world!\n");
}

void doSomeThing(int type) {
    if (type == 0) {
        printHello();
    }else {
        printGoodbye();
    }
    return 0;
}

如果不考虑内联函数的情况（C语言中为提高函数调用的效率，直接将函数体对函数调用进行替换的方式），那么在C语言中，编译器在编译期就已经知道程序中有printHello和printGoodbye这两个函数了，于是就可以直接调用这两个函数的指令，实际上这两个函数的地址是被硬编码在指令里面的。

我们把上述例子改变一下：

#import <stdio.h>

void printHello() {
    printf("Hello,world!\n");
}

void printGoodbye() {
    printf("Goodbye,world!\n");
}

void doSomeThing(int type) {
    void (*fnc)();
    if (type == 0) {
        fnc = printHello;
    }else {
        fnc = printGoodbye;
    }
    fnc();
    return 0;
}

这时候就使用了动态绑定Dynamic binding，所调用的函数要到运行期才能确定。在第二个例子的代码中，只有一个函数调用指令，并且待调用函数的函数地址并不能硬编码在指令中，而是要等到运行期才能读取。

Objective-c的消息传递

在OC中，传递消息其实就是用动态绑定机制来决定需要调用的方法。在OC底层，所有的方法都是普通的C语言函数，对象收到消息后，调用哪个方法完全由运行时决定，甚至在程序运行的时候发生改变，所以OC是一门动态语言。

一个典型的方法调用或者说给对象发送消息可以这样来写：

    id returnValue = [someObj messageName:parameter];

someObj叫做接收者，messageName是选择器,选择器及其参数，一起被称为消息（Message）。编译器看到这条消息后，会把它转化为一条标准的C语言函数调用，这个是整个OC运行时消息传递机制的核心，也就是objc_msgSend，原型如下：

    void objc_msgSend(id self,SEL cmd,...)

objc_msgSend是一个参数可变函数,能接受两个或两个以上参数。第一个参数是接受者，第二个参数是选择器，其中SEL为选择器的类型，后面就是消息中的参数了，顺序不变。所以把刚才那个典型的方法调用转换如下：

    id returnValue = objc_msgSend(someObj,
                                @selector(messageName:),
                                parameter);

objc_msgSend函数会依据接受者和选择器的类型调用适当的方法。此时，objc_msgSend会在接收者所属的类中搜寻一个方法列表，如果能找到和选择器名称相符合的方法，就跳转到其实现的代码。如果找不到，就沿着继承体系继续向上查找，等找到合适的方法后再跳转。如果这时候还是找不到符合的方法，就执行消息转发(message forwarding)操作，这个会在下一篇文章中详解。下面用一个流程图说明上述过程：

在整个过程中，objc_msgSend会将匹配结果缓存在一个快速映射表里，每一个类都有一块这样的缓存。之后同一个类发送相同选择器的消息时，执行起来就会更快。但实际上，这种方式的速度还是不如静态绑定那么快，但大多数情况下，消息发送并不是一个应用程序的性能瓶颈，如果真的出现了性能问题，可以编写单纯的C语言函数，在调用时根据需要，传入OC对象即可。

边界情况

一些边界情况，OC的运行环境会提供另外一些对应的函数处理：

  • objc_msgSend_stret：处理待发送消息需要返回结构体的情况，但当结构体过大，导致CPU寄存器无法容纳时，会把消息交给另一个函数派发，把返回的机构体通过分配在栈上的某个变量处理。
  • objc_msgSend_fpret：处理待发送消息需要返回浮点数的情况。在某些架构的CPU中，需要对浮点寄存器做一些特殊处理，所以这时候调用objc_msgSend并不合适。
  • objc_msgSendSuper：向父类发送消息。

objc_msgSend找到对应的方法调用实现后，会直接跳转过去，OC中每一个方法都可以理解为是一个简单的C语言函数，原型如下：

    <return_type> Class_selecotor(id self,SEL _cmd,...)

每个类的方法列表中的指针都会指向这种函数，选择器就是查表时候所用的“键”。

这里我们发现，方法的原型模样和objc_msgSend有些类似，这不是巧合，而是OC利用了尾调用优化。

尾调用优化

如果某个函数最后一项操作也是调用另一个函数，那么就可以利用尾调用优化了。编译器会生成跳转到另一个函数所需要的指令码，而且不会向调用栈中推入新的栈帧。这里有几个需要解释的地方：

  • OC的方法调用会为objc_msgSend准备栈帧,是一个进栈的过程。
  • 当某个函数最后一项操作也是调用另一个函数，并且调用的函数不作为返回值另做他用，才能使用尾调用优化。

    比如最后返回return [self message:someMsg];时可以进行尾调用优化，但return [self message:someMsg]+1;这种情况不行，因为虽然调用了函数，但最终调用的函数是为返回值做准备的。

  • 尾调用优化会通过复用栈帧，避免调用方法时不断的进栈造成栈溢出最后程序崩溃。
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