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深入浅出 Runtime(四):super 的本质

Runtime 系列文章

深入浅出 Runtime(一):初识
深入浅出 Runtime(二):数据结构
深入浅出 Runtime(三):消息机制
深入浅出 Runtime(四):super 的本质
深入浅出 Runtime(五):相关面试题

1. objc_super 与 objc_msgSendSuper

我们先来看两个数据结构objc_superobjc_super2

它们的区别在于第二个成员:

  • objc_super:super_class // receiverClass 的父类
  • objc_super2:current_class // receiverClass(消息接收者的class对象)
// message.h(objc4)
struct objc_super {
    __unsafe_unretained _Nonnull id receiver;  // 消息接收者
#if !defined(__cplusplus)  &&  !__OBJC2__
    /* For compatibility with old objc-runtime.h header */
    __unsafe_unretained _Nonnull Class class;
#else
    __unsafe_unretained _Nonnull Class super_class;  // receiverClass 的父类
#endif
    /* super_class is the first class to search */
};

// objc_runtime_new.h(objc4)
struct objc_super2 {
    id receiver;  // 消息接收者
    Class current_class;  // receiverClass(消息接收者的class对象)
};
复制代码

再来看两个函数objc_msgSendSuper()objc_msgSendSuper2()

从源码来看,两个函数所接收的参数没有区别。

但是从官方注释我们可以推测,objc_msgSendSuper2() 函数所接收的第一个参数应该为objc_super2而非objc_super

// message.h(objc4)
void objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ )

// objc-abi.h(objc4)
// objc_msgSendSuper2() takes the current search class, not its superclass.
id _Nullable objc_msgSendSuper2(struct objc_super * _Nonnull super, SEL _Nonnull op, ...)
复制代码

2. self 和 super

self

  • OC 方法都带有两个隐式参数:(id)self(SEL)_cmd
  • self 是一个对象指针,指向当前方法的调用者/消息接收者;
    • 如果是实例方法,它就是指向当前类的实例对象;
    • 如果是类方法,它就是指向当前类的类对象。
  • 当使用 self 调用方法的时候,底层会转换为objc_msgSend()函数的调用,通过上一篇文章可以知道,该函数会从当前消息接收者类中开始查找方法的实现。

super

  • super 是一个编译器指令;
  • 当使用 super 调用方法的时候,底层会转换为objc_msgSendSuper2()函数的调用,该函数会从当前消息接受者类的父类中开始查找方法的实现。

3. super 本质

我们通过 clang 将以下 OC 代码 转换为 C++ 代码:

    [super viewDidLoad];
复制代码
    // 转换为 C++
    ((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));
    // 简化
    struct objc_super arg = {
        self,
        class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))
    };
    objc_msgSendSuper(arg, sel_registerName("viewDidLoad"));
复制代码

可以看到,Runtime 将super转换为objc_msgSendSuper()函数的调用,参数为objc_superSEL

LLVM & 中间代码

那么为什么前面说super会转换为objc_msgSendSuper2()函数的调用呢?

因为转成的 C++ 的实现和真正的底层实现是有差异的,

LLVM编译器会将 “ OC 代码” 先转成 “中间代码(.ll)” 再转成 “汇编、机器代码”,该中间代码非 C/C++。

可以使用以下命令行指令生成中间代码:clang -emit-llvm -S main.m
具体可以查看官方文档 LLVM,这里不做过多介绍。

通过汇编验证

将 ViewController.m 文件转换成汇编代码进行验证:

查看第 18 行代码即[super viewDidLoad]转换成的汇编代码

以上可以看到,[super viewDidLoad]底层实际上是转换成了objc_msgSendSuper2()函数的调用而非objc_msgSendSuper()

super 本质

当使用 super 调用方法的时候,底层会转换为objc_msgSendSuper2()函数的调用,该函数接收两个参数struct objc_super2 SEL

struct objc_super2 {
    id receiver;  // 消息接收者
    Class current_class;  // receiverClass
};
id _Nullable objc_msgSendSuper2(struct objc_super * _Nonnull super, SEL _Nonnull op, ...)
复制代码

objc_msgSendSuper2()函数内部会通过current_classsuperclass指针拿到它的父类,从父类开始查找方法的实现。忽略“从 receiverClass 中查找方法的过程”,对应下图就是直接从第 5 步开始。

objc_msgSendSuper2()执行流程

要注意receiver消息接收者还是子类对象,而不是父类对象,只是查找方法实现的范围变了。

4. 相关面试题

Q:调用以下 init 方法的打印结果是什么?

@interface HTPerson : NSObject
@end

@interface HTStudent : HTPerson
@end

@implementation HTStudent
- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        
        NSLog(@"[self class] = %@",[self class]);
        NSLog(@"[super class] = %@",[super class]);
        NSLog(@"[self superclass] = %@",[self superclass]);
        NSLog(@"[super superclass] = %@",[super superclass]);
        
    }
    return self;
}
@end
复制代码

[self class] = HTStudent
[super class] = HTStudent
[self superclass] = HTPerson
[super superclass] = HTPerson

classsuperclass方法的实现在 NSObject 类中,可以看到它们的返回值取决于receiver

+ (Class)class {
    return self;
}
- (Class)class {
    return object_getClass(self);
}
+ (Class)superclass {
    return self->superclass;
}
- (Class)superclass {
    return [self class]->superclass;
}
复制代码

[self class]是从receiverClass开始查找方法的实现,如果没有重写的情况,则会一直找到基类 NSObject,然后调用。

[super class]是从receiverClass->superclass开始查找方法的实现,如果没有重写的情况,则会一直找到基类 NSObject,然后调用。

由于receiver相同,所以它们的返回值是一样的。

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