Objective-C中的 self 和 super

在Objective-C的开发中，经常使用self和super关键字，self是调用对象本身的方法，而super是调用父类的方法。那么本篇文章来研究一个有意思的问题。

一、提出问题

在objc源码工程中新建Person类并继承自NSObject，空实现；在新建Teacher类并继承自Person，然后添加一个-printClass方法：

// Teacher.h
@interface Teacher : Person

- (void)printClass;

@end

// Teacher.m
@implementation Teacher

- (void)printClass {
    Class tCls = [self class];
    Class sCls = [super class];
    NSLog(@"class: %@, super: %@", tCls, sCls);
}

@end

将main.m中main函数修改如下：

// main.m
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Teacher *teacher = [[Teacher alloc] init];
        NSLog(@"teacher: %@", teacher);
        [teacher printClass];
    }
    return 0;
}

运行程序，控制台输出如下：

2020-02-06 21:07:42.472001+0800 objc-debug[2013:81119] teacher: <Teacher: 0x100fc7450>
2020-02-06 21:07:42.472830+0800 objc-debug[2013:81119] class: Teacher, super: Teacher
Program ended with exit code: 0

可以看到，[self class]和[super class]输出的都是Teacher，可Teacher明明是继承自Person的，调用[super class]不是应该输出Person吗？

二、问题分析

2.1 源码分析

从NSObject的实例方法-class的实现分析一下：

- (Class)class {
    return object_getClass(self);
}

Class object_getClass(id obj)
{
    if (obj) return obj->getIsa();
    else return Nil;
}

它返回的是对象的isa，也就是类，按照这个实现，入参obj似乎只能是teacher实例。验证一下这个推测，将Teacher中-printClass方法修改一下，只研究[super class]：

// Teacher.m
@implementation Teacher

- (void)printClass {
    Class sCls = [super class];
    NSLog(@"super: %@", sCls);
}

@end

在第5行处打上断点，运行程序，来到上述断点后，再在object_getClass()函数的第一行打上断点，然后继续运行：  我们看到，入参obj是Teacher类型实例，正是我们在main函数中创建的teacher（注意控制台输出是main函数的输出），也就是说，虽然是通过super关键字调用的-class方法，但毕竟-printClass是Teacher类的实例方法，在调用object_getClass()入参依然是teacher实例，那么teacher->isa获取到就是Teacher类

2.2 汇编分析

上面只是打了个断点从现象上分析了原因，但是原理是什么，并没有讲清楚。下面同汇编入手来探究一下其根本原因。在-printClass方法的第一行代码打上断点（上述代码块第5行），运行程序来到断点后，Xcode菜单->Debug->Debug Workflow->Always Show Disassembly，断点会来到汇编中：  调用[super class]实际也是发送消息，调用了objc_msgSendSuper2()，在objc源码中搜索后发现是由汇编实现的，但在objc-abi.h中有定义：

OBJC_EXPORT id _Nullable
objc_msgSendSuper2(struct objc_super * _Nonnull super, SEL _Nonnull op, ...)
    OBJC_AVAILABLE(10.6, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

其第一个参数是objc_super结构体对象，第二个参数是SEL，此处SEL也就是-class，看一下objc_super的定义：

/// Specifies the superclass of an instance. 
struct objc_super {
    /// Specifies an instance of a class.
    __unsafe_unretained _Nonnull id receiver;

    /// Specifies the particular superclass of the instance to message. 

    __unsafe_unretained _Nonnull Class super_class;
    /* super_class is the first class to search */
};

objc_super有两个成员，一个receiver，即消息接受者，一个super_class，即父类。另外注意最后一行注释，说super_class是首先进行消息查找的类，也就是说，消息查找时，不查找当前类，直接从父类开始查找。

2.3 模拟向父类发送消息

通过前面的输出结果，以及上面的分析，可以推测objc_super的成员receiver就是teacher实例，根据这个推测我们模拟一下[super class]的过程。
将-printClass方法修改如下：

// Teacher.m
#import "Teacher.h"
#import "objc/message.h"

@implementation Teacher

- (void)printClass {
    
    struct objc_super mySuper = {
        self,
        [Person class]
    };
    
    objc_msgSendSuper(&mySuper, @selector(class));
}

@end

可能会有下图所示的报错：

 按照下图步骤修改即可：

 然后Person实现如下：

// Person.m
#import "Person.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation Person

- (Class)class {
    NSLog(@"person self: %@", self);
    return object_getClass(self);
}

@end

运行程序，控制台输出（log实际会输出很多行，这是因为系统会自动多次调用-class方法）：

...
2020-02-06 22:31:23.059597+0800 objc-debug[2625:124099] person self: <Teacher: 0x101127860>
2020-02-06 22:31:23.059694+0800 objc-debug[2625:124099] teacher: <Teacher: 0x101127860>
2020-02-06 22:31:23.059826+0800 objc-debug[2625:124099] person self: <Teacher: 0x101127860>
...

Person的实例方法中的self就是teacher实例，其实就是objc_super的成员receiver。为了验证这个说法，我们把receiver改一下：

- (void)printClass {
    
    Teacher *tc = [[Teacher alloc] init];
    NSLog(@"tc: %@", tc);
    struct objc_super mySuper = {
        tc,
        [Person class]
    };
    
    objc_msgSendSuper(&mySuper, @selector(class));
}

新创建一个Teacher实例tc，将它作为receiver穿进去。运行程序：

2020-02-06 22:41:26.432620+0800 objc-debug[2700:130559] person self: <Teacher: 0x101931650>
2020-02-06 22:41:26.432882+0800 objc-debug[2700:130559] teacher: <Teacher: 0x101931650>
2020-02-06 22:41:26.440264+0800 objc-debug[2700:130559] person self: <Teacher: 0x101e01b50>
2020-02-06 22:41:26.440359+0800 objc-debug[2700:130559] tc: <Teacher: 0x101e01b50>
2020-02-06 22:41:26.440516+0800 objc-debug[2700:130559] person self: <Teacher: 0x101e01b50>

我们是在输出teacher之后才调用的-printClass，可以看到在此之后Person输出的self就是tc。

三、总结

在使用self和super关键字调用方法时，self和super并不是消息的接收者，而仅仅是告诉编译器，从什么地方开始查找方法，真正的消息接收者是当前对象本身。 比如在一个实例方法中执行[super xxx]，实际会执行objc_msgSend(self, xxx, ...)，第一个参数即消息接收者self，而不是super，因为super只是一个关键字，并不是一个可以作为消息接收者的对象。