Objective-C 2.0 方法调用中的动态绑定和消息转发

2018-03-30

OC方法调用的实质

动态绑定和消息转发的流程

动态绑定实例（添加实例方法、添加类方法）

消息转发实例

消息转发模拟“多继承”以及二者的区别

使用消息转发代替继承

OC方法调用的实质

我们都知道，OC是C语言的超集，赋予了C强大的动态特性，其功劳主要归功于OC的运行时系统（runtime）。OC调用方法的实质是发送消息（即objc_msgSend函数）。在编译期，对象理论上可以调用任何方法，即使此方法并没有实现。直到运行期，系统才会根据方法名（SEL）去class的数据结构中查找对应方法进行方法调用。

动态绑定和消息转发的流程

给对象（类的实例）发送消息（即调用方法）的大致流程如下：

根据实例的isa指针确定所属class
在class的缓存表中查看是否存在此方法。若存在，加入缓存表后，找到对应IMP直接调用
不存在缓存时，在class的方法表中查找。若存在，加入缓存表后，找到对应IMP直接调用
方法表不存在时，根据class的super_class指针，在父类的方法表中继续查找。若存在，加入缓存表后，找到对应IMP直接调用
都没有查找到时，runtime会启动动态绑定，调用resolveInstanceMethod方法，此时，可以动态添加此方法到class中。如已添加，加入缓存表后，找到对应IMP直接调用
若没有动态添加方法，runtime会启动快速消息转发机制，即调用forwardTargetForSelector方法。我们可以直接返回一个类实例，指定其为调用者的代理对象，直接执行其对应的方法
如果没有指定代理对象，runtime会启动完整的消息转发机制（forwardInvocation）：首先，调用methodSignatureForSelector方法，返回一个包含此方法实例对象的方法签名；接着，系统会根据此方法签名，生成一个NSInvacation对象（包含着方法选择器等信息），带有此参数并调用forwardInvocation方法。我们在forwardInvocation中，使用invacation对象调用invokeWithTarget方法，传入需要转发的实例对象。即完成了消息转发，系统会自动调用转发对象的对应方法，并将结果返回给最初的调用者。
如果我们没有把消息转发给任何对象，最后系统会调用doesNotRecognizeMethod方法，并在其内部抛出异常，即表示无法处理此消息，最终默认crash掉APP。

以上步骤中，1~4为方法的正常调用流程，5为动态绑定流程，6~8为消息转发流程。

转发一张动态绑定和消息转发的流程图（上面的步骤5~8）：

动态绑定实例

添加实例方法

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    [self performSelector:@selector(missingMethod:) withObject:@"haha"];
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (NSSelectorFromString(@"missingMethod:") == sel) {
        // 是我们调用的方法，使用runtime添加实现
        // 方法描述中，v--void；@--id；:--SEL
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)missingMethodIMP, "v@:@\"NSString\"");
        return YES;
    }
    
    // 返回默认实现
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
void missingMethodIMP(id self, SEL _cmd, NSString *param) {
    NSLog(@"calling missingMethodIMP with: %@", param);
}

添加类方法：

我们知道，与实例方法不同，类方法是保存在类所属元类的方法表中（即class -> isa -> meta class -> method list）。所以给类动态绑定类方法，需要绑定到元类中，通过resolveClassMethod进行添加：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    [[self class] performSelector:@selector(missingClassMethod:) withObject:@"haha"];
}
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {
    if (NSSelectorFromString(@"missingClassMethod:") == sel) {
        // 是我们调用的方法，使用runtime添加实现
        // 获取meta class
        const char *className = class_getName(self);
        id metaClass = objc_getMetaClass(className);
        // 添加方法
        return class_addMethod(metaClass, sel, (IMP)missingClassMethodIMP, "v@:@\"NSString\"");
    }
    
    return [super resolveClassMethod:sel];
}
void missingClassMethodIMP(id self, SEL _cmd, NSString *param) {
    NSLog(@"calling missingClassMethodIMP with: %@", param);
}

消息转发实例

这里只列举了实例方法的消息转发。对于类方法的消息转发，只需将对应的“-”改为“+”即可。

#import <Foundation/Foundation.h>
@interface ClassAForForward : NSObject
@end
#import "ClassAForForward.h"
#import "ClassBForForward.h"
@implementation ClassAForForward
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    // 这里只是演示一下，首先会进入动态绑定过程
    // 由于没有任何作用，会进入消息转发流程
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    // 此方法可以直接指定转发的对象
    // 省略了获取方法签名和生成转发对象组合的方式
    // 效率高
    if (aSelector == NSSelectorFromString(@"methodB")) {
        return [[ClassBForForward alloc] init];
    }
    // 直接返回，则会触发完整的消息转发机制
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    NSMethodSignature *signature = [super methodSignatureForSelector:aSelector];
    if (!signature) {
        // 找不到SEL对应的方法签名，
        // 提供一个自定义的方法签名，返回给本类用于转发调用（forwardInvocation）
        ClassBForForward *bInstance = [[ClassBForForward alloc] init];
        // 将带有此selector的类的方法签名返回给本类
        // 使本类调用“转发调用”方法（forwardInvocation）【即runtime会生成一个invocation传入到转发方法中并调用】
        // 相当于带有selector的类实例“代理”了本类执行selector
        signature = [bInstance methodSignatureForSelector:aSelector];
    }
    return signature;
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    SEL aSelector = [anInvocation selector];
    if (aSelector) {
        // 本类实例指定代理对象来调用selector
        // 转发给代理对象
        ClassBForForward *bInstance = [[ClassBForForward alloc] init];
        [anInvocation invokeWithTarget:bInstance];
    } else {
        // 返回给系统继续调用（调用doesNotRecognizeSelector方法）
        [super forwardInvocation:anInvocation];
    }
}
- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
    // 最终无法转发的方法，会执行这里，之后默认crash
    [super doesNotRecognizeSelector:aSelector];
}
@end

消息转发模拟“多继承”以及二者的区别

面向对象编程，其实根本目的就是为了代码复用。面向对象的方式之一就是继承，但由于OC只支持单继承，一定程度上减少了很多代码复用的机会，而且并不是所有的类都可以直接继承（如OC的类簇）。而消息转发机制可以在一定程度上解决这个问题。

个人理解，消息转发实际上与代理模式一样，调用者本身不具备指定功能，通过代理对象调用方法来间接实现自己的功能。外部看起来与本身直接调用一样。当把多个功能分别转发给多个对象后，调用者本身就具备了多个类的多种功能，看起来就像是多继承一样。这也就赋予了OC“多继承”的功能，而且实现了代码复用（功能复用）。

但是消息转发和真正的多继承还是存在明显区别的：

多继承是“多合一”：多个父类的功能组合生成子类，子类的功能及结构会变多且复杂。
消息转发是“一分多”：通过代理对象，将多个功能分发到多个类中进行实现，本类的实际结构和功能则相对简单，且对外部透明。

使用消息转发代替继承

虽然消息转发隐藏了细节，在外部看起来像是调用类存在某种功能（实现了这个方法），或者是你认为调用类“继承”了转发类。但实际上，通过诸如respondsToSelector、isKindOfClass等函数还是可以识别出真相（此类函数只会查看本身的继承链，不会查看转发链）。如果你想要完全模拟“继承”，则需要覆盖此类方法才行。
官方文档有说过，一定要慎用消息转发，在没有彻底弄清转发机制和本类及转发类的功能时，不要乱用这个机制。

参考内容：