IOS －运行时 （消息传递 ）

一 函数调用概述

     Objective-C不支持多重继承（同Java和Smalltalk），而C++语言支持多重继承。 Objective-C是动态绑定，它的类库比C++要容易操作。Objective-C在运行时可以允许根据字符串名字来访问方法和类，还可以动态连接和添加类。 C++ 跟从面向对象编程里的Simula 67(一种早期OO语言）学派，而Objecive-C属于Smalltalk学派，Simula 67学派更安全，因为大部分错误可以在编译时查出。 在C++里，对象的静态类型决定你是否可以发送消息给它，而对Objective-C来说，由动态类型来决定。

     Objective-C比C++ 更强调类型的动态性，虽然牺牲了一些执行性能，但由于模型清晰，而牺牲的这些性能可以在今天由更先进的编译技术来弥补。

二 消息的产生

     在Objective-c中消息一直到运行时才能绑定到对应的函数:

     [reveiver message];

     编译器在处理时会将上面的表达式处理称下面这种形式：

     objc_msgSend(receiver,selector);

     如果方法有多个参数的时候会处理成下面这种形式：

     objc_msgSend(receiver,selector,arg1,arg2，…….); 

     现在我们知道了在Objective-c中函数调用都会被编译器进行预处理，调用obj_msgSend函数进行消息的发送。这里需要弄明白的selector是什么东东？receiver是怎么样来调用指定的函数的，它在背后是怎样实现的？下面将逐一解释。

三 类对象中与消息有关的结构

首先看一下与消息传递有关的几个数据结构和数据类型。

  1. struct objc_method_list **methodLists

  在上一节中知道在类对象objc_class中有一个结构体 struct objc_method_list **methodLists ，它其实是方法的映射表。

  下面是objc_method_list的结构

 struct objc_method_list {
    struct objc_method_list *obsolete                        
    int method_count                                         
    struct objc_method method_list[1]                       
 }

在objc_method_list中包含一个objc_method结构体

下面是objc_method的结构体

struct objc_method {   
       SEL  method_name 
char *method_types 
       IMP method_imp 
}  

   objc_method用来代表一个方法，其包含一个方法 SEL – 表示该方法的名称，一个types – 表示该方法的参数，一个 IMP - 指向该方法的具体实现的函数指针。 对于每个参数下面将具体说明。

     

      函数映射表的大致情况如下图所示

  2.SEL (An opaque type that represents a method selector)

    被定义为 typedef struct objc_selector *SEL 

  文档中并没有透露objc_selector是什么东西，但提供了@selector指令来生成：

    Objective-C在编译的时候,会根据方法的名字,生成 一个用来区分这个方法唯一的ID,这个ID就是 SEL类型的。（A selector is the name used to select a method to execute for an object, or the unique identifier that replaces the name when the source code is compiled. A selector by itself doesn’t do anything. It simply identifies a method. The only thing that makes the selector method name different from a plain string is that the compiler makes sure that selectors are unique. ）只要方法的名字(包括参数序列)相同,那么它们的 ID都是相同的。就是 说,不管是超类还是子类,不管是有没有超类和子类的关系,只要名字相同那么ID就是一样的。

          说的通俗点，SEL就是一个函数标识，该标识是编译器根据其函数声明原型生成的。那如果两个不同的类如果有相同的函数声明的话会生产相同的ID（Objective-c 是不支持在类内函数重载的），那怎样进行区分呢？请继续往下看！

  3.IMP ( A pointer to the function of a method implementation)

      被定义为typedef id (*IMP)(id, SEL, ...)   

     IMP是一个函数指针，它指向的函数第一个参数实例变量的地址，即接受消息的对象的地址(receiver)，第二个参数是SEL要调用的方法、第三个蚕食是函数参数，它是一个不定参数，函数的返回值为id类型。

     IMP 是消息最终调用的执行代码，该是方法是真正的实现代码 。我们可以像在Ｃ语言里面一样使用这个函数指针。

     - (void) viewDidLoad
     {
         [super viewDidLoad];
         //声明一个函数指针
         void (*MyPrint)(id,SEL,NSString*);  
         MyPrint = ( void (*)(id,SEL,NSString*) )[self methodForSelector:@selector(Print:)];    
         MyPrint(self,@selector(Print:),@"Hello World");
     }
     
     - (void) Print:(NSString*) str
     {
         NSLog(@"%@",str);     
     }

    - (IMP)methodForSelector:(SEL)aSelector 函数的作用是通过SEL生成的ID来查找和定位函数的实现地址。

    MyPrint(self,@selector(Print:),@"Hello World”); 调用MyPrint函数指针所指向的函数，参数分别为receiver,SEL和要传递给函数的参数。

      

   通过上面的例子，我们明白了通过函数的第一个参数receiver可以区分不同类的函数声明相同的函数。

四 Objective-c消息传递

通过上面的一层层剖析和前一节有关类对象的讲解，可能你大概明白了Objective-c中消息的传递方式了。

    首先，编译器根据函数声明生成一个唯一函数ID，每个实例变量的第一个成员是isa，它指向类对象，在类对象中保存有该类所拥有的方法列表，通过生成的的函数ID可以找到其对应的函数地址，从而调用函数。如果在当前类对象的函数映射表中没有找到函数的话，就继续搜索其父类中（每个类对象的super_class 存储了父类的类对象地址）,如果到达其根类还是没找到的话，会报运行时错误。 其过程如下图所示：

    消息的成功传递依赖于两个重要的要素,通过实例中的 isa指针找到实例所属的类对象，然后通过类对象中的消息映射表找到所要调用的函数。

    首先通过传递的selector参数找到消息映射表中的函数。然后调用函数,将实例的地址和参数传递给调用的这 个函数。最后返回返回值。 

    类类型的存在使objective-c拥有了运行时识别,动态创建,序列化等机制。

     3.消息接收者对象(指向消息接收者对象的指针)以及方法中指定的参数传递给方法实现 IMP。

     4.最后，将方法实现的返回值作为该函数的返回值返回。

    注：编译器会自动插入调用消息函数objc_msgSend，我们无须在代码中显示调用该消息函数。

五 消息传递小结

     到这里，我们已经大致明白了Objective-c 中消息的传递的整个过程。其实如果你熟悉MFC的话，你会发现Objective-c的运行时和MFC的RTTI挺像的。

    下图是MFC的运行时机制，CRuntimeClass相当于Objectiv-c的object_clas类对象，在CRuntimeClass中有指向基类函数的指针，与MFC不同的是object_class没有类似与m_pNext_ClassMFC成员。

     1.编译器会将消息转换为对消息函数 objc_msgSend的调用，该函数有两个主要的参数：消息接收者 receiver 和消息对应的方法ID，即SEL, 同时接收消息不定参数列表。

    2.objc_masSend 通过 receiver中的isa找到类对象，从而找到 SEL 对应的方法实现 IMP。注：因为不同的类对同一方法可能会有不同的实现，所以找到的方法实现依赖于消息接收者(receiver)。

下面再做一下详细消息传递过程：

                           

                           

       正因为有像CRuntimeClass和object_class这些类类型的存在才使得它们拥有了运行识别，动态创建，序列化等机制。

      下一节将对消息传递做进一步的深层次探究。