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探秘OC消息发送机制

整体分析

runtime的消息机制总体可以被分为三部分，也会被拆分为四步或者其他拆分法，总之流程对就行。

1. 消息发送：刚调用objc_msgSend函数后，内部的一些处理逻辑。会涉及到cache list和method list等。
2. 动态方法解析：允许开发者动态创建方法。
3. 消息转发：进入消息转发阶段。

方法调用

流程

当一个对象被创建时，系统会为其分配内存，并完成默认的初始化工作，例如对实例变量进行初始化。对象第一个变量是指向其类对象的isa指针，isa指针可以访问其类对象，并且通过其类对象拥有访问其所有继承者链中的类。

当对象接收到一条消息时，消息函数随着对象isa指针到类的结构体中，在method list中查找方法selector。如果在本类中找不到对应的selector，则objc_msgSend会向其父类的method list中查找selector，如果还不能找到则沿着继承关系一直向上查找，直到找到NSObject类。

runtime在selector查找的过程做了优化，为类的结构体中增加了cache字段，每个类都有独立的cache，在一个selector被调用后就会加入到cache中。在每次搜索方法列表之前，都会先检查cache中有没有，如果没有才调用方法列表，这样会提高方法的查找效率。

如果通过OC代码的调用都会走消息发送的阶段，如果不想要消息发送的过程，可以获取到方法的函数指针直接调用。通过NSObject的methodForSelector:方法可以获取到函数指针，获取到指针后需要对指针进行类型转换，转换为和调用函数相符的函数指针，然后发起调用即可。

void (*setter)(id, SEL, BOOL);
int i;
 
setter = (void (*)(id, SEL, BOOL))[target
    methodForSelector:@selector(setFilled:)];
for ( i = 0 ; i < 1000 ; i++ )
    setter(targetList[i], @selector(setFilled:), YES);

objc_msgSend

在OC中方法调用是通过runtime实现的，runtime进行方法调用本质上是发送消息，通过objc_msgSend()函数进行消息发送。

例如下面的OC代码会被转换为runtime代码。

原方法：[object testMethod]
转换后的调用：objc_msgSend(object, @selector(testMethod));

发送消息的第二个参数是一个SEL类型的参数，在项目里经常会出现，不同的类定义了相同的方法，这样就会有相同的SEL。那么问题就来了，也是很多人博客里都问过的一个问题，不同类的SEL是同一个吗？

然而，事实是通过我们的验证，创建两个不同的类，并定义两个相同的方法，通过@selector()获取SEL并打印。我们发现SEL都是同一个对象，地址都是相同的。由此证明，不同类的相同SEL是同一个对象。

@interface TestObject : NSObject
- (void)testMethod;
@end

@interface TestObject2 : NSObject
- (void)testMethod;
@end

// TestObject2实现文件也一样
@implementation TestObject
- (void)testMethod {
    NSLog(@"TestObject testMethod %p", @selector(testMethod));
}
@end

// 结果：
TestObject testMethod 0x100000f81
TestObject2 testMethod 0x100000f81

在runtime中维护了一个SEL的表，这个表存储SEL不按照类来存储，只要相同的SEL就会被看做一个，并存储到表中。在项目加载时，会将所有方法都加载到这个表中，而动态生成的方法也会被加载到表中。

objc_msgSendSuper

一个对象被创建后，自身的类及其父类一直到NSObject类的部分，都会包含在对象的内存中，例如其父类的实例变量。当通过[super class]的方式调用其父类的方法时，会创建一个结构体。

struct objc_super { id receiver; Class class; };

对super的调用会被转化为objc_msgSendSuper()的调用，并在其内部调用objc_msgSend()函数。有一点需要注意，尽管是通过[super class]的方式调用的，但传入的receiver对象仍然是self，返回结果也是self的class。

由此可知，当前对象无论调用任何方法，receiver都是当前对象。但是，objc_msgSendSuper方法的意义在于，查找方法实现时，从父类的类对象中去搜索，而不是从当前类对象中去搜索。

objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))

在objc_msg.s中，存在多个版本的objc_msgSend函数。内部实现逻辑大体一致，都是通过汇编实现的，只是根据不同的情况有不同的调用。

objc_msgSend
objc_msgSend_fpret
objc_msgSend_fp2ret
objc_msgSend_stret
objc_msgSendSuper
objc_msgSendSuper_stret
objc_msgSendSuper2
objc_msgSendSuper2_stret

在上面源码中，带有super的会在外界传入一个objc_super的结构体对象。stret表示返回的是struct类型，super2是objc_msgSendSuper()的一种实现方式，不对外暴露。

struct objc_super {
 id receiver;
 Class class;
};

fp则表示返回一个long double的浮点型，而fp2则返回一个complex long double的复杂浮点型，其他float、double的普通浮点型都用objc_msgSend。除了上面这些情况外，其他都通过objc_msgSend()调用。

隐藏参数

❝

我们在方法内部可以通过self获取到当前对象，但是self又是从哪来的呢？

方法实现的本质也是C函数，C函数除了方法传入的参数外，还会有两个默认参数，这两个参数在通过objc_msgSend()调用时也会传入。这两个参数在runtime中并没有声明，而是在编译时自动生成的。

从objc_msgSend的声明中可以看出这两个隐藏参数的存在。

objc_msgSend(void /* id self, SEL op, ... */ )

• self，调用当前方法的对象。
• _cmd，当前被调用方法的SEL。

虽然这两个参数在调用和实现方法中都没有明确声明，但是我们仍然可以使用它。响应对象就是self，被调用方法的selector是_cmd。

- (void)method {
    id  target = getTheReceiver();
    SEL method = getTheMethod();
 
    if ( target == self || method == _cmd )
        return nil;
    return [target performSelector:method];
}

源码分析

_objc_msgSend汇编

在runtime中，objc_msgSend函数也是开源的，但其是通过汇编代码实现的，arm64架构代码可以在objc-msg-arm64.s中找到。在runtime中，很多执行频率比较高的函数，都是用汇编写的。

objc_msgSend并不是完全开源的，在_class_lookupMethodAndLoadCache3函数中已经获取到Class参数了。所以在下面中有一个肯定是对象中获取isa_t的过程，从方法命名和注释来看，应该是GetIsaFast汇编命令。如果这样的话，就可以从消息发送到调用流程衔接起来了。

ENTRY _objc_msgSend
 MESSENGER_START

 NilTest NORMAL

 GetIsaFast NORMAL  // r11 = self->isa
 CacheLookup NORMAL  // calls IMP on success

 NilTestSupport NORMAL

 GetIsaSupport    NORMAL

// cache miss: go search the method lists
LCacheMiss:
 // isa still in r11
 MethodTableLookup %a1, %a2 // r11 = IMP
 cmp %r11, %r11  // set eq (nonstret) for forwarding
 jmp *%r11   // goto *imp

 END_ENTRY _objc_msgSend

• MESSENGER_START：消息开始执行。
• NilTest：判断接收消息的对象是否为nil，如果为nil则直接返回，这就是对nil发送消息无效的原因。
• GetIsaFast：快速获取到isa指向的对象，是一个类对象或元类对象。
• CacheLookup：从cache list中获取缓存selector，如果查到则调用其对应的IMP。
• LCacheMiss：缓存没有命中，则执行此条汇编下面的方法。
• MethodTableLookup：如果缓存中没有找到，则从method list中查找。

方法缓存

如果每次进行方法调用时，都按照对象模型来进行方法列表的查找，这样是很消耗时间的。runtime为了优化调用时间，在objc_class中添加了一个cache_t类型的cache字段，通过缓存来优化调用时间。

在执行objc_msgSend函数的消息发送过程中，同一个方法第一次调用是没有缓存的，但调用之后就会存在缓存，之后的调用就直接调用缓存。所以方法的调用，可以分为有缓存和无缓存两种，这两种情况下的调用堆栈是不同的。

首先是从缓存中查找IMP，但是由于cache3调用lookUpImpOrForward函数时，已经查找过cache了，所以传入的是NO，不进入查找cahce的代码块中。

struct cache_t {
    // 存储被缓存方法的哈希表
    struct bucket_t *_buckets;
    // 占用的总大小，哈希表的长度减一
    mask_t _mask;
    // 已使用大小
    mask_t _occupied;
}

在哈希表bucket_t的定义中，通过cache_key_t作为存储的key，在调用方法时会先查找缓存，如果key能匹配上，则调用对应的函数地址。

struct bucket_t {
    // SEL作为key
    cache_key_t _key;
    // 函数地址
    IMP _imp;
};

当给一个对象发送消息时，runtime会沿着isa找到对应的类对象，但并不会立刻查找method_list，而是先查找cache_list，如果有缓存的话优先查找缓存，没有再查找方法列表。

这是runtime对查找method的优化，理论上来说在cache中的method被访问的频率会更高。cache_list由cache_t定义，内部有一个bucket_t的数组，数组中保存IMP和key，通过key找到对应的IMP并调用。具体源码可以查看objc-cache.mm。

如果类对象没有被初始化，并且lookUpImpOrForward函数的initialize参数为YES，则表示需要对该类进行创建。函数内部主要是一些基础的初始化操作，而且会递归检查父类，如果父类未初始化，则先初始化其父类对象。随后会查找父类的cache，如果cache里没有就会查找父类的方法列表，以此类推。一直找到NSObject，如果依然没有则方法未找到并出现异常。

STATIC_ENTRY _cache_getImp

mov r9, r0
CacheLookup NORMAL
// cache hit, IMP in r12
mov r0, r12
bx lr   // return imp
 
CacheLookup2 GETIMP
// cache miss, return nil
mov r0, #0
bx lr

END_ENTRY _cache_getImp

下面会进入cache_getImp的代码中，然而这个函数不是开源的，但是有一部分源码可以看到，是通过汇编写的。其内部调用了CacheLookup和CacheLookup2两个函数，这两个函数也都是汇编写的。

经过第一次调用后，就会存在缓存。进入objc_msgSend后会调用CacheLookup命令，如果找到缓存则直接调用。但是runtime并不是完全开源的，内部很多实现我们依然看不到，CacheLookup命令内部也一样，只能看到调用完命令后就开始执行我们的方法了。

CacheLookup NORMAL, CALL

在cache list中找不到方法的情况下，会通过MethodTableLookup宏定义从类的方法列表中，查找对应的方法。在MethodTableLookup中本质上也是调用_class_lookupMethodAndLoadCache3函数，只是在传参时cache字段传NO，表示不从cache list中查找。

在cache3函数中，是直接调用的lookUpImpOrForward函数，这个函数内部实现很复杂，可以看一下runtime analyze。在这个里面直接搜lookUpImpOrForward函数名即可，可以详细看一下内部实现逻辑。

runtime analyze链接:https://github.com/DeveloperErenLiu/RuntimeAnalyze

转发核心源码

在上面objc_msgSend汇编实现中，存在一个MethodTableLookup的汇编调用。在这条汇编调用中，调用了查找方法列表的C函数。下面是精简版代码。

需要注意的是，汇编中的代码会比C语言多一个下划线，以__class_lookupMethodAndLoadCache3函数的调用为例，如果是C语言应该去掉一个下划线，改成_class_lookupMethodAndLoadCache3来搜索。

.macro MethodTableLookup
 
   // 调用MethodTableLookup并在内部执行cache3函数(C函数)
 bl __class_lookupMethodAndLoadCache3
 mov r12, r0   // r12 = IMP

.endmacro

在MethodTableLookup中通过调用_class_lookupMethodAndLoadCache3函数，来查找方法列表。函数内部是通过lookUpImpOrForward函数实现的，在调用时cache字段传入NO，表示不需要查找缓存了，因为在cache3函数上面已经通过汇编查找过了。

由于_class_lookupMethodAndLoadCache3函数只做了一个中转，所以在最新的objc4-779.1版本中已经没有这个函数，而是直接由汇编调用lookUpImpOrForward函数。

IMP _class_lookupMethodAndLoadCache3(id obj, SEL sel, Class cls)
{
    // 通过cache3内部调用lookUpImpOrForward函数
    return lookUpImpOrForward(cls, sel, obj, 
                              YES/*initialize*/, NO/*cache*/, YES/*resolver*/);
}

lookUpImpOrForward函数是支持多线程的，所以内部会有很多锁操作。其内部有一个rwlock_t类型的runtimeLock变量，有runtimeLock控制读写锁。其内部有很多逻辑代码，这里把函数内部实现做了精简，把核心代码贴到下面。

通过类对象的isRealized函数，判断当前类是否被实现，如果没有被实现，则通过realizeClass函数实现该类。在realizeClass函数中，会设置version、rw、superClass等一些信息。

// 执行查找imp和转发的代码
IMP lookUpImpOrForward(Class cls, SEL sel, id inst, 
                       bool initialize, bool cache, bool resolver)
{
    IMP imp = nil;
    bool triedResolver = NO;

    runtimeLock.assertUnlocked();

    // 如果cache是YES，则从缓存中查找IMP。如果是从cache3函数进来，则不会执行cache_getImp()函数
    if (cache) {
        // 通过cache_getImp函数查找IMP，查找到则返回IMP并结束调用
        imp = cache_getImp(cls, sel);
        if (imp) return imp;
    }

    runtimeLock.read();

    // 判断类是否已经被创建，如果没有被创建，则将类实例化
    if (!cls->isRealized()) {
        // 对类进行实例化操作
        realizeClass(cls);
    }

    // 第一次调用当前类的话，执行initialize的代码
    if (initialize  &&  !cls->isInitialized()) {
        // 对类进行初始化，并开辟内存空间
        _class_initialize (_class_getNonMetaClass(cls, inst));
    }
    
 retry:    
    runtimeLock.assertReading();

    // 从子类的缓存列表中查找，如果从子类的缓存中找到则直接结束
    imp = cache_getImp(cls, sel);
    if (imp) goto done;
    
    {
        // 如果没有从子类的缓存列表中找到，则从子类的方法列表中查找
        Method meth = getMethodNoSuper_nolock(cls, sel);
        if (meth) {
            // 如果从子类的方法列表中查找到实现，则加入缓存并从Method获取IMP
            log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, cls);
            imp = meth->imp;
            goto done;
        }
    }

    // 如果在当前类中没有找到，则向父类查找方法，会逐级向上查找，直到NSObject根类
    {
        unsigned attempts = unreasonableClassCount();
        // 循环获取这个类的缓存IMP或方法列表的IMP
        for (Class curClass = cls->superclass;
             curClass != nil;
             curClass = curClass->superclass)
        {
            if (--attempts == 0) {
                _objc_fatal("Memory corruption in class list.");
            }
            
            // 获取父类缓存的IMP
            imp = cache_getImp(curClass, sel);
            if (imp) {
                if (imp != (IMP)_objc_msgForward_impcache) {
                    // 如果发现父类的缓存方法，会将父类方法缓存到子类的缓存列表中
                    log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
                    goto done;
                }
                else {
                    break;
                }
            }
            
            // 如果父类缓存中没有，则查找父类的方法列表
            // 方法内部会判断方法数组是否排序，如果排序则使用二分查找，未排序则使用遍历
            Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
            if (meth) {
                // 在父类的方法列表中查找到，将父类的方法缓存到子类的缓存列表中
                log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, curClass);
                imp = meth->imp;
                goto done;
            }
        }
    }

    // 如果没有找到方法实现，则尝试动态方法解析
    if (resolver  &&  !triedResolver) {
        runtimeLock.unlockRead();
        _class_resolveMethod(cls, sel, inst);
        runtimeLock.read();
        triedResolver = YES;
        goto retry;
    }

    // 如果没有IMP被发现，并且动态方法解析也没有处理，则进入消息转发阶段
    imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
    cache_fill(cls, sel, imp, inst);

 done:
    runtimeLock.unlockRead();

    return imp;
}

在方法第一次调用时，可以通过cache_getImp函数查找到缓存的IMP。但如果是第一次调用，就查不到缓存的IMP，就会进入到getMethodNoSuper_nolock函数中执行。下面是getMethod函数的关键代码。

getMethodNoSuper_nolock(Class cls, SEL sel) {
    // 根据for循环，从methodList列表中，从头开始遍历，每次遍历后向后移动一位地址。
    for (auto mlists = cls->data()->methods.beginLists(), 
              end = cls->data()->methods.endLists(); 
         mlists != end;
         ++mlists)
    {
        // 对sel参数和method_t做匹配，如果匹配上则返回。
        method_t *m = search_method_list(*mlists, sel);
        if (m) return m;
    }

    return nil;
}

当调用一个对象的方法时，查找对象的方法，本质上就是遍历对象isa所指向类的方法列表，并用调用方法的SEL和遍历的method_t结构体的name字段做对比，如果相等则将IMP函数指针返回。

// 根据传入的SEL，查找对应的method_t结构体
static method_t *search_method_list(const method_list_t *mlist, SEL sel)
{
    int methodListIsFixedUp = mlist->isFixedUp();
    int methodListHasExpectedSize = mlist->entsize() == sizeof(method_t);
    
    if (__builtin_expect(methodListIsFixedUp && methodListHasExpectedSize, 1)) {
        return findMethodInSortedMethodList(sel, mlist);
    } else {
        for (auto& meth : *mlist) {
            // SEL本质上就是字符串，查找的过程就是进行字符串对比
            if (meth.name == sel) return &meth;
        }
    }

    if (mlist->isFixedUp()) {
        for (auto& meth : *mlist) {
            if (meth.name == sel) {
                _objc_fatal("linear search worked when binary search did not");
            }
        }
    }

    return nil;
}

在getMethod函数中，主要是对Class的methods方法列表进行查找和匹配。类的方法列表都在Class的class_data_bits_t中，通过data()函数从bits中获取到class_rw_t的结构体，然后获取到方法列表methods，并遍历方法列表。

如果从当前类中获取不到对应的IMP，则进入循环中。循环是从当前类出发，沿着继承者链的关系，一直向根类查找，直到找到对应的IMP实现。

查找步骤和上面也一样，先通过cache_getImp函数查找父类的缓存，如果找到则调用对应的实现。如果没找到缓存，表示第一次调用父类的方法，则调用getMethodNoSuper_nolock函数从方法列表中获取实现。

for (Class curClass = cls->superclass;
             curClass != nil;
             curClass = curClass->superclass)
{
    imp = cache_getImp(curClass, sel);
    if (imp) {
        if (imp != (IMP)_objc_msgForward_impcache) {
            log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
            goto done;
        }
    }
    
    Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
    if (meth) {
        log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, curClass);
        imp = meth->imp;
        goto done;
    }
}

如果没有找到方法实现，则会进入动态方法决议的步骤。在if语句中会判断传入的resolver参数是否为YES，并且会判断是否已经有过动态决议，因为下面是goto retry，所以这段代码可能会执行多次。

if (resolver  &&  !triedResolver) {
    _class_resolveMethod(cls, sel, inst);
    triedResolver = YES;
    goto retry;
}

如果满足条件并且是第一次进行动态方法决议，则进入if语句中调用_class_resolveMethod函数。动态方法决议有两种，_class_resolveClassMethod类方法决议和_class_resolveInstanceMethod实例方法决议。

BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (__typeof__(msg))objc_msgSend;
bool resolved = msg(cls, SEL_resolveInstanceMethod, sel);

在这两个动态方法决议的函数实现中，本质上都是通过objc_msgSend函数，调用NSObject中定义的resolveInstanceMethod:和resolveClassMethod:两个方法。

可以在这两个方法中动态添加方法，添加方法实现后，会在下面执行goto retry，然后再次进入方法查找的过程中。如果对未实现的SEL添加了实现代码，则这次执行会找到对应的实现并调用，否则就会再次进入triedResolver的判断，由于已经执行过一次，triedResolver为YES，则会进入消息转发流程。

从triedResolver参数可以看出，动态方法决议的机会只有一次，如果这次再没有找到，则进入消息转发流程。

imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
cache_fill(cls, sel, imp, inst);

如果经过上面这些步骤，还是没有找到方法实现的话，则进入动态消息转发中。在动态消息转发中，还可以对没有实现的方法做一些弥补措施。

下面是通过objc_msgSend函数发送一条消息后，所经过的调用堆栈，调用顺序是从上到下的。

CacheLookup NORMAL, CALL
__objc_msgSend_uncached
MethodTableLookup NORMAL
_class_lookupMethodAndLoadCache3
lookUpImpOrForward

调用总结

在调用objc_msgSend函数后，会有一系列复杂的判断逻辑，总结如下。

1. 判断当前调用的SEL是否需要忽略，例如Mac OS中的垃圾处理机制启动的话，则忽略retain、release等方法，并返回一个_objc_ignored_method的IMP，用来标记忽略。
2. 判断接收消息的对象是否为nil，因为在OC中对nil发消息是无效的，这是因为在调用时就通过判断条件过滤掉了。
3. 从方法的缓存列表中查找，通过cache_getImp函数进行查找，如果找到缓存则直接返回IMP。
4. 查找当前类的method list，查找是否有对应的SEL，如果有则获取到Method对象，并从Method对象中获取IMP，并返回IMP(这步查找结果是Method对象)。
5. 如果在当前类中没有找到SEL，则去父类中查找。首先查找cache list，如果缓存中没有则查找method list，并以此类推直到查找到NSObject为止。
6. 如果在类的继承体系中，始终没有查找到对应的SEL，则进入动态方法解析中。可以在resolveInstanceMethod和resolveClassMethod两个方法中动态添加实现。
7. 动态消息解析如果没有做出响应，则进入动态消息转发阶段。此时可以在动态消息转发阶段做一些处理，否则就会Crash。

动态消息解析

resolveInstanceMethod

当一个对象的方法被调用时，首先在对象所属的类中查找方法列表，如果当前类中没有则向父类查找，一种找到根类NSObject。如果始终没有找到方法实现，则进入动态消息解析。

当一个方法没有实现时，也就是在cache lsit和其继承关系的method list中，没有找到对应的方法。这时会进入消息转发阶段，但是在进入消息转发阶段前，runtime会给一次机会动态添加方法实现。

如果想实现动态方法解析，需要实现resolveInstanceMethod:或resolveClassMethod:方法，在这两个方法中动态的添加方法实现。这两个方法都有一个BOOL返回值，返回NO则进入消息转发机制，返回YES则表示要进行动态消息转发。通过class_addMethod方法可以动态添加方法，添加方法时需要关联对应的函数指针，函数指针需要声明两个隐藏参数self和_cmd。

在通过class_addMethod函数动态添加实现时，后面有一个"v@:"来描述SEL对应的函数实现。

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
    // implementation ....
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(resolveThisMethodDynamically)) {
          class_addMethod([self class], sel, (IMP)dynamicMethodIMP, "v16@0:8");
          return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

消息转发和动态方法解析大部分是相同的，在消息转发之前一个类有机会动态解析这个方法。如果已经调用respondsToSelector:或instancesRespondToSelector:方法，动态方法解析有机会优先为Selector添加IMP。如果你实现了resolveInstanceMethod:方法，但想要特定的Selector走消息转发流程，则将此方法返回NO即可。

也可以自定义一个方法，转发到某个固定的方法中。

动态消息解析的本质，就是有一次对未实现方法添加实现的机会，就是下图中的位置，随后会再走一遍消息发送流程。如果这次并未处理，则下次再执行消息发送流程，就会进入消息转发流程，因为triedResolver的判断，动态方法解析只会进入一次。

源码分析

在lookUpImpOrForward函数中执行消息转发代码，会进入这里的实现。在下面会判断是否元类，如果非元类则执行resolveInstanceMethod函数，元类则执行resolveClassMethod函数。执行完消息转发后，会继续执行lookUpImpOrForward函数。

static NEVER_INLINE IMP
resolveMethod_locked(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
    runtimeLock.assertLocked();
    ASSERT(cls->isRealized());
    runtimeLock.unlock();

    if (! cls->isMetaClass()) {
        resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
    } 
    else {
        resolveClassMethod(inst, sel, cls);
        if (!lookUpImpOrNil(inst, sel, cls)) {
            resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
        }
    }
    return lookUpImpOrForward(inst, sel, cls, behavior | LOOKUP_CACHE);
}

以resolveInstanceMethod为例，消息转发的实现很简单，就是调用resolveInstanceMethod方法，开发者可以在方法中进行动态添加方法实现，并没有其他操作。resolveInstanceMethod方法的返回值其实并不重要，这里只对返回值进行了打印，并没有其他影响结果的代码。

static void resolveInstanceMethod(id inst, SEL sel, Class cls)
{
    runtimeLock.assertUnlocked();
    ASSERT(cls->isRealized());
    SEL resolve_sel = @selector(resolveInstanceMethod:);

    if (!lookUpImpOrNil(cls, resolve_sel, cls->ISA())) {
        return;
    }

    BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
    bool resolved = msg(cls, resolve_sel, sel);
    IMP imp = lookUpImpOrNil(inst, sel, cls);
}

消息转发

如果动态方法解析过程中依然没有处理未实现的方法调用，则进入消息转发阶段。

forwardingTargetForSelector

消息转发的最开始，可以在forwardingTargetForSelector:方法中将未实现的消息，转发给其他对象。可以在下面方法中，返回响应未实现方法的其他对象，系统将会调用这个对象的同名方法。

forwardingTargetForSelector方法并未开源，但通过汇编代码可以看到。方法的实现也比较简单，进行一些简单的判断后会通过objc_msgSend调用forwardingTargetForSelector方法，并接收到返回的对象，调用对象同名的方法。

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    NSString *selectorName = NSStringFromSelector(aSelector);
    if ([selectorName isEqualToString:@"selector"]) {
        return object;
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

需要注意的是，如果是处理类方法的调用，需要实现类方法的forwardingTargetForSelector方法。也就是加号开头的方法，在NSObject.h中虽然未声明，但方法是存在且可以使用的。

methodSignatureForSelector

根据消息转发的汇编代码实现，当forwardingTargetForSelector:方法未做出任何响应的话，会来到methodSignatureForSelector:方法，在方法内部生成NSMethodSignature类型的方法签名对象。在生成签名对象时，可以指定target和SEL，可以将这两个参数换成其他参数，将消息转发给其他对象。

// 自定义方法签名
[otherObject methodSignatureForSelector:otherSelector];

在方法签名的过程中，可以将未实现的方法转发给其代理。如果不实现则用默认的方法签名，如果返回nil则表示方法签名异常，直接导致crash。

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(test)) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v16@0:8"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

forwardInvocation

生成NSMethodSignature签名对象后，就会调用forwardInvocation方法，这是消息转发中最后一步了，如果在这步还没有对消息进行处理，则会导致崩溃。

系统会调用响应者的forwardInvocation方法，并传入一个NSInvocation对象，NSInvocation对象中包含原始消息及参数。这个方法只有方法未实现的时候才会调用。可以实现forwardInvocation方法，将消息转发给另一个对象。forwardInvocation方法是一个动态方法，在响应者无法响应方法时，会调用forwardInvocation方法，可以重写这个方法实现消息转发。

消息转发中forwardInvocation需要做的是，确认消息将发送到哪里，以及用原始参数发送消息。可以通过invokeWithTarget方法，向target发送被转发的消息。调用invokeWithTarget方法后，原方法的返回值将被返回给调用方。

// object是接收消息的对象
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    if ([object respondsToSelector:[anInvocation selector]]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:object];
    } else {
        [super forwardInvocation:anInvocation];
    }
}

forwardInvocation方法和forwardingTargetForSelector的区别在于，后者只能返回一个对象并且调用对象的同名方法。而forwardInvocation方法，可以在里面做任何事情，也可以不做任何处理，只进行一行打印，都代表对消息转发做出了响应。

也可以理解为，forwardInvocation中的处理，就代表了方法中处理了selector原本的事件。也可以调用当前对象的其他方法，selector和target都不是readonly的，随后调用invoke即可。

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    if (anInvocation.selector == @selector(test:)) {
        anInvocation.selector = @selector(run);
        [anInvocation invoke];
        return;
    }
    
    [super forwardInvocation:anInvocation];
}

类方法

同样的，如果是处理类方法的转发，也需要实现下面两个类方法。这两个类方法在NSObject.h中是没有声明的，也没有代码提示，需要自己写。

+ (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
+ (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

NSInvocation

NSInvocation可以通过属性target获取被调用对象，通过selector获取被调用的方法，这两个属性都是可读可写的，也就是可以手动改变被调用的对象和方法。并且，可以通过下面方法，对参数进行处理。

// 根据索引，设置和获取参数
- (void)getArgument:(void *)argumentLocation atIndex:(NSInteger)idx;
- (void)setArgument:(void *)argumentLocation atIndex:(NSInteger)idx;

// 设置和获取返回值
- (void)getReturnValue:(void *)retLoc;
- (void)setReturnValue:(void *)retLoc;

可以通过getArgument:atIndex:获取对应下标的参数，并对参数进行处理。需要注意的是，传入的是一个地址，所以需要对基础数据类型取地址传进去。参数对应的下标，第零个是target、第一个是selector，从第二个开始才是外面传入的参数。

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    if (anInvocation.selector == @selector(test:)) {
        int value = 0;
        [anInvocation getArgument:&value atIndex:2];
    }
    
    [super forwardInvocation:anInvocation];
}

doesNotRecognizeSelector

如果消息转发都没有处理未实现的方法，则会由doesNotRecognizeSelector方法抛出异常。当执行到这一步，就已经不能对未实现的方法进行任何处理了。如果想改写异常信息，可以重写此方法。

- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
    NSString *method = NSStringFromSelector(aSelector);
    if ([method isEqualToString:@"test:"]) {
        NSLog(@"未实现test:方法，请相关开发关注");
    }
}

应用

崩溃拦截

在项目中经常会出现因为调用未实现的方法，导致程序崩溃的情况。在学习消息转发后，就可以通过消息转发来解决这个问题。

所有的类的基类都是NSObject类(NSProxy除外)，可以将NSObject类的消息转发流程拦截，然后做一些统一的处理，这样就可以解决方法未实现导致的崩溃。根据Category可以将原类方法“覆盖”的特点，可以在Category中实现相应的拦截方法。

// 接收消息的IMP
void dynamicResolveMethod(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@"method forward");
}

// 对NSObject创建的Category
@implementation NSObject (ExceptionForward)

#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-protocol-method-implementation"

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    const char *types = sel_getName(sel);
    class_addMethod([self class], sel, (IMP)dynamicResolveMethod, types);
    return YES;
}

#pragma clang diagnostic pop

@end

我们的拦截方案是在resolveInstanceMethod方法中，动态创建未实现的方法，并将IMP统一设置为dynamicResolveMethod函数进行处理。这样所有未实现的方法都会执行dynamicResolveMethod函数，而不崩溃，在dynamicResolveMethod函数中可以做崩溃统计等操作。

多继承

可以通过消息转发机制来模拟多继承，两个类中虽然不存在继承关系，但是却由另一个类处理了Warrior的事件。

由上面的例子可以看出，分属两个继承分支的类，通过消息转发机制实现了继承的关系。Warrior的negotiate消息由其“父类”Diplomat来实现。

通过消息转发实现的多重继承相对于普通继承来说更有优势，消息转发可以将消息转发给多个对象，这样就可以将代码按不同职责封装为不同对象，并通过消息转发给不同对象处理。

需要注意的是，Warrior虽然通过消息转发机制可以响应negotiate消息，但如果通过respondsToSelector:和isKindOfClass:方法进行判断的话，依然是返回NO的。如果想让这两个方法可以在判断negotiate方法时返回YES，需要重写这两个方法并在其中加入判断逻辑。

- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector {
    if ([super respondsToSelector:aSelector]) {
        return YES;
    } else {
        // 
    }
    return NO;
}

在OC中是不支持多继承的，但是可以通过消息转发模拟多继承。在子类中实例化多个父类，当消息发送过来的时候，在消息转发的方法中，将调用重定向到父类的实例对象中，以实现多继承的效果。

下面是多继承的例子，创建两个父类Cat和Dog，并将需要子类继承的方法都定义到Protocol中，在Cat和Dog中实现Protocol中的方法。

@protocol CatProtocol <NSObject>
- (void)eatFish;
@end

@interface Cat : NSObject <CatProtocol>
@end

@implementation Cat
- (void)eatFish {
    NSLog(@"Cat Eat Fish");
}
@end

@protocol DogProtocol <NSObject>
- (void)eatBone;
@end

@interface Dog : NSObject
@end

@implementation Dog
- (void)eatBone {
    NSLog(@"Dog Eat Bone");
}
@end

子类直接通过遵守父类的协议，来表示自己“继承”哪些类，并在内部实例化对应的父类对象。在外界调用协议方法时，子类其实是没有实现这些父类的方法的，所以通过转发方法将消息转发给响应的父类。

@interface TestObject : NSObject <CatProtocol, DogProtocol>
@end

@interface TestObject()
@property (nonatomic, strong) Cat *cat;
@property (nonatomic, strong) Dog *dog;
@end

@implementation TestObject

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if ([self.cat respondsToSelector:aSelector]) {
        return self.cat;
    } else if ([self.dog respondsToSelector:aSelector]) {
        return self.dog;
    } else {
        return self;
    }
}

// 忽略Cat和Dog的初始化过程
@end

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