第11条：理解objc_msgSend的作用

在对象上调用方法是OC中经常使用的功能。用OC术语来说这叫做：“传递消息”（pass a message）。消息有“名称”（name）或者“选择子”（selector），可以接收参数，而且可能还有返回值。

由于OC是C的超集，所以最好理解C语言的函数调用方式。C语言使用“静态绑定”，就是说在编译期就能决定运行时所应调用的函数。以下列代码为例：

#import <stdio.h>
void printHello(){
    printf("Hello world\n");
}
void printGoodBye(){
    printf("Goodbye world\n");
}
void doTheThing(int type){
    if(type == 0){
        printfHello();
    }else{
        printGoodbye();
}
    return 0;
}

编译器在编译代码的时候就已经知道程序中有printHello与printGoodBye这两个函数了，于是直接生成调用这些函数的指令。而函数地址实际上是硬编码在指令之中的。若将刚才那段代码写成下面这样，会如何呢？

#import <stdio.h>
void printHello(){
    printf("Hello world\n");
}
void printGoodBye(){
    printf("Goodbye world\n");
}
void doTheThing(int type){
    void (*fun)();
    if(type == 0){
        fun = printfHello();
    }else{
        fun = printGoodbye();
}
    fun();
    return 0;
}

这时就得使用“动态绑定”（dynamic binding），因为所要用的函数知道运行时才能确定。编译器在这个环境下生成的指令与刚才哪个例子不同，在第一个例子中if和else语句中都有函数调用指令。而第二个例子中，只有一个函数调用指令，不过待调用的地址无法硬编码在指令之中，而是要运行期读出来。

在OC中，如果向某对象传递消息，那就会使用动态绑定机制来决定需要调用的方法。在底层，所有方法都是普通C语言函数，然而对象收到消息后，究竟该掉哪个方法则完全于运行期决定，甚至可以在程序运行时改变，这些特性使得OC称为一门真正的动态语言。

给对象发消息可以这样写：

    id returnValue = [someObject messageName:parameter];

本例中，someObject叫做“接收者”，messageName叫做“选择子”。选择子与参数合起来称为“消息”。编译器看到此消息后，将其转换为一条标准的C语言函数调用，所调用的函数乃是消息传递机制的核心函数，叫做objc_msgSend，其原型如下：

    void objc_msgSend(id self ,SEL cmd,...);

这是个参数个数可边长的函数，经过转化，刚才的函数被转化为这样：

    id returnValue = objc_msgSend(someObject,@selector(messageName),parameter);

objc_msgSend函数会依据接收者与选择子的类型来调用适当的方法。为了完成此操作，该方法需要在接收者所属的类中搜索其“方法列表”（list of methods）如果能找到与选择子名称相符的方法，就跳至其实现代码。若找不到，那就沿着继承体系继续向上查找，等找到名称相符的方法之后再跳转。。如果最终还是找不到相符的方法，那就执行“消息转发”

这么说来，想调用一个方法似乎需要很多步骤。所幸objc_msgSend会将匹配结果缓存在“快速映射表”里面。实际上，消息派发（message dispatch）并非应用程序的瓶颈所在。

前面讲的这部分内容只描述了部分消息的调用过程，其他“边界情况”（edge case）则需要交由OC运行环境中的另一些函数来处理：

● objc_msgSend_stret 待发的消息要返回结构体

● objc_msgSend_fpret 消息返回的是浮点数

● objc_msgSend_Super 要给超类发消息。

刚才曾提到，objc_msgSend等函数一旦找到应该调用的方法实现之后，就会“跳转过去”。之所以能这样做，是因为OC对象的每隔方法都可以视为简单的C函数，原型如下：

<return_type> class_selector(id self,SEL _cmd,...)

每隔类里都有一张表格，其中的指针都会指向这个函数，而选择子的名称则是查表时所用的“键”。objc_msgSend等函数正是通过这张表格来寻找应该执行的方法并跳至其实现的。请注意，原型的样子和objc_msgSend很像。这不是巧合，而是利用“尾调用优化”（tail-call optimization）技术，令“跳至方法实现”这一操作变得更简单。

在实际编写OC时，无须担心这些问题，开发者应该了解其底层工作原理。代码究竟是如何执行的，而且能理解为何在调试的时候，栈信息中总是出现objc_msgSend

【本节要点】

● 消息由接收者、选择子及参数构成。给某对象“发送消息”也就相当于在该对象上“调用方法”

● 发给某对象的去全部消息都要由“动态消息派发系统”（dynamic message dispatch system）来处理。该系统会查出对应的方法，并执行其代码

第12条：理解消息转发机制

第11条讲了对象的消息传递机制，并强调了其重要性。本节讲另外一个重要的问题，就是对象在接收到无法解读的消息之后会发生什么情况。

若想令类能理解某条消息，我们必须实现方法才行。如果没有实现就会启动“消息转发”（message forwarding）机制。在控制台看到这样的错误，说明启动了消息转发：

-[__NSCFNumber lowercaseString]:unrecognized selector sent to instance 0x87
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException',reason:'-[__NSCFNumber lowercaseString]:unrecognized selector sent to instance 0x87'

上面这段异常信息是由NSObject的“doesNotRecognizedSelector:”方法所抛出的，次异常表明：消息接收者__NSCFNumber，其无法理解lowercaseString的选择子。在本利中，消息转发过程以应用程序崩溃而告终，开发者可于转发过程中设置挂钩，用于执行预订的逻辑，而不实用程序崩溃。

消息转发分为两大阶段。第一阶段先征询接收者，所属的类，看其是否能动态添加方法，已处理当前这个“未知选择子”，这叫做“动态方法解析”。第二阶段涉及“完整的消息转发机制”

动态方法解析

对象在收到无法解读的消息后，首先将调用其所属类的下列类方法：

+(BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)selector

该方法的参数就是哪个未知的选择子，其返回值为Boolean类型，表示这个类是否新增一个实例方法处理此选择子。在继续往下执行转发机制之前，本类有机会新增一个处理此选择子的方法。假如尚未实现的方法不是实例方法而是类方法，那么运行期系统就会调用另外一个方法，“resolveClassMethod”

使用这种办法的前提是：相关方法的实现代码已经写好，只等待运行的时候动态插在类里面就可以了。此方案通常用来实现@dynamic属性，下面代码展示了如何使用“resolveInstanceMethod:”来实现@dynamic属性：

id autoDictionaryGetter(id self,self _cmd);
void autoDictionarySetter(id self, SEL _cmd,id value);
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)selector{
    NSString *selectorString = NSStringFromSelector(selector);
    if(/*selector is from a @dynamic property*/)
    {
        if([selectorString hasPrefix:@"set"]){
            class_addMethod(self.selector,(IMP)autoDictionarySetter,"[email protected]:@");
        }else{
            class_addMethod(self.selector,(IMP)autoDictionaryGetter,"[email protected]:@");
        }
    return YES;
    }
return [super resolveInstanceMethod:selector];
}

首先将选择子化为字符串，然后检测其是否表示设置方法。若前缀为set，则表示“设置方法”，否则就是“获取方法”。

备援接收者

当前接收者还有第二次机会处理未知的选择子，在这一步中，运行期系统会问它：能不能把这条消息转给其他接收者来注册。

-(id) forwardingTargetForSelector:(SEL)selector

方法参数代表未知的选择子，若当前接收者能找到备援对象，则将其返回，若找不到返回nil

完整的消息转发

如果转发算法已经来到这一步，那么唯一能做的就是启动完整的消息转发机制了。首先创建NSInvacaton对象，把与尚未处理的那条消息有关的全部细节都封于其中，此对象包含选择子、目标（target）及参数。在触发NSInvocation对象时，“消息派发系统”将亲自出马，把消息指派给目标对象。

此步骤会调用下列方法转发消息：

    -(void) forwardInvocation:(NSInvocation*)invocation

这个方法可以实现得很简单：只需要改变调用目标，使消息在新目标上得以调用即可。然而这样实现出来的方法与“备援接收者”方案所实现的方法等效，所以很少有人采用这么简单的实现方式。比较有用的实现方式为：在触发消息前，先以某种方式改变消息内容，比如追加另外一个参数，或是该换选择子，等等。

实现此方法时，若发现某调用操作不应本类处理，则需要调用超类的同名方法。这样的话，继承体系中的每隔类都有机会处理此调用请求，直至NSObject。如果最后调用了NSObject类的方法，那么该方法还会继而调用“doesNotRecognizeSelector:”以抛出异常，次异常表示选择子最终未能得到处理。

消息转发全流程

下图描述了消息转发的各个步骤：

接收者在每一步均有机会处理消息。步骤越往后，消息处理的代价就越大。

第13条：用“方法调配技术”测试“黑盒方法”

第11条中解释过：OC对象收到消息之后，究竟会调用何种方法需要在运行期才能解析出来。你也许会问：于给定的选择子名称对应的方法是不是可以在运行期改变呢？没错，就是这样。若能善用此特性，则可发挥出巨大优势，因为我们既不需要源代码，也不需要通过继承子类来覆写方法就能改变这个类本身的功能。这样一来，新功能将在本类的所有实例中生效，而不是仅限于覆写了相关方法的那些子类实例。次方案经常称为“方法调配”（method swizzling）。

类的方法列表会把选择子的名称映射到相关的方法实现之上，使得“动态消息派发系统”能够肇东啊应该调用的方法。这些方法均以函数指针的形式来表示，这种指针叫做IMP，其原型如下：

    id(*IMP)(id,SEL,..)

NSString类可以相应lowercaseString、uppercaseString、capitalizedString等选择子。这张映射表中的每隔选择字都映射到了不同的IMP之上。如下图

OC运行期系统提供的几个方法都能够用来操作这张表。开发者可以向其新增选择子，也可以改变某选择子对应的方法实现，还可以交换选择子所映射到的指针。经过几次操作之后，类的方法表就会标称如图这个样子

在新的映射表中，多了一个名为newSelector的选择子，capitalizedString的实现也变了，而lowercaseString与uppercaseString的实现则互换了。上述修改均无需编写子类，只要修改了“方法表”的布局，就会反映到程序中所有的NSString实例之上。这下大家见识到此特性的强大之处了吧

下面看一下如何互换两个方法实现。想交换方法实现，可用下列函数：

void method_exchangeImplementations(Method m1,Method m2)

此函数的两个参数表示待交换的两个方法实现，而方法实现则可通过下列函数获得：

Method class_getInstanceMethod(Class aClass,SEL aSelector)

具体操作如下：

Method originalMethod = class_getInstanceMethod([NSStringclass],@selector(lowercaseString));
Method swappedMethod = class_getInstanceMethod([NSStringclass],@selector(uppercaseString));
method_exchangeImplementations(originalMethod,swappedMethod);

实际应用，可以为那些黑盒方法增加日志技术功能。比如NSString 的lowercaseString接口，想在lowercaseString中添加log，该如何做呢

@interface NSString (EOCMyAddtions)
-(NSString*)eoc_myLowercaseString;
@end
@implementation NSString(EOCMyAdditions)
-(NSString*) eoc_myLowercaseString{
    NSString *lowercase = [self eoc_mylowercaseString];
    NSLog(@"%@ =>%@",self,lowercase);
    return lowercase;
}
@end

这段代码看上去好像会陷入递归调用的死循环，不过大家要记住，此方法是准备和lowercaseString方法互换的。所以，在运行期，eoc_myLowercaseString选择子实际上对应于原有的lowercaseString方法实现。最后，通过下列代码叫魂这两个方法实现：

Method originalMethod = class_getInstanceMethod([NSStringclass],@selector(lowercaseString));
Method swappedMethod = class_getInstanceMethod([NSStringclass],@selector(roc_myLowercaseString));
method_exchangeImplementations(originalMethod,swappedMethod);

执行完上诉代码之后，只要在NSString实例上调用lowercaseString方法，就会输出log了。

【本节要点】

● 在运行期间，可以向类中新增或者替换选择子所对应的方法实现。

● 使用另一份实现来替换缘由的方法实现，这道工序叫：“方法调配”，开发者常用此技术向原有实现中添加新功能。

● 一般来说，只有调试程序的时候才需要在运行期修改方法实现，这种做法不宜滥用。

第14条：理解“类对象”的用意

OC实际上是一门及其动态的语言。第11条讲解了运行期系统如何查找并调用某方法的实现代码，第12条则讲述了消息转发的原理：如果类无法立即响应某个选择子，那么就会启动消息转发流程。然而，消息的接收者究竟是何物？是对象本身么？运行期系统如何知道某个对象的类型呢？对象类型并非在编译器就绑定好了，而是要在运行期查找。而且还有个特殊类型id，它能够指代任意的OC对象类型。

我们先讲一些基础知识，看看OC对象本质是什么。每个OC对象都是指向某块内存数据的指针。所以在声明变量时，类型后面都要跟一个星号（*）

NSString *pointerVariable = @"Some thing";

编过C语言程序的人都知道什么意思。该变量“指向”（point to）NSString实例。所有OC对象都是如此，如果想把OC对象声明在栈上，编译器会报错：

Sting stackVariable = @"Some thing";
//error: interface type cannot be statically allocated

对于通用id类型，由于其本身已经是指针了，所以我们能够这样写：

id genericTypeString = @"Some thing";

描述OC对象所用的数据结构定义在运行期程序库的头文件里，id类型本身也在定义这里：

typedef struct objc_object{
    Class isa;
} *id;

由此可见，每隔对象结构体的首个成员是Class类的变量。该变量定义了对象所属的类，通常称为is a指针。例如，刚才的例子中所有的对象is a NSString，所以其“is a”指针就指向NSString。Class对象页定义在运行期程序库的头文件中：

typedef struct objc_class *class;
struct objc_class{
    Class isa;
    Class super_class;
    const char* name;
    long version;
    long instance_size;
    struct objc_ivar_list *ivars;
    struct objc_method_list **methodLists;
    struct objc_cache *cache;
    struct objc_protocol_list *protocols
};

此结构图存放类的“元数据”（metadata），例如类的实例实现了几个方法，具备多少实例变量等信息。此结构体的首个变量也是isa指针，这说明Class本身亦为OC对象。结构体里还有个变量叫做super_class，它定义了本类的超类。累对象所属的类型（也就是isa指针所指向的类型）是另外一个类，叫做“元类”（metaclass），用来表叔类对象本身所具备的元数据。“类方法”就定义于此处，因为这些方法可以理解成累对象的实例方法。每隔类仅有一个”类对象”，而每个“类对象”仅有一个与之相关的“元类”。

假设有个名为SomeClass的子类从NSObject中继承而来，则其继承体系如下图所示

super_class指针确立了继承关系，而isa指针描述了实例所属的类。通过这张布局关系图即可执行“类型信息查询”。我们可以查出对象是否能响应某个选择子，是否遵从某项协议，并且能看出此对象位于“类继承体系”的那一部分。

在类继承体系中查询类型信息

可以用类型信息查询方法来检视类继承体系。“isMemberOfClass:”能够判断出对象是否为某个特定类的实例。而“isKindOfClass:”则能够判断出对象是否为某类或其派生的实例。

NSMutableDictionary *dict = [NSMutableDictionary new];
[dict isMemberOfClass:[NSDictionary class]];//no
[dict isMemberOfClass:[NSMutableDictionary class]];//yes
[dict isKindOfClass:[NSDictionary class]];//yes
[dict isKindOfClass:[NSArray class]];//no

由于OC使用“动态类型系统”（dynamic typing），所以用于查询对象所属类的类型信息查询非常有用。从collecting中获取对象时，通常是id类型，那就可以使用查询类型信息方法了。

【本节要点】

● 每隔实例都有一个指向Class对象的指针，用以表明其类型。从这些Class对象则构成了类的继承体系。

● 如果对象类型无法在编译期确定，那么就应该使用类型查询方法来探知

● 尽量使用类型信息查询方法来确定对象类型，而不要直接比较类对象，因为某些对象可能实现了消息转发功能。

《Effective Objective-C 2.0》—(第11-14条)—运行时动态绑定、objc_msgSend、消息转发机制