iOS 底层原理 1 —— 简单解析 objc_msgSend

1. 初入宝地 - objc_msgSend 的作用

objc_msgSend 的作用就是根据两个参数------ self 和 selector 找到 IMP、并执行 IMP

selector：selector 是 SEL 的一个实例，是方法在运行时的标识符。 IMP ：函数指针，就是函数执行的入口。 Method 对象就是函数对象，它是一个结构体，结构体包含 selector 和 IMP：
/// Method struct objc_method {

SEL method_name;

char *method_types;

IMP method_imp; };

objc_msgSend的伪代码如下：

id objc_msgSend(id self, SEL _cmd, ...){
    // 判空

    // 根据 isa 指针，找到类对象
    Class c = object_getClass(self);
    IMP imp = cache_lookup(c, _cmd);
    if(!imp)
        imp = class_getMethodImplementation(c, _cmd);
    return imp(self, _cmd, ...);
}

这个函数的主要作用是找到 IMP，执行 IMP。

是可以在 Objective-C 函数中直接调用 objc_msgSend ，来给一个对象发送消息

#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>

- (void)testObjcMsgSend {
    SEL sel = @selector(getString:); // 先获取方法SEL
    
    // 这样就可以成功执行方法，相当于[self addSubviewTemp:[UIView new] with:@"Temp"];
    // 在调用 objc_msgSend 时，要把它转换成对应的函数指针类型，所以前面加了一大串类型转换的代码
    // These functions must be cast to an appropriate function pointer type before being called.
    
    NSString *str = ((id (*)(id, SEL, NSString*))objc_msgSend)(self, sel, @"Temp");
    
    // 如果把 Xcode-> target -> build setting -> Enable Strict of objc_msgSend Calls 置为 NO，就可以用简单写法(无需对objc_msgSend 函数的类型进行转换)
    // NSString *str = objc_msgSend(self, sel);
    NSLog(@"执行了getString后 获得的值是%@", str);
}

- (NSString*)getString:(id)obj {
    return @"Eason";
}

2. 挑灯细览 - objc_msgSend 的实现

细看objc_msgSend 分析它的汇编实现，那就是四个步骤

1. 传入对象判空

2. 获取对象的 isa指针，找到对应的 Class 对象

对象有两种，普通对象和Tagged Pointer 类型的对象。

Tagged Pointer 类型的对象，是小对象，对象指针本身就存放了对象的值（比如 NSString， NSNumber）。这种对象的好处是可以节省内存空间 。但是也带来了新的问题，就是Tagged Pointer 类型的对象本身已经没有多的空间存放完整的 isa 指针信息了，所以只能有一个索引值。

索引值有啥用？

系统定义了两个数组，存放「Tagged Pointer 类型对象」的类信息，如下：

 extern "C" { 
    extern Class objc_debug_taggedpointer_classes[16*2];
    extern Class objc_debug_taggedpointer_ext_classes[256];
}

那索引值就可以用来在两个数组中找到对应的类信息了。

这是享元模式的应用，对于大量只有细微之处不一样的对象，就只创建一个对象存放基本不变的数据。对象们共享这个大对象，从而减少了内存的占用。

3. 在 Class 对象的缓存中找 IMP

哈希查找。

哈希桶在运行时会动态添加，在多线程环境下如何保证同步和数据安全呢？

写写冲突：引入全局互斥锁。

读写冲突：编译屏障。简单来说就是使用 ldp 汇编命令，把哈希桶中的数据 buckets 和 mask|occupied读到两个寄存器中，后续就用这两个寄存器进行哈希表查找。更新这两个寄存器的函数是 setBucketsAndMask，

//设置更新缓存的哈希桶内存和mask值。
  void cache_t::setBucketsAndMask(struct bucket_t *newBuckets, mask_t newMask)
{
    // objc_msgSend uses mask and buckets with no locks.
    // It is safe for objc_msgSend to see new buckets but old mask.
    // (It will get a cache miss but not overrun the buckets' bounds).
    // It is unsafe for objc_msgSend to see old buckets and new mask.
    // Therefore we write new buckets, wait a lot, then write new mask.
    // objc_msgSend reads mask first, then buckets.

    //编译屏障
    // ensure other threads see buckets contents before buckets pointer
    mega_barrier();

    buckets = newBuckets;
    
    // ensure other threads see new buckets before new mask
    mega_barrier();
    
    mask = newMask;
    occupied = 0;
}

编译屏障保证了先执行 buckets 赋值而后执行 mask 赋值，从而使得多线程环境下读写也不会有数据一致性问题。

4. 找到了 IMP 就执行 IMP，没找到就执行objc_msgSend_uncached 函数（查找方法并执行）

这一步就是我们熟悉的、去 class 的 method_list 找，找不到就去父类中找。

然后动态方法决议。

然后消息转发。

---

参考文章：

1. iOS 调用 IMP/objc_msgSend 详细说明： 讲了 objc_msgSend 的定义，调用方法；如何直接获取 IMP 并调用
2. 深入解构 objc_msgSend 函数的实现：objc_msgSend 的汇编实现，以及用到的技术
3. 从源代码看 ObjC 中消息的发送：演示了如何在查找方法实现时、替换缓存。