在 iOS 中探索底层：objc_msgSend 和快速查找方法

2023-11-21 09:42:00

在开发 iOS 应用时，深入理解底层的运行原理能帮助开发者优化应用性能并解决潜在问题。其中，Objective-C 的消息传递机制是值得特别关注的部分。本文将重点介绍 objc_msgSend 和如何通过快速查找方法来提高数据访问效率。

Objective-C 消息发送机制

在 Objective-C 中，调用一个对象的方法并不是直接调用函数那样简单。每次调用方法都会经过 objc_msgSend 函数的处理。这个过程称为消息发送（Message Sending）。简单来说，当你写：

[obj method];

实际上是通过 objc_msgSelend(obj, sel_registerName("method")) 来实现。

消息传递的工作原理

编译器在编译时会将方法调用转为消息发送。
在运行时，系统查找对应的选择子（selector），即 method。
系统在对象的类及其超类中查找与该选择子相匹配的方法实现。
若找到，则执行该方法；若未找到，则通过动态绑定来处理。

快速查找方法

为了提高消息发送的速度，Objective-C 引入了快速查找机制。当编译器能够确定调用对象的具体类型时，它可以通过直接跳转到目标方法的地址来加速这一过程，而不是每次都调用 objc_msgSend 函数。

使用案例：静态绑定 vs 动态绑定

假设有一个类 MyClass 定义如下：

@interface MyClass : NSObject
- (void)myMethod;
@end

@implementation MyClass
- (void)myMethod {
    // 方法实现
}
@end

在代码中调用该方法时，通常的做法是：

[myObj myMethod]; // 这里myObj是一个MyClass的实例或其子类

这将通过 objc_msgSend 发送消息。但如果我们知道 myObj 的确切类型为 MyClass，可以使用快速查找机制来加速方法调用：

[(MyClass *)myObj myMethod];

这种方法称为静态绑定或直接函数调用。编译器在编译时会将此调用优化为直接指向实现的函数指针。

安全性建议

尽管快速查找能够提高性能，但在使用过程中需要注意以下几点：

确认对象的具体类型与调用方法的一致性。
避免对未知类型的对象使用强制转换。
检查运行时的对象类型以避免潜在的错误。

缓存机制在消息发送中的作用

Objective-C 为了减少查找开销，引入了缓存机制。每次通过 objc_msgSend 发送的消息都会被记录，并存储在一个称为“方法缓存”的表中。这样当再次调用相同的方法时，可以快速找到对应的方法实现。

方法缓存的工作方式

第一次消息发送会触发查找过程。
系统将找到的函数地址和选择子一起放入缓存中。
后续调用相同的对象和方法时，系统可以直接从缓存中获取函数地址执行方法，从而省略了耗时的选择子查找步骤。

示例代码

下面是一个展示如何查看缓存中的条目的示例：

// 假设已经有一个实例myObj及其类定义如上文所示。
SEL selector = @selector(myMethod);
IMP imp = class_getMethodImplementation([MyClass class], selector);

if (imp) {
    NSLog(@"The implementation is cached.");
} else {
    NSLog(@"No cache found for this method.");
}