Objective-C消息发送执行原理剖析（上）

导语

在Objective-C中，消息发送是对象交互的基石，也是理解语言本质的关键。消息发送的执行过程涉及Runtime、编译器、底层硬件等多个层面的协同，是一项复杂而精妙的操作。本文将从Runtime的视角出发，深入探索Objective-C消息发送的底层执行原理，剖析消息发送的流程和快速查找过程，揭示objc_msgSend是如何将消息传递给接收者的。

Runtime的视角

Runtime是Objective-C语言的核心框架，它提供了对Objective-C对象的元数据信息的操作和访问能力，也是消息发送过程中的关键参与者。Runtime的主要职责包括：

• 维护对象元数据信息，包括类名、实例变量、方法列表等；
• 提供动态消息发送的机制，允许在运行时动态查找和调用方法；
• 管理内存，包括对象的分配、释放和引用计数；
• 提供类型检查和异常处理等服务。

消息发送的流程

Objective-C中的消息发送过程可以分为以下几个步骤：

1. 查找接收者 ：首先，需要找到消息的接收者，即消息将要发送给哪个对象。这可以通过多种方式实现，包括直接引用对象、使用对象指针或通过变量引用对象等。
2. 解析消息选择器 ：消息选择器是消息的唯一标识符，它由方法名和参数类型组成。编译器会将消息选择器转换为一个唯一的整数，称为选择器编号。
3. 查找方法实现 ：在找到接收者和消息选择器后，Runtime需要查找方法的实现。这可以通过两种方式实现：
   • 静态查找 ：如果方法是类的实例方法，则在编译时就可以确定方法的实现，并且在方法表中记录了方法的地址。
   • 动态查找 ：如果方法是类的类方法，或者是一个协议方法，则需要在运行时动态查找方法的实现。Runtime会通过查找类继承层次中的方法实现，或者通过查找协议中的方法实现来完成动态查找。
4. 执行消息 ：找到方法实现后，Runtime会将接收者和参数传递给方法实现，并执行方法。

快速查找过程

为了提高消息发送的性能，Objective-C使用了快速查找过程来优化方法查找。快速查找过程包括以下几个步骤：

1. 缓存方法实现 ：对于每个类，Runtime会将该类的实例方法和类方法缓存到一个方法表中。方法表中的每个条目都包含方法的地址和方法选择器的编号。
2. 使用消息选择器编号查找方法 ：当需要查找方法实现时，Runtime会使用消息选择器编号作为索引，直接从方法表中查找方法实现的地址。
3. 如果找不到方法实现，则进行动态查找 ：如果在方法表中找不到方法实现，则需要进行动态查找。动态查找过程可能会涉及到查找类继承层次中的方法实现，或者查找协议中的方法实现。

结语

Objective-C的消息发送过程是复杂而精妙的，它涉及Runtime、编译器、底层硬件等多个层面的协同。通过深入理解消息发送的执行原理，我们可以更好地理解Objective-C语言的本质，并编写出更加高效、健壮的代码。