消息传递机制

在对象上调用方法是包括Objective-C的众多语言都具备的功能。但在Objective-C中,这个术语叫传递消息(pass a message)。消息有可以接受参数,也可能有返回值。

静态绑定和动态绑定

由于Objective-C是C的超集,所以最好先理解C语言的函数调用方式。C语言使用静态绑定(static binding),也就是说,在编译期间就能决定运行时所应调用的函数。以下代码为例:

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

若不考虑内联(inline),那么编译器在编译代码时就已经知道程序中有printHello与printGoodbye这两个函数了,于是会直接生成调用这些函数的指令(站在汇编的角度,call命令)。而函数地址实际上是与硬编码在指令之中的。

如果将上述代码写成下面这样,会如何呢?

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

这就是动态绑定(dynamic binding)!因为所要调用的函数知道运行期才能确定。编译器在这种情况下生成的指令与刚才的那个例子不同,在第一个例子(静态绑定)中,ifelse语句里都有函数调用指令(汇编中的call命令);而在第二个例子(动态绑定)中,只有一个函数调用指令,不过待调用的函数地址无法硬编码之中,而是要在运行期读出来。

消息传递机制

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,所有方法都是普通的C语言函数,然而对象收到消息之后,究竟该调用哪个方法则完全在runtime决定,甚至可以在程序运行时改变,这些特性使得Objective-C成为一门真正的动态语言

给对象发生消息可以这样写:

id returnValue = [someObject messageName:parameter];

someObject是接收者(receiver),messageName叫做选择子(selector)。二者合起来称为消息(message)。

P.S: 「选择子」和「方法」这两个名词经常交替使用,都是一个意思。

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」中的核心函数,即鼎鼎有名的objc_msgSend,其原型可以在<objc/message.h>中找到:

id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)

id returnValue = [someObject messageName:parameter];会被编译器翻译成如下形式:

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

在runtime,objc_msgSend会依据receiver(即上述对象someObject)和选择子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寻其「方法列表」(关于方法列表,详见methodLists),如果能找到与选择子匹配的方法,就调至其实现的代码。若找不到,那就沿着继承体系继续向上查找,等找到合适的方法之后再跳转。如果最终还找不到相匹配的方法,那就执行消息转发(message forwarding)操作,这会在下一篇博客中阐述。

如此看来,Objective-C在runtime调用一个方法似乎需要很多步骤。所幸的是,objc_msgSend会将匹配结果缓存在快速映射表(fast map)里面,每个类都有这样一块缓存,若是稍后还想该类发送与选择子相同的方法,那么查找起来就很快了。

P.S: 上一篇博客《理解Objective-C Runtime(一)预备知识》中在介绍objc_class结构体时谈到了其中一个变量cache,但简单忽略飘过;其实,根据我的理解,这里的快速映射表所对应的就是objc_class中的变量cache

诚然,即便有这种快速映射表机制,执行速度还是不如静态绑定。实际上,对于当前这种硬件平台,这点速度差根本不值一提。

<objc/message.h>中,除了objc_msgSend函数原型之外,还可以看到其他的objc_msgSendXXOO函数,这些方法的详细作用,《Effective Objective-C 2.0》item 11中有详细说明,本文就不赘述了。

只要理解了Objective-C的对象模型,理解「消息传递机制」还是非常容易的。

本文参考

  • Effective Objective-C 2.0