Objective-C Runtime（二）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「名称」（name）或「选择子」（selector），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!
");
}
void printGoodbye() {
    printf("Goodbye!
");
}    
void doTheThing(int type) {
    if (type == 0) {
        printHello();
    } else {
        printGoodbye();
    }
    return 0;
}

如果不考虑「内联」（inline），那么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占领之中的。

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!
");
}
 
void printGoodbye() {
    printf("Goodbye!
");
}
 
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，if与else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Objective-C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会以及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，那就沿着集成体系继续向上查找，等找到何时的方法之后再跳转。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。

在<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。

参考资料

《Effective Objective-C 2.0》；