OC 原理探索 objc_msgSend 流程-一一网

前言

OC 类原理探索：cache 结构分析补充中我们对cache结构进行了补充，也引入到了objc_msgSend，今天主要任务是探索objc_msgSend的汇编源码。

准备工作

Objective-C Runtime Programming Guide
objc4-818.2 源码

一、runtime 的运行时理解

Runtime 简介

Runtime是一个用C、C++、汇编编写的运行时库，包含了很多C语言的API，封装了很多动态性相关的函数。
Objective-C是一门动态运行时语言，允许很多操作推迟到程序运行时再进行。OC的动态性就是由Runtime来支撑和实现的，Rumtime就是它的核心。
我们平时编写的OC代码，底层都是转换成了Runtime API进行调用。

编译时

编译时顾名思义就是正在编译的时候。

那啥叫编译呢?就是编译器帮你把
源代码翻译成机器能识别的代码。
(当然只是一般意义上这么说，实际上可能只是翻译成某个中间状态的语言。)

那编译时就是简单的作一些翻译工作，比如检查老兄你有没有粗心写错啥关键字了啊。有啥词法分析，语法分析之类的过程。就像个老师检查学生的作文中有没
有错别字和病句一样，如果发现啥错误编译器就告诉你。

如果你用微软的VS的话，
点下build。那就开始编译，如果下面有errors或者warning信息，那都是编译器检查
出来的。所谓这时的错误就叫编译时错误，这个过程中做的啥类型检查也就叫编译
时类型检查，或静态类型检查(所谓静态嘛就是没把真把代码放内存中运行起来，而只是把代码当作文本来扫描下)。

所以有时一些人说编译时还分配内存啥的肯定是错误的说法。

运行时

运行时就是代码跑起来了，被装载到内存中去了。(你的代码保存在磁盘上没装入内存之前是个死家伙，只有跑到内存中才变成活的)。

而运行时类型检查就与前面讲的编译时类型检查（或者静态类型检查）不一样，不是简单的扫描代码，而是在内存中做些操作，做些判断。

Runtime 版本

Runtime有两个版本，一个Legacy版本(早期版本) ，一个Modern版本(现行版本)。

早期版本对应的编程接口：Objective-C 1.0；
现行版本对应的编程接口：Objective-C 2.0；
早期版本用于Objective-C 1.0，32位的Mac OS X的平台上；
现行版本：iPhone程序和Mac OS X v10.5及以后的系统中的64位程序。

可以在官方文档 Objective-C Runtime Programming Guide 中找到相关定义。

Runtime 的发起方式

Runtime的层级结构：

Runtime的三种发起方式OC 方法、NSObject 接口、objc api：

方法调用的本质 objc_msgSend

创建SSPerson类，say1:方法有实现，say2方法没有实现：

实例化SSPerson，调用say1:方法、say2方法，command + B进行编译，编译成功：

command + R运行项目，项目报错：

这就是编译时和运行时的区别，接下来clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp编译main.m得到main.cpp文件。

在文件中查看main函数：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        SSLPerson *person = objc_msgSend((id)objc_getClass("SSLPerson"), sel_registerName("alloc"));

        objc_msgSend((id)person, sel_registerName("say1:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_tb_rpsdqw797gn7n3l8myk82s5w0000gn_T_main_d1fdf2_mi_1);
         ((id)person, sel_registerName("say2"));
    }
    return 0;
}
复制代码

这里的方法调用，采用的是Runtime API调用方式；
可以看到，不管是类方法还是对象方法都是用到了objc_msgSend，方法调用的本质是消息的发送；
调用方法 = objc_msgSend(消息的接受者,消息的主体(sel + 参数))；

我们添加一个say3方法，然后用objc_msgSend进行调用：

可以正常调用，注意下面的设置要改为NO，正常是YES的。

objc_msgSendSuper

找到objc_msgSendSuper的定义：

我们看到有函数中有objc_super参数，我们去源码中看下它的定义：

objc_super中有receiver和super_class两个成员变量；
super_class是第一查找对象，如果没有方法实现的话会继续向上寻找，直到NSObject类。

我们来重新定义下类，SSLPerson继承SSLAnimal，SSLAnimal去实现say2方法：

把super_class赋值为SSLAnimal.class，执行代码可以正常打印：

接下来把super_class赋值为SSLPerson.class，执行代码：

同样可以正常打印，这也证明了我们上面的说法，方法寻找是会向上寻找的。

二、objc_msgSend 流程

objc_msgSend 源码查找

打断点到方法调用处，用汇编跟源码的方式找到objc_msgSend所在源码库objc：

源码中搜索objc_msgSend，调用的地方会非常非常的多，很难查看：

按住command + 点击下拉箭头，收缩文件：

objc_msgSend的源码在汇编中，汇编文件是以.s结尾的；
我们来看objc-msg-arm64.s文件，因为arm64是真机架构，i386是模拟器架构，x86_64是Mac OS架构。

我们接下来通过汇编来探索objc_msgSend的流程，ENTRY是汇编程序的入口点，我们找到它：

汇编源码解析

1. 汇编源码消息接受者判空

汇编源码：

源码解析
- 判断消息接受者person是否为空，如果为空；
- 判断是否为tagged pointer，如果是的话进行相关处理；
- 如果不是tagged pointer，置空，结束方法调用；
- 如果消息接受者person不为空，向下继续执行。

2. 汇编源码获取`isa`

源码解析
- 将person的isa赋值给p13；
- p13以参数形式，传进GetClassFromIsa_p16；
- 通过ExtractISA，isa & ISA_MASK赋值给p16，也就得到了class；
- 得到class，是为了获取其成员变量cache，进行方法的查找；
- GetIsaDone：获取isa结束。

3. 汇编源码 `CacheLookup`

CacheLookup宏定义函数，Mode = NORMAL，Function = _objc_msgSend，MissLabelDynamic = __objc_msgSend_uncached；

4. 汇编源码获取`hash index`

汇编源码：

mov x15, x16
- 保存原始isa值，p16 = class，x15 = x16 = isa。
CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
- 真机架构，也是我们此流程分析的架构。
ldr p11, [x16, #CACHE]
- #define CACHE (2 * __SIZEOF_POINTER__)
  - CACHE = 2 * __SIZEOF_POINTER__ = 16
- p11 = isa 平移 16 = cache_t
CONFIG_USE_PREOPT_CACHES
- 真机环境值为1
__has_feature(ptrauth_calls)
- 判断是否为A12以后机型
tbnz p11, #0, LLookupPreopt\Function
- cache_t的0号位置是否为0，不为0跳转到LLookupPreopt\Function去加载共享缓存，暂时不对LLookupPreopt\Function进行探索
and p10, p11, #0x0000ffffffffffff
- p10 = _bucketsAndMaybeMask & 0x0000ffffffffffff = buckets
- 0x0000ffffffffffff
  - 0000000000000000111111111111111111111111111111111111111111111111
eor p12, p1, p1, LSR #7，and p12, p12, p11, LSR #48
- 根据hash 函数获取index，p12 = (_cmd ^ (_cmd >> 7)) & mask

5. 汇编源码向前遍历查找

汇编源码：

add p13, p10, p12, LSL #(1+PTRSHIFT)
- PTRSHIFT的定义：#define PTRSHIFT 3
- p13 = buckets + (index << 4)，p13就是index下的bucket，是我们第一个要查的bucket
  - index << 4相当于index * 16
1: ldp p17, p9, [x13], #-BUCKET_SIZE
- p17 = imp，p9 = sel，然后*bucket--
cmp p9, p1
- 比较sel和_cmd是否不等
b.ne 3f
- 如果不相等，向前查找下一个bucket，跳到3f
2: CacheHit
- 如果相等，进入CacheHit缓存命中，返回
3: cbz p9, \MissLabelDynamic
- 判断sel是否为0，如果为0进入__objc_msgSend_uncached函数
cmp p13, p10，b.hs 1b
- while (bucket >= buckets)，如果bucket >= buckets，跳到上面1b，否则进行下面的代码

6. 汇编源码最后位置向前遍历查找

汇编源码：

add p13, p10, p11, LSR #(48 - (1+PTRSHIFT))
- p13 = buckets + (mask << 1+PTRSHIFT)，平移到buckets的最后一个位置
add p12, p10, p12, LSL #(1+PTRSHIFT)
4: ldp p17, p9, [x13], #-BUCKET_SIZE
- {imp, sel} = *bucket--，向前推移去取值
cmp p9, p1，b.eq 2b
- if (sel == _cmd)，跳到2b CacheHit
cmp p9, #0
- while (sel != 0 &&
ccmp p13, p12, #0, ne
- bucket > first_probed)
b.hi 4b，回到4b继续执行

三、真机跑汇编

新创建一个项目，接下来用汇编跟源码的方式进行探索，汇编跟源码有不懂的可以去 OC 对象原理探索（一）中查看。

如下是真机调试的汇编，可以发现跟汇编源码非常相似。

我们进行一些简单的调试，和对汇编源码的一些验证。

根据打印可以看到，x1确实是sel。

读取x0得到<SSLPerson: 0x280d78060>，确实是消息接受者person。
读取x16地址为0x00000001044415e0，与SLPerson.class相同，可以证明x16是class，x16 = x13 & 0x7ffffffffffff8也就是isa & isaMask。