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一、介绍与应用
1.1 objc_msgSend
在Objective-C中调用方法，称为消息传递，消息有名称（name）或选择子（selector），可以接收参数，而且可能还有返回值。
objc_msgSend其实就是消息传递在底层C语言的函数实现，在Objective-C中，大部分方法调用都是经过objc_msgSend来实现的。当然，除去load方法·等特殊情况。
一般，给对象发送消息如下：
id retrunValue = [someObject messageName:parameter]；
复制代码someObject是消息接收者，messageName是选择子，选择子与参数合起来称为消息。在底层，编译器收到之后，将其转换obj_msgSend函数，其函数声明如下：
void objc_msgSend(void /* id self, SEL op, ... */ )
复制代码- 第一个参数为消息接收者
- 第二个参数为SEL
上面给对象发送之后转换即为：
id retrunValue = objc_msgSend(someObject, @selector(messageName:), parameter);
复制代码objc_msgSend会根据接受者与选择子的类型来调用适当的方法。
1.2 应用
下面我们通过直接调用objc_msgSend方法，来看看它是如何调用的。
NSMutableArray *array = [[NSMutableArray alloc] init];
[array addObject:@"dog"];
NSInteger index = [array indexOfObject:@"dog"];
NSString *last = [array lastObject];
[array removeLastObject];
复制代码将上面方法，改为objc_msgSend调用如下：
NSMutableArray *array = ( (NSMutableArray * (*) (id, SEL)) objc_msgSend) ( (id)[NSMutableArray class], @selector(alloc) );
array = ( (NSMutableArray * (*) (id, SEL)) objc_msgSend) ( (id)array, @selector(init));
( (void (*) (id, SEL, NSString *)) objc_msgSend) ( (id)array, @selector(addObject:), @"dog");
NSInteger index = ( (NSInteger (*) (id, SEL, NSString *)) objc_msgSend) ( (id)array, @selector(indexOfObject:), @"dog");
NSString *last = ( (NSString * (*) (id, SEL)) objc_msgSend) ( (id)array, @selector(lastObject));
( (void (*) (id, SEL)) objc_msgSend) ( (id)array, @selector(removeLastObject));
复制代码上面代码，在这儿。
1.3 为什么需要objc_msgSend
在C语言中，使用静态绑定（static binding）来实现函数调用，即在编译期就决定运行时所应调用的函数。
看一个实例：
#import <stdio.h>
void printHello() {
printf("Hello world!\n");
}
void printGoodbye() {
printf("Good bye!\n");
}
void doTheThing(int type) {
if(type == 0){
printHello();
}else{
printGoodbye();
}
return 0;
}
复制代码如果不考虑内联，那么编译器在编译代码的时候就已经知道程序中有printHello和printGoodbye的函数了，于是就直接生成调用这些函数的指令。而函数地址实际上是硬编码在指令之中。
若是将刚才的代码改成下面：
#import <stdio.h>
void printHello() {
printf("Hello world!\n");
}
void printGoodbye() {
printf("Good bye!\n");
}
void doTheThing(int type) {
void (*fnc)();
if(type == 0){
fnc = printHello;
}else{
fnc = printGoodbye;
}
fnc();
return 0;
}
复制代码这时就用到了动态绑定，因为所要调用的函数直到运行期才能确定。编译器在这种情况下生成的指令与刚才不同，在第一个例子中，if与else都有函数调用指令。而在第二个例子中，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在指令之中，而是要在运行期读取出来。
在Objective-C，如果要向某对象发送消息，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，调用哪个方法则由运行期决定，甚至可以在运行期改变。
objc_msgSend，就是承载Objective-C 中动态绑定机制的函数。
1.4 更多的objc_msgSend函数
类比objc_msgSend函数，还有几个类似的方法可以在<objc/message.h>头文件里找到：
//Sends a message with a data-structure return value to an instance of a class.
void objc_msgSend_stret(id self, SEL op, ...)
double objc_msgSend_fpret(id self, SEL op, ...)
id objc_msgSendSuper(struct objc_super *super, SEL op, ...)
复制代码关于上面三个函数，摘抄一段说明，没有去实证：
objc_msgSend_stret：如果待发送的消息要返回结构体，那么可交由此函数处理。只有当CPU的寄存器能够容纳得下消息返回类型时，这个函数才能处理此消息。若是返回值无法容纳于CPU寄存器中（比如说返回的结构体太大了），那么就由另一个函数执行派发。此时，那个函数会通过分配在栈上的某个变量来处理消息所返回的结构体。
objc_msgSend_fpret：如果消息返回的是浮点数，那么可交由此函数处理。在某些架构的CPU中调用函数时，需要对“浮点数寄存器”（floating-point register）做特殊处理，也就是说，通常所用的objc_msgSend在这种情况下并不合适。这个函数是为了处理x86等架构CPU中某些令人稍觉惊讶的奇怪状况。
objc_msgSendSuper：如果要给超类发消息，例如[super message:parameter]，那么就交由此函数处理。也有另外两个与objc_msgSend_stret和objc_msgSend_fpret等效的函数，用于处理发给super的相应消息。
二、探索objc_msgSend
2.1 分阶段流程
2.2 源码导读
透过汇编的流程，对流程进行梳理：
接下来的进入源码：
其中，最后一步：_objc_msgForward_impcache又是汇编，但是有高手已经反编译出来了。
出于Hmmm, What’s that Selector?，拷了一份forwarding.c。
三、消息发送
void objc_msgSend(id receiver, @selector(), ...)
复制代码消息发送的第一个流程，就是消息发送，这一步主要在类及其父类的_方法缓存以及方法列表_中寻找是否有对应的方法。
首先，会根据消息接收者所属的类，查找类”方法列表“，若能找到与”选择子“名称相符的，即跳转其实现代码。否则，按接受者的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，最终未找到，那就执行动态方法解析的流程。
上面的过程会造成性能上的损失，鉴于此，objc_msgSend会在接受者第一次查找方法后，将该方法及其跳转地址缓存在哈希表中，每个类都有这样一块缓存，后面发送消息，会先哈希表搜寻，并实现快速跳转。当然，相对静态绑定这当然更慢。但是，实际上，这并不会造成程序的性能瓶颈所在。假如，真的是瓶颈，你大可以只编写纯C函数。
从objc源码归纳出如下流程：
针对上面的流程，需要说明几点。
3.1 在方法列表中查找
在方法列表中查找方法，系统为了提高效率，做了如下区分：
- 已排序的方法列表：二分查找
- 未排序的方法列表：遍历
//查找类的某个分类或类的方法列表————一维数组
static method_t *search_method_list(const method_list_t *mlist, SEL sel)
{
if (__builtin_expect(methodListIsFixedUp && methodListHasExpectedSize, 1)) {
//已排序：二分查找
return findMethodInSortedMethodList(sel, mlist);
} else {
// 未排序：线性遍历寻找方法
for (auto& meth : *mlist) {
if (meth.name == sel) return &meth;
}
}
return nil;
}
复制代码3.2 在父类方法列表中查找
如果在父类方法列表中查找到方法，那么就缓存到当前receiverClass中。
// Superclass cache. 从父类方法缓存中查找
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (imp) {
//在父类缓存中找到方法
if (imp != (IMP)_objc_msgForward_impcache) {
// Found the method in a superclass. Cache it in this class.
// 将父类缓存中的方法，缓存到自身类中，结束查找
log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
goto done;
}
}
复制代码四、动态方法解析
假如在消息发送过程中，没有查找到方法，那么就会进入动态方法解析。
动态方法解析就是在运行时临时添加一个方法实现，来进行消息的处理。
添加方法的函数是：
/*
cls: 需要添加方法的对象
name: selector 方法名
imp: 对应的函数实现
types: 函数对应的编码
*/
class_addMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp,
const char * _Nullable types)
复制代码对应的，下图是动态解析的一个流程：
动态方法解析的对应的示例代码。
4.1 对象方法与类方法
动态方法解析，可以添加处理对象方法也可以处理类方法。
但是，注意区别的是，类方法，需要给其元类对象添加方法，而实例对象，是给其类对象添加方法。
这也很好理解，因为：
- 调用对象方法，查找方法是去类对象方法列表；
- 调用类方法，是去元类方法列表中找；
如下，是一个示例：
void notFound_eat(id self, SEL _cmd)
{
NSLog(@"%@ - %@", self, NSStringFromSelector(_cmd));
NSLog(@"current in method %s", __func__);
}
//对象方法解析
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
if (sel == @selector(eat)) {
// 注意添加到self，此处即类对象
class_addMethod(self, sel, (IMP)notFound_eat, "v16@0:8");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
//类方法解析
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
{
if (sel == @selector(learn)) {
// 第一个参数是object_getClass(self)
class_addMethod(object_getClass(self), sel, (IMP)notFound_learn, "v16@0:8");
return YES;
}
return [super resolveClassMethod:sel];
}
复制代码4.2 class_addMethod
下面是class_addMethod添加的两种方式：
4.3 标记“已经动态解析”
这个标记有何作用？
因为动态解析之后，其实还是又重新走消息发送的阶段了。之所以加这个标记，是为了打破：
**消息发送->动态方法解析->消息发送->动态方法解析….**这个无限循环。
只会执行一次：消息发送->动态方法解析->消息发送->消息转发。
4.4 @dynamic的实现
动态方法解析，最佳的一个实践用例就是，@dynamic的实现。
@dynamic是告诉编译器不用自动生成getter和setter的实现，等到运行时再添加方法实现
五、消息转发
在消息发送——没有在缓存和方法列表中找到，也没有在动态方法解析时，添加方法。就会走到消息转发流程。
消息转发流程，分类两步：
- 寻找备援接收者
- 完整的消息转发
以下是流程图：
5.1 备援接收者
备援接收者，含义清晰，相当于“这条消息，我不想要接收，有个备份对象来接收”。
备援接收者，在下面方法实现：
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;
复制代码在这一步，运行期系统会问它：是否把这条消息转给其他接收者来处理。
若方法能找到备援者对象，将其返回，否则返回nil。通过此方案，可以组合（composition）来模拟出多重继承（multiple inheritance）的某些特性。在一个对象内部，可能还有其他一系列对象，该对象可以经由此方法将能够处理某选择子的相关内部对象返回，如此一来，从外部看来，好像是该对象亲自来处理这些消息似的。
需要注意的是，这一步是不能改变消息内容的，如果要达到这个目的，就得通过完整的消息转发机制来做。
5.2. 完整的消息转发
在没有备援接收者的情况下，就会进入完整的消息转发流程中。
完整的消息转发，也分为两步：
- 获取方法签名
- 进行转发
5.2.1 方法签名
方法签名，可以通过下面方式获取。
5.2.2 forwardInvocation
forwardInvocation方法，非常强大，可定制性程度极高，赋予了其极大的权限。
NSInvocation是一个封装了方法调用的类，把与尚未处理那条消息有关的全部细节都封于其中，此对象包含选择子、目标（target）和参数。在触发NSInvocation对象时，消息派发系统会将消息指派给目标对象。
当然，该方法也可以直接将消息转给备援接收者，但是在上一步中即可做到，所以一般到了这一步，都会修改消息内容，来做只有它能做的事。
但需要注意的时，在使用NSInvocation对象target时，target是assign类型。
5.3 类方法的消息转发
针对备援接收者及完整的消息转发流程，其实平时开发中，一般都认为只有对象方法可以实现消息转发。
其实系统也支持对类方法的消息转发。
只需要将智能提示后的对象方法前面-修改成+，即可实现类方法的消息转发。
六、unrecognized selector
在历经千山万水之后，仍然走到这一步。
苍天绕过谁，那就抛出我们常见的错误吧！
-[**NSCFNumber lowercaseString]: unrecognized selector sent to instance 0x87
*** Terminating app due to uncaught exception ‘NSInvalidArgumentException’,reason:’- [**NSCFNumber lowercaseString]: unrecognized selector sent to instance 0x87
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