面试题：Objective-C元类在消息转发机制中的作用

Question

在Objective-C的消息转发机制中，元类扮演着怎样的角色？请详细说明当向一个对象发送一条它本身并未直接实现的消息时，元类是如何参与到整个消息转发流程中的，包括动态方法解析、备用接收者以及完整的消息转发这几个阶段。

Answer 1

元类在Objective-C消息转发机制中的角色

1. 类与元类的关系基础：在Objective-C中，每个类都有一个与之关联的元类（meta - class）。类对象存储着实例方法列表，而元类存储着类方法列表。元类的isa指针指向根元类，根元类的isa指针指向自身，形成一个闭环。
2. 消息转发流程中元类的作用：当向一个对象发送一条它本身并未直接实现的消息时，元类在整个消息转发流程中有着重要作用。
   • 动态方法解析阶段：
     • 当对象接收到未实现的消息时，首先进入动态方法解析阶段。运行时系统会向对象所属的类发送 +resolveInstanceMethod: 消息（如果是实例方法）或 +resolveClassMethod: 消息（如果是类方法）。
     • 对于类方法，类方法存储在元类中，所以此时元类参与其中。如果元类实现了 +resolveClassMethod: 方法，并且在该方法中动态添加了对应的类方法实现，那么消息转发就可以成功完成，对象就能响应这个原本未实现的类方法。
   • 备用接收者阶段：
     • 如果动态方法解析阶段没有处理该消息，就进入备用接收者阶段。运行时系统会向对象发送 -forwardingTargetForSelector: 消息。
     • 这里虽然主要是对象本身来决定是否有备用接收者，但元类间接参与。因为对象的类信息（包括元类相关信息）决定了对象的行为逻辑。如果对象决定返回一个备用接收者，那么这个备用接收者的类（及其元类结构）会影响后续消息的处理。如果备用接收者能够处理该消息，那么消息转发成功。
   • 完整的消息转发阶段：
     • 如果备用接收者阶段也没有处理该消息，就进入完整的消息转发阶段。运行时系统会创建一个 NSInvocation 对象，该对象封装了原始的消息发送信息。
     • 然后向对象发送 -methodSignatureForSelector: 消息获取方法签名。如果对象所属的类没有实现 -methodSignatureForSelector: 方法，元类信息会影响查找过程，因为元类与类有继承关系（元类的超类是类的超类的元类），可能从元类继承的相关方法中找到方法签名。
     • 接着运行时系统向对象发送 -forwardInvocation: 消息，传入 NSInvocation 对象。在这个方法中，开发者可以手动处理消息转发，例如将消息转发给其他对象等。如果这个阶段也没有成功处理消息，最终会导致 unrecognized selector sent to instance 异常。