面试题：Objective-C协议（Protocol）的深度应用与底层原理

Question

从Objective-C底层原理角度分析，协议是如何实现的？协议中的方法是如何被调用和解析的？在多个类遵循同一个协议且协议方法实现不同的情况下，系统是如何进行调度的？请深入阐述。

Answer 1

协议的实现原理

1. 数据结构：在Objective - C底层，协议本质上是一个objc_object结构体，其内部包含了协议的元数据，如协议名称、所声明的方法列表等信息。
2. 类对协议的遵循：当一个类声明遵循某个协议时，会在类的元数据中记录所遵循的协议列表。这使得运行时系统能够知晓该类实现了哪些协议的方法。

协议方法的调用与解析

1. 方法调用：当通过遵循协议的对象调用协议方法时，运行时系统会首先在对象所属类的方法列表中查找该方法的实现。
2. 动态方法解析：如果在类的方法列表中未找到，运行时会进入动态方法解析阶段。它会尝试通过+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel（实例方法）或+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel（类方法）方法来动态添加方法实现。
3. 备用接收者：若动态方法解析未成功，运行时会寻找备用接收者，即调用- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法，看是否能找到其他对象来处理该消息。
4. 完整的消息转发：若仍未找到处理该消息的方式，会进入完整的消息转发流程，调用- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation方法，开发者可以在此处手动构建消息转发逻辑。

多个类遵循同一协议且方法实现不同时的调度

1. 基于对象类型：运行时系统根据对象的实际类型来决定调用哪个类的协议方法实现。因为每个类都有自己独立的方法列表，即使它们遵循同一个协议，不同类对协议方法的实现也会被独立存储在各自的方法列表中。
2. 动态绑定：在运行时，消息发送机制会动态地根据对象的实际类型找到对应的方法实现。例如，假设有类ClassA和ClassB都遵循协议ProtocolX，并且都实现了协议中的methodInProtocol方法。当ClassA的实例调用methodInProtocol时，运行时会根据该实例是ClassA类型，去ClassA的方法列表中找到其对methodInProtocol的实现并调用；同理，当ClassB的实例调用时，会从ClassB的方法列表中查找并调用其实现。