面试题：Objective-C消息传递机制的基本流程是什么

Question

请详细阐述Objective-C中消息传递机制从发送消息到最终执行方法的基本流程，包括涉及到的runtime数据结构和关键步骤。

Answer 1

1. 发送消息

在Objective-C中，当向一个对象发送消息时，比如[obj message]，编译器实际会将其转化为objc_msgSend函数的调用。objc_msgSend函数第一个参数是接收者对象（即obj），第二个参数是方法选择器（@selector(message)），后面跟着方法的参数。

2. runtime数据结构

• 类结构（objc_class）：每个类在runtime中都有一个objc_class结构体来表示。它包含了类的元数据，如类名、超类指针，以及一个指向方法列表（method_list_t）的指针。
• 方法列表（method_list_t）：是一个包含多个method_t结构体的列表。method_t结构体包含了方法的选择器（SEL）、方法的实现（IMP）以及一些其他信息。
• 缓存（objc_cache）：每个类都有一个objc_cache，用于缓存最近使用过的方法。缓存是一个哈希表，键为方法选择器（SEL），值为方法的实现（IMP）。

3. 查找方法实现的关键步骤

• 缓存查找：objc_msgSend首先在接收者对象类的缓存中查找方法。因为缓存采用哈希表结构，所以查找速度很快。如果在缓存中找到了对应的方法实现（IMP），则直接调用该实现，流程结束。
• 方法列表查找：如果缓存中未找到，就会在类的方法列表中查找。runtime会遍历类的method_list_t，将每个method_t的选择器（SEL）与传入的选择器进行比较。如果找到匹配的选择器，就将该方法的实现（IMP）缓存起来，然后调用该实现，流程结束。
• 父类查找：如果在本类的方法列表中未找到，runtime会沿着继承链向上，在父类的缓存和方法列表中重复上述查找过程，直到找到方法实现或者到达继承链顶端（NSObject类）。如果在NSObject类中也未找到，就会进入动态方法解析阶段。
• 动态方法解析：runtime会给程序一次动态添加方法实现的机会。首先调用+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel（实例方法）或+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel（类方法）方法。如果在这些方法中添加了方法实现，runtime会重新启动消息发送流程。如果动态方法解析没有处理该消息，则进入备用接收者阶段。
• 备用接收者：runtime会调用- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法，尝试找到一个备用的对象来处理该消息。如果返回了一个非nil对象，runtime会向这个备用对象重新发送消息。如果没有找到备用接收者，则进入完整的消息转发阶段。
• 完整的消息转发：runtime会创建一个NSInvocation对象，包含了原消息的所有信息，然后调用- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation方法。在这个方法中，开发者可以手动指定将消息转发给哪个对象处理。如果这个方法也没有处理消息，runtime会调用- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector方法获取方法签名，如果获取到签名，runtime会再次调用- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation。如果还是没有处理消息，最终会抛出unrecognized selector sent to instance的异常。