的实际操作objc_msgSend函数是我们在Objective-C中实现的所有内容的基础。周五问答读者GwynneRaskind建议我谈谈objc_msgSend的内部结构。有没有比自己动手做更好的理解方式？我们自己实现一个objc_msgSend。蹦床！蹦床！（蹦床）当你写一个发送Objective-C消息的方法时：[objmessage]编译器将生成一个objc_msgSend调用：objc_msgSend(obj,@selector(message));之后由objc_msgSend负责转发消息。它做了什么？它寻找合适的函数指针或IMP，调用它，最后跳转。传递给objc_msgSend的任何参数最终都会成为IMP的参数。IMP的返回值成为最初调用的方法的返回值。因为objcmsgSend只负责接收参数，找到合适的函数指针，跳转，有时也叫trampoline（译注：[trampoline]（https://en.wikipedia.org/wiki/Trampoline(computing)）。更笼统的说,任何负责将一段代码转发到另一个地方的代码都可以称为蹦床。这种转发行为让objc_msgSend变得特别。因为它只是简单地寻找合适的代码并直接跳转。在过去，这是相当通用的。您可以传入任何参数组合，因为它只是将它们留给IMP读取。返回值有点棘手，但最终都是objc_msgSend的不同变体。不幸的是，这些转发行为无法在纯C.因为没有办法将传入一个C函数的泛型参数传递给另一个函数，可以使用可变参数，但是传递可变参数和普通参数的方法是不同的和缓慢的。所以这不适用于普通的C参数。如果想用C实现objc_msgSend，基本的样子应该是这样的：,...);}这有点过于简单化了。其实会有一个方法缓存来提高查找速度，像这样：(c,_cmd);returnimp(self,_cmd,...);}通常为了速度，cache_lookup是使用内联函数实现的。Assembly在Apple版本的runtime中，为了最大限度地提高速度，整个功能都是使用assembly实现的。在Objective-C中，每次发送消息时都会调用objc_msgSend，应用程序中最简单的操作可能有数千或数百万条消息。为了让事情更简单，我自己的实现使用尽可能少的汇编，使用单独的C函数来抽象复杂性。汇编代码将实现以下功能：idobjc_msgSend(idself,SEL_cmd,...){IMImmp=GetImplementation(self,_cmd);imp(self,_cmd,...);}GetImplementation可以以更具可读性的方式工作。汇编代码需要：1.将所有可能的参数存储在安全的地方，确保GetImplementation不会覆盖它们。2.调用GetImplementation。3.将返回值保存在某处。4.恢复所有参数值。5、跳转到GetImplementation返回的IMP。开始吧！在这里，我将尝试使用x86-64程序集，它可以轻松地在Mac上工作。这些概念也可以应用于i386或ARM。这个函数将保存在一个名为msgsend-asm.s的单独文件中。该文件可以像源文件一样传递给编译器，编译并链接到程序中。首先要做的是声明全局符号（globalsymbol）。由于一些无聊的历史原因，C函数的全局符号在其名称前有一个下划线：.globl_objc_msgSend_objc_msgSend：编译器将很乐意链接到最近的可用objc_msgSend。简单地将其链接到测试应用程序已经允许[objmessage]表达式使用我们自己的代码而不是Apple的运行时，这使得测试我们的代码以确保其工作变得相当方便。整数和指针参数被传递到寄存器%rsi、%rdi、%rdx、%rcx、%r8和%r9。其他类型的参数将被传递到堆栈（stack）上。这个函数做的最好的事情就是把这六个寄存器中的值保存在栈上，以便以后可以恢复：rax起着隐藏参数的作用。用于可变参数调用，保存传入的向量寄存器（vectorregisters）的个数，以便被调用函数正确准备可变参数列表。如果目标函数是可变参数方法，我也将值保存在这个寄存器中：pushq%rax为了完整性，用于传递浮点类型参数的寄存器%xmm也应该被保存。但是，如果我可以确保GetImplementation不会传入任何浮点数，我就可以忽略它们并且可以使代码更简洁。接下来，对齐堆栈。MacOSX要求函数调用堆栈按16字节边界对齐。上面的代码已经栈对齐了，但是还是需要手动显式处理，保证所有的东西都是对齐的，所以不用担心动态调用函数时会崩溃。为了对齐堆栈，我将%r12的原始值保存到堆栈后，将当前堆栈指针保存在%r12中。%r12是可选的，任何调用者保存的寄存器都可以。重要的是这些值在调用GetImplementation后仍然存在。然后我按位与（和）堆栈指针到-0x10，这清除了堆栈的底部四位：pushq%r12mov%rsp,%r12andq$-0x10,%rsp堆栈指针现在对齐了。这样可以安全的避开上面（上）保存的寄存器，因为栈是向下增长的，这种对齐方式会进一步向下移动。是时候调用GetImplementation了。它有两个参数，self和_cmd。调用约定是将这两个参数分别存放在%rsi和%rdi中。然而，当传递给objc_msgSend时，它们并没有被移动，所以没有必要改变它们。所做的一切其实就是调用了GetImplementation，方法名前还要加上下划线：callq_GetImplementation返回值对于整型和指针类型都存放在%rax中，返回的IMP就是在这里找到的。由于%rax需要恢复到原来的状态，返回的IMP需要移动到别处。我随机选择了%r11。mov%rax,%r11现在是恢复原状的时候了。先恢复%r12之前保存的栈指针，再恢复%r12的旧值：mov%r12,%rsppopq%r12然后按照入栈的相反顺序恢复寄存器的值：popq%raxpopq%r9popq%r8popq%rcxpopq%rdxpopq%rdipopq%rsi现在一切就绪。参数寄存器恢复到它们之前的状态。目标函数需要的参数都准备好了。IMP在寄存器%r11中，我们现在要做的就是跳转到那里：jmp*%r11就是这样！不需要其他汇编代码。jump将控制传递给方法实现。从代码来看，似乎是消息的发送者直接调用了这个方法。之前的迂回调用方式没有了。当方法返回时，它会直接放回到objc_msgSend的调用者，不需要进一步的操作。这个方法的返回值可以在合适的地方找到。非常规返回值有一些细微差别需要注意。比如大型结构体（无法存储在一个寄存器大小的返回值）。在x86-64上，大型结构返回时带有隐藏的第一个参数。当你这样调用时：NSRectr=SomeFunc(a,b,c);这个调用被翻译成这样：NSRectr;SomeFunc(&r,a,b,c);返回值的内存地址被传递到rdi中的%。由于objc_msgSend期望%rdi和%rsi包含self和_cmd，因此当消息返回大型结构时它不会工作。同样的问题存在于多个不同的平台上。runtime提供了objc_msgSend_stret返回结构体。工作原理和objc_msgSend类似，只是它知道在%rsi中找self，在%rdx中找_cmd。在某些平台上发送返回浮点值的消息（messages）时也会出现类似的问题。在这些平台上，运行时提供objc_msgSend_fpret（在x86-64上，objc_msgSend_fpret2用于特别极端的情况）。方法查找让我们继续实施GetImplementation。上面的汇编蹦床意味着这段代码可以用C实现。记住，在真正的运行时，这些代码是直接用汇编写的，以保证尽可能快的速度。这样不仅可以更好地控制代码，也可以避免重复上述保存和恢复寄存器的代码。GetImplementation可以简单地调用class_getMethodImplementation实现，混合在Objective-C运行时实现中。这有点无聊。真正的objc_msgSend首先查看类的方法缓存以最大化速度。由于GetImplementation想要模仿objc_msgSend，因此它也会这样做。如果缓存不包含给定的选择器入口点（entry），它将继续查找运行时（它回退到查询运行时）。我们现在需要的只是一些结构定义。方法缓存是类结构中的私有结构，要获取它，我们需要定义自己的版本。虽然是专有的，但这些结构的定义可以通过Apple的Objective-C运行时的开源实现获得（译注：http://opensource.apple.com/tarballs/objc4/）。首先你需要定义一个缓存条目：typedefstruct{SELname;void*unused;IMImp;}cache_entry;很简单。不要问我未使用的字段是做什么用的，我不知道它为什么在那里。这是缓存的完整定义：structobjc_cache{uintptr_tmask;uintptr_toccupied;cache_entry*buckets[1];};缓存是使用哈希表实现的。这个表是为了速度而实现的，其他的都被简化了，所以有点不同。表的大小总是2的幂，表以选择器为索引，桶直接以选择器的值为索引，可以通过移位去除不相关的低位，与进行逻辑与面具。这里有一些宏来计算给定选择器和掩码的桶的索引：#ifndef__LP64__#defineCACHE_HASH(sel,mask)(((uintptr_t)(sel)>>2)&(mask))#else#defineCACHE_HASH(sel,mask)(((unsignedint)((uintptr_t)(sel)>>0))&(mask))#endif***是类的结构。这是Class指向的类型：structclass_t{structclass_t*isa;structclass_t*superclass;structobjc_cache*cache;IMP*vtable;};所需的结构已经可用，现在让我们实现GetImplementation：IMPGetImplementation(idself,SEL_cmd){首先要做的是获取对象的类。真正的objc_msgSend是通过类似self->isa的方式获取的，但是会使用官方的API实现：Classc=object_getClass(self);因为我要访问最原始的形式，所以我会对指向class_t结构体的指针进行类型转换：structclass_t*classInternals=(structclass_t*)c;现在是时候找到IMP了。首先我们将它初始化为NULL。如果我们在缓存中找到它，我们就分配它。如果在查找缓存后仍然为NULL，我们将退回到较慢的方法：IMPimp=NULL；接下来，获取指向缓??存的指针：structobjc_cache*cache=classInternals->cache；计算bucket的索引，得到buckets数组指针：uintptr_tindex=CACHE_HASH(_cmd,cache->mask);cache_entry**buckets=cache->buckets;然后，我们使用我们要查找的选择器来查找缓存。运行时使用线性链接，然后遍历buckets子集，直到找到所需的条目或NULL条目：for(;buckets[index]!=NULL;index=(index+1)&cache->mask){if(buckets[index]->name==_cmd){imp=buckets[index]->imp;break;}}如果没有找到条目，我们调用运行时使用较慢的方法。在真正的objc_msgSend中，以上代码都是使用汇编实现的，是时候抛开汇编代码，调用runtime自己的方法了。一旦在缓存中查找不到想要的条目，快速发送消息的希望就会破灭。这个时候，获得更快的速度就没有那么重要了，因为注定会更慢，某种程度上，很少需要这样调用。因此，放弃汇编代码以支持更易于维护的C是可以接受的：if(imp==NULL)imp=class_getMethodImplementation(c,_cmd);无论如何，IMP现在已获取。如果它在缓存中，就会在那里找到它，否则由运行时查找。class_getMethodImplementation调用也会使用缓存，因此下一次调用会更快。剩下的就是返回IMP：returnimp；测试为了确保它有效，我写了一个快速测试程序：@interfaceTest:NSObject-(void)none;-(void)param:(int)x;-(void)params:(int)a:(int)b:(int)c:(int)d:(int)e:(int)f:(int)g;-(int)retval;@end@implementationTest-(id)init{fprintf(stderr,"ininitmethod,selfis%p\n",self);returnsself;}-(void)none{fprintf(stderr,"innonemethod\n");}-(void)param:(int)x{fprintf(stderr,"gotparameter%d\n",x);}-(void)params:(int)a:(int)b:(int)c:(int)d:(int)e:(int)f:(int)g{fprintf(stderr,"gotparams%d%d%d%d%d%d%d\n",a,b,c,d,e,f,g);}-(int)retval{fprintf(stderr,"inretvalmethod\n");return42;}@endintmain(intargc,char**argv){for(inti=0;i<20;i++){Test*t=[[Testalloc]init];[tnone];[tparam:9999];[tparams:1:2:3:4:5:6:7];fprintf(stderr,"retvalgaveus%d\n",[tretval]);NSMutableArray*a=[[NSMutableArrayalloc]init];[aaddObject:@1];[aaddObject:@{@"foo":@"bar"}];[aaddObject:@("blah")];a[0]=@2;NSLog(@"%@",A);}}为了防止对运行时实现进行一些意外调用，我向GetImplementation添加了一些调试日志以确保它被调用。一切正常，甚至文字和下标都在调用替换的实现。结论objc_msgSend的核心相当简单。但是它的实现需要一些汇编代码，这使得它比它应该的更难理解。但是为了性能优化，不得不使用一些汇编代码。但是通过构建一个简单的汇编蹦床，然后在C中实现它的逻辑，我们可以看到它是如何工作的，而且它真的没有什么高级之处。显然，您不应该在自己的应用程序中使用替代的objc_msgSend实现。你会后悔这样做的。这仅用于学习目的。
