前言
- 在我們知道了cache寫入sel-imp流程後，接下來我們探討寫入之前的消息發送的流程
- 本篇重點也就是上一篇流程圖中的cache reader 下的objc_msgSend
前情提要
知識拓展
- 編譯時
編譯時做了簡單的翻譯工作，可以理解為檢查語法有無錯誤，當我們按下bulid時，就開始進行編譯，如果有出現errors或是warning時為編譯檢查，這樣產生的錯誤叫做編譯時錯誤，而這個檢查的過程叫做編譯類型檢查 或是靜態類型檢查 (所以編譯時並沒有將程式碼放到記憶體中運行，只是把程式碼當作文本掃描下來)
- 運行時
運行時，程式碼被裝載到記憶體中，不同於編譯時做的類型檢查，而是在記憶體中進行操作及判斷
- Runtime 版本
早期版本Lagacy版本(早期版本)用於Objective-C 1.0，32位Mac OS X的平臺上
現行版本Mondern版本(現行版本)用於iphone程序和MacOS X v10.5及以後的系統中的64位程序
- Runtime官方文檔
- rumtime調用的三種途徑與底層關係
方法的本質
- 我們在isa與類的關聯原理，使用了clang編譯成.cpp文件，並且進一步的探索對象的本質
- 在這篇我們一樣使用clang編譯成.cpp文件並進一步探討方法的本質
//main.m中方法的調用
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
[person sayNB];
[person sayHello];
//??clang編譯底層實現
LGPerson *person = ((LGPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("LGPerson"), sel_registerName("alloc"));
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("sayNB"));
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("sayHello"));
- 可以看到
方法的本質其實底層是objc_msgSend消息發送
驗證
- 有了上述的推論，現在我們使用
objc_msgSend為person對象發送消息，與使用方法調用，來看看是否會打印一樣．
注意
調用
objc_msgSend時需要導入頭文件，#import <objc/message.h>將嚴厲檢查機制關掉，路徑
build setting →enable strict checking of obc_msgSend calls改為nomain中的調用
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
objc_msgSend(person,sel_registerName("sayNB"));
[person sayNB];
- 可以看到打印一樣
-
[person sayNB]等價於objc_msgSend(person,sel_registerName("sayNB"))
打印結果
子類對象調用父類的方法
- 驗證了上述方法調用的本質後，我們來試試子類調用父類的方法
- 首先在創建兩個類
@interface LGTeacher : NSObject
- (void)sayHello;
@end
@implementation LGTeacher
- (void)sayHello{
NSLog(@"666");
}
@end
@interface LGPerson : LGTeacher
- (void)sayHello;
- (void)sayNB;
@end
@implementation LGPerson
- (void)sayNB{
NSLog(@"666");
}
@end
- main.m文件
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
LGTeacher *teacher = [LGTeacher alloc];
//一般子類對象調用父類方法
[person sayHello];
struct objc_super lgsuper;
lgsuper.receiver = person; //消息的接收者還是person
lgsuper.super_class = [LGTeacher class]; //告訴父類是誰
//消息的接受者還是自己 - 父類 - 請你直接找我的父親
objc_msgSendSuper(&lgsuper, sel_registerName("sayHello"));
-
objc_msgSendSuper方法中有兩個參數（結構體，sel），其結構體類型是objc_super定義的結構體對象，並且需要指定receiver和super_class兩個屬性，子系統實現和定義如下 objc_msgSendSuper 方法參數
objc_msgSendSuper源碼實現
- objc_super原始碼定義
objc_super原始碼定義
打印結果如下
打印結果
由上述測試我們可以知道不管是[person sayHello] 或是objc_msgSendSuper(&lgsuper, sel_registerName("sayHello")); 兩者都是執行父類的sayHello的實現，所以我們可以假設
對象調用會先到所屬的類中查找，如果類中沒有，就往父類找。
objc_msgSend快速查找流程分析
- 在objc4-781原始代碼中，搜索
objc_msgSend，由於我們日常開發的都是架構是arm64，所以需要在arm64.s後綴的文件中查找原始代碼objc_msgSend實現，發現是彙編實現，其目的為提高效率。
objc_msgSend彙編源碼
objc_msgSend是消息發送的源碼入口，其使用彙編實現的，源碼實現如下
//----消息發送的入口--
ENTRY _objc_msgSend
//---- 無窗口
UNWIND _objc_msgSend, NoFrame
//---- p0 和空對比，即判斷接收者是否存在，
//---- cmp其實是做減法運算。
//---- p0是objc_msgSend的第一個參數-消息接收者receiver
cmp p0, #0 // nil check and tagged pointer check
//---- le(less than or equl to) 即小於等於 --支持taggedpointer（小對象類型）的流程
#if SUPPORT_TAGGED_POINTERS
b.le LNilOrTagged // (MSB tagged pointer looks negative)
#else
//---- p0 eq(equal to)等於 0 時，直接返回 空
b.eq LReturnZero
//---- 判定p0 - #0 小於等於 0 跳轉LNilOrTagged
//---- 判定p0 - #0 等於 0 跳轉LNilOrTagged
#endif
//---- p0即receiver 肯定存在的流程
//---- 根據對象拿出isa，x0寄存器(存放)指向的地址 讀取出 isa，存入 p13寄存器
ldr p13, [x0] // p13 = isa
//---- 在64位架構下通過 p16 = isa（p13） & ISA_MASK，拿出shiftcls信息，得到class信息
GetClassFromIsa_p16 p13 // p16 = class
LGetIsaDone:
// calls imp or objc_msgSend_uncached
//---- 如果有isa，走到CacheLookup 即緩存查找流程，也就是所謂的sel-imp快速查找流程
CacheLookup NORMAL, _objc_msgSend
#if SUPPORT_TAGGED_POINTERS
LNilOrTagged:
//---- 等於空，返回空
b.eq LReturnZero // nil check
// tagged
adrp x10, _objc_debug_taggedpointer_classes@PAGE
add x10, x10, _objc_debug_taggedpointer_classes@PAGEOFF
ubfx x11, x0, #60, #4
ldr x16, [x10, x11, LSL #3]
adrp x10, _OBJC_CLASS_$___NSUnrecognizedTaggedPointer@PAGE
add x10, x10, _OBJC_CLASS_$___NSUnrecognizedTaggedPointer@PAGEOFF
cmp x10, x16
b.ne LGetIsaDone
// ext tagged
adrp x10, _objc_debug_taggedpointer_ext_classes@PAGE
add x10, x10, _objc_debug_taggedpointer_ext_classes@PAGEOFF
ubfx x11, x0, #52, #8
ldr x16, [x10, x11, LSL #3]
b LGetIsaDone
// SUPPORT_TAGGED_POINTERS
#endif
LReturnZero:
// x0 is already zero
mov x1, #0
movi d0, #0
movi d1, #0
movi d2, #0
movi d3, #0
ret
END_ENTRY _objc_msgSend
第一步
-
判斷
objc_msgSend方法的第一個參數receiver是否為空- 如果支持
tagged pointer跳轉至LNilOrTagged - 如果
小對象為空，則直接返回空 即LReturnZero - 如果
小對象不為空，則處理小對象的isa即到第二步
- 如果支持
-
不為小對象 且
receivier也不為空- 從
receivier取出isa存入p13寄存器 - 通過
GetClassFromIsa_p16中,arm架構下通過 isa & Mask 獲取到shiftcls位域的類信息，即class，GetClassFromIsa_p16的彙編實現如下，然後走到第二步
.macro GetClassFromIsa_p16 /* src */ //用於watchOS #if SUPPORT_INDEXED_ISA // Indexed isa // 將isa的值存入p16寄存器 mov p16, $0 // optimistically set dst = src tbz p16, #ISA_INDEX_IS_NPI_BIT, 1f // done if not non-pointer isa // 判斷是否是non-pointer // isa in p16 is indexed // 將 _objc_indexed_classes 所在的基地址，讀入x10寄存器 adrp x10, _objc_indexed_classes@PAGE // 將 x10 = x10 + _objc_indexed_classes(page中的偏移量)-- x10基址 根據偏移量進行內存偏移 add x10, x10, _objc_indexed_classes@PAGEOFF // 從p16的第ISA_INDEX_SHIFT位開始，提取ISA_INDEX_BITS位 到 p16寄存器 剩餘的高位用0補充 ubfx p16, p16, #ISA_INDEX_SHIFT, #ISA_INDEX_BITS // extract index ldr p16, [x10, p16, UXTP #PTRSHIFT] // load class from array 1: // 用於64位系統 #elif __LP64__ // 64-bit packed isa and p16, $0, #ISA_MASK #else // 用於32位系統 // 32-bit raw isa mov p16, $0 #endif .endmacro第二步
- 獲取isa完畢，進入慢速查找流程
CacheLookup Normal
CacheLookup 緩存查找
- 彙編源碼
- 接下來查找
CacheLookup Normal搜尋 找到.macro CacheLookup的彙編開頭，相當於是CacheLookup的宏(define)定義
//！！！！！！！！！重點！！！！！！！！！！！！ .macro CacheLookup // // Restart protocol: // // As soon as we're past the LLookupStart$1 label we may have loaded // an invalid cache pointer or mask. // // When task_restartable_ranges_synchronize() is called, // (or when a signal hits us) before we're past LLookupEnd$1, // then our PC will be reset to LLookupRecover$1 which forcefully // jumps to the cache-miss codepath which have the following // requirements: // // GETIMP: // The cache-miss is just returning NULL (setting x0 to 0) // // NORMAL and LOOKUP: // - x0 contains the receiver // - x1 contains the selector // - x16 contains the isa // - other registers are set as per calling conventions // LLookupStart$1: //---- p1 = SEL, p16 = isa --- #define CACHE (2 * __SIZEOF_POINTER__)，其中 __SIZEOF_POINTER__表示pointer的大小 ，即 2*8 = 16 //---- p11 = mask|buckets -- 從x16（即isa）中平移16字節，取出cache 存入p11寄存器 -- isa距離cache 正好16字節：isa（8字節）-superClass（8字節）-cache（mask高16位 + buckets低48位） ldr p11, [x16, #CACHE] //---- 64位真機 #if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16 //--- p11(cache) & 0x0000ffffffffffff ，mask高16位抹零，得到buckets 存入p10寄存器-- 即去掉mask，留下buckets and p10, p11, #0x0000ffffffffffff // p10 = buckets //--- p11(cache)右移48位，得到mask（即p11 存儲mask），mask & p1(msgSend的第二個參數 cmd-sel) ，得到sel-imp的下標index（即搜索下標） 存入p12（cache insert寫入時的哈希下標計算是 通過 sel & mask，讀取時也需要通過這種方式） and p12, p1, p11, LSR #48 // x12 = _cmd & mask //--- 非64位真機 #elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4 and p10, p11, #~0xf // p10 = buckets and p11, p11, #0xf // p11 = maskShift mov p12, #0xffff lsr p11, p12, p11 // p11 = mask = 0xffff >> p11 and p12, p1, p11 // x12 = _cmd & mask #else #error Unsupported cache mask storage for ARM64. #endif //--- p12是下標 p10是buckets數組首地址，下標 * 1<<4(即16) 得到實際內存的偏移量，通過buckets的首地址偏移，獲取bucket存入p12寄存器 //--- LSL #(1+PTRSHIFT)-- 實際含義就是得到一個bucket占用的內存大小 -- 相當于mask = occupied -1-- _cmd & mask -- 取余數 add p12, p10, p12, LSL #(1+PTRSHIFT) // p12 = buckets + ((_cmd & mask) << (1+PTRSHIFT)) -- PTRSHIFT是3 //--- 從x12（即p12）中取出 bucket 分別將imp和sel 存入 p17（存儲imp） 和 p9（存儲sel） ldp p17, p9, [x12] // {imp, sel} = *bucket //--- 比較 sel 與 p1（傳入的參數cmd） 1: cmp p9, p1 // if (bucket->sel != _cmd) //--- 如果不相等，即沒有找到，請跳轉至 2f b.ne 2f // scan more //--- 如果相等 即cacheHit 緩存命中，直接返回imp CacheHit $0 // call or return imp 2: // not hit: p12 = not-hit bucket //--- 如果一直都找不到， 因為是normal ，跳轉至__objc_msgSend_uncached CheckMiss $0 // miss if bucket->sel == 0 //--- 判斷p12（下標對應的bucket） 是否 等于 p10（buckets數組第一個元素，），如果等于，則跳轉至第3步 cmp p12, p10 // wrap if bucket == buckets //--- 定位到最后一個元素（即第一個bucket） b.eq 3f //--- 從x12（即p12 buckets首地址）- 實際需要平移的內存大小BUCKET_SIZE，得到得到第二個bucket元素，imp-sel分別存入p17-p9，即向前查找 ldp p17, p9, [x12, #-BUCKET_SIZE]! // {imp, sel} = *--bucket //--- 跳轉至第1步，繼續對比 sel 與 cmd b 1b // loop 3: // wrap: p12 = first bucket, w11 = mask #if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16 //--- 人為設置到最后一個元素 //--- p11（mask）右移44位 相當于mask左移4位，直接定位到buckets的最后一個元素，緩存查找順序是向前查找 add p12, p12, p11, LSR #(48 - (1+PTRSHIFT)) // p12 = buckets + (mask << 1+PTRSHIFT) #elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4 add p12, p12, p11, LSL #(1+PTRSHIFT) // p12 = buckets + (mask << 1+PTRSHIFT) #else #error Unsupported cache mask storage for ARM64. #endif // Clone scanning loop to miss instead of hang when cache is corrupt. // The slow path may detect any corruption and halt later. //--- 再查找一遍緩存() //--- 拿到x12（即p12）bucket中的 imp-sel 分別存入 p17-p9 ldp p17, p9, [x12] // {imp, sel} = *bucket //--- 比較 sel 與 p1（傳入的參數cmd） 1: cmp p9, p1 // if (bucket->sel != _cmd) //--- 如果不相等，即走到第二步 b.ne 2f // scan more //--- 如果相等 即命中，直接返回imp CacheHit $0 // call or return imp 2: // not hit: p12 = not-hit bucket //--- 如果一直找不到，則CheckMiss CheckMiss $0 // miss if bucket->sel == 0 //--- 判斷p12（下標對應的bucket） 是否 等于 p10（buckets數組第一個元素）-- 表示前面已經沒有了，但是還是沒有找到 cmp p12, p10 // wrap if bucket == buckets b.eq 3f //如果等于，跳轉至第3步 //--- 從x12（即p12 buckets首地址）- 實際需要平移的內存大小BUCKET_SIZE，得到得到第二個bucket元素，imp-sel分別存入p17-p9，即向前查找 ldp p17, p9, [x12, #-BUCKET_SIZE]! // {imp, sel} = *--bucket //--- 跳轉至第1步，繼續對比 sel 與 cmd b 1b // loop LLookupEnd$1: LLookupRecover$1: 3: // double wrap //--- 跳轉至JumpMiss 因為是normal ，跳轉至__objc_msgSend_uncached JumpMiss $0 .endmacro //以下是最后跳轉的匯編函數 .macro CacheHit .if $0 == NORMAL TailCallCachedImp x17, x12, x1, x16 // authenticate and call imp .elseif $0 == GETIMP mov p0, p17 cbz p0, 9f // don't ptrauth a nil imp AuthAndResignAsIMP x0, x12, x1, x16 // authenticate imp and re-sign as IMP 9: ret // return IMP .elseif $0 == LOOKUP // No nil check for ptrauth: the caller would crash anyway when they // jump to a nil IMP. We don't care if that jump also fails ptrauth. AuthAndResignAsIMP x17, x12, x1, x16 // authenticate imp and re-sign as IMP ret // return imp via x17 .else .abort oops .endif .endmacro .macro CheckMiss // miss if bucket->sel == 0 .if $0 == GETIMP //--- 如果為GETIMP ，則跳轉至 LGetImpMiss cbz p9, LGetImpMiss .elseif $0 == NORMAL //--- 如果為NORMAL ，則跳轉至 __objc_msgSend_uncached cbz p9, __objc_msgSend_uncached .elseif $0 == LOOKUP //--- 如果為LOOKUP ，則跳轉至 __objc_msgLookup_uncached cbz p9, __objc_msgLookup_uncached .else .abort oops .endif .endmacro .macro JumpMiss .if $0 == GETIMP b LGetImpMiss .elseif $0 == NORMAL b __objc_msgSend_uncached .elseif $0 == LOOKUP b __objc_msgLookup_uncached .else .abort oops .endif .endmacro第一步:獲取cache地址
- 通過
isa即首地址平移16字節(objc_class中，首地址距離cache為16字節，即isa首地址 占8字節，superclass占8字節)，獲取cache，cache中高16位儲存mask，低48位存buckets，即p11 = cache。
第二步:從cache中分別取出buckets和mask，並由mask根據哈希算法計算出哈希下標
通過
cache與掩碼(0x0000ffffffffffff)的＆運算，將高16位清零得到bucket指針地址，p10 = buckets將
cache右移48位，得到mask，即p11 = mask將
objc_msgSend的參數p1(即第二個參數_cmd)&mask，通過哈希算法，得到需要查找存儲sel-imp的bucket下標index，即p12 = index = _cmd&mask，為什麼通過這種方式呢？因為在存儲sel-imp時，也是通過同樣哈希算法計算哈希下標進行儲存，所以讀取也是需要通過同樣的方式讀取，如下所示
- 從
cache_t存儲sel-imp時計算哈希下標的哈希算法源碼
第三步：根據所得的哈希下標index和bucket首地址，取出哈希下標對應bucket
- 其中PTRSHIFT等於3，左移4位(即2^4=16字節)的目的是計算出一個bucket實際佔用的大小，結構體
bucket_t中sel佔8字節，imp佔８字節。 - 根據計算的哈希下標index乘以單個bucket佔用的內存大小，得到buckets首地址在實際內存中的偏移量。
- 通過
首地址+實際偏移量，獲取哈希下標index對應的bucket
第四步：取出sel-imp
- 根據獲取的bucket取出其中的imp存入p17 即
p17 = imp，取出sel存入p9 即p9= sel
第五步：第一次遞歸循環
- 比較獲取的
bucket中sel與objc_msgSend的第二個參數的_cmd(即p1)是否相等 - 如果
相等，則直接跳轉至cacheHit，即緩存命中，返回imp - 如果
不相等，會有以下兩種情況 - 如果一直找不到，直接跳轉至CheckMiss，因為$0是normal，會跳轉至
__objc_msgSend_uncached，即進入慢速查找流程 - 如果根據index獲取的bucket等於buckets的第一個元素，則
人為的將當前bucket設置buckets的最後一個元素(通過buckets首地址+mask右移44位(等同於左移4位)直接定位到bucket的最後一個元素 )，然後繼續進行遞歸循環(第一個遞歸循環嵌套第二個遞歸循環)，即第六步 - 如果
當前bucket不等於buckets第一個元素，則繼續向前查找，進入第一次遞歸循環
第六步：第二次遞歸循環
- 重複第五步，不同的是
當前的bucket還是等於buckets的第一個元素，則直接跳轉至JumpMiss，此時是$0是normal，也是直接跳轉至__objc_msgSend_uncached，即進入慢速查找流程。 - 以下是整個
快速查找過程流程
快速查找流程
