iOS 你所不知道的SEL

這篇文章只介紹SEL，會包括SEL的官方定義、官方描述、創建selector的源碼分析。

既然文章標題是討論SEL，那么就不會添加進來那些爛大街的內容，什么“消息發送”、“Method結構體”、“runtime...”，這些個有的沒的都是耍流氓。

很久以來都有這么個面試題： 請解釋SEL是什么

一開始呢，我說不清楚SEL是什么，就知道SEL是selector的類型，而selector是方法名。那這個selector和SEL是對象？是字符串？是結構體？是指針？到底是啥就叫不準了。

所以我上網去搜了一下。不管是度娘還是谷歌找到的博客，都沒有很滿意的答案。所以干脆找時間，自己去官方文檔和源碼中找答案。

進入正題

從頭來看SEL和selector，先從蘋果介紹SEL的官方文檔開始，文檔地址。

SEL

定義

我們都知道 SEL 是selector的類型，從文檔中看，SEL的定義是：

typedef struct objc_selector *SEL;

也就是說 SEL 是一個指針類型，SEL 修飾的指針指向 objc_selector 結構體。到這，得出一個暫時性結論：

我們平時創建和獲取的 selector 都是一個指向objc_selector 結構體的指針。

雖然我沒有在文檔和源碼中找到這個 objc_selector 結構體的內部實現，按照文檔中的意思這是一個非透明的類型，但是到這里可以否定很多文章中的說法，selector 是指針，一個指向 objc_selector 結構體的指針，絕不是什么函數指針，在這里就不討論IMP了。

描述

為什么在查資料的時候有很多文章會說 selector 是字符串呢？再看官方文檔Discussion 部分的幾個重點：

  • 方法的 selector 是一個已被Objective-C運行時注冊過或映射過的C語言字符串
  • 如果想使用 selector ，必須使用 sel_registername 的返回值或者編譯器指令@selector()

這里有一個根本性區別就是，文檔中特意提到了這個字符串是被映射過或者注冊過（實際上是注冊到NXMapTable中做了相應的映射關系，后面會說）。

我們平時使用selector的時候，一般都可以直接把SEL當做字符串打印，比如：

SEL xxoo_selector = @selector(init);
NSLog(@"%s", xxoo_selector);

控制臺：
2019-04-19 11:05:43.404155+0800 SEL_Test[1352:42639] init

我們知道，結構體指針指向的地址其實就是第一個成員的地址，這與數組指針指向的地址和首元素地址相同是一樣的道理。因此，objc_selector結構體內部的第一個成員很有可能就是一個 char * 類型的字符串，保存著 selector 的名字。

創建

這段 Discussion 還有一個信息，就是創建 selector 的途徑只有兩種：

  • 函數 sel_registername
  • 編譯器指令 @selector()

雖然文檔這么說，但是用過的人都知道平時編程中我們還用到過其他獲取 selector 的途徑，比如：

  • NSSelectorFromString()
  • method_getName()

先提前劇透一下， NSSelectorFromString() 和 method_getName()的底層實現都是 sel_registername，有些是在官方文檔中給出，有些是在源碼中分析所得。

另外，編譯器指令 @selector() 雖然找不到具體實現，但是可以通過clang指令，編譯成C++源碼，底層仍然是使用的函數 sel_registername。

源碼分析

我們來分析一下這些創建selector的途徑都是怎么實現的

首先?NSSelectorFromString

NSSelectorFromString 官方文檔地址
?
源碼來自 《Apple開源網站》 的 objc-750.tar.gz 壓縮包

先來看 NSSelectorFromString ：

NSSelectorFromString

證據就在 Discussion 第一句話：

要創建選擇器，NSSelectorFromString 就會將一個代表方法名的UTF-8編碼字符串傳遞給sel_registerName，并返回該函數返回的值。

也就是說 NSSelectorFromString 底層實現就是sel_registerName函數， NSSelectorFromString 只不過是對sel_registerName函數包裝了一層而已。

下一話題?method_getName

在 objc-runtime-new.mm 文件中有 method_getName 的源碼：

/***********************************************************************
* method_getName
* Returns this method's selector.
* The method must not be nil.
* The method must already have been fixed-up.
* Locking: none
**********************************************************************/
SEL 
method_getName(Method m)
{
    if (!m) return nil;

    assert(m->name == sel_registerName(sel_getName(m->name)));
    return m->name;
}

在源碼中我們清晰的看到，method_getName獲取selector的底層實現依然是通過sel_registerName函數。

sel_registerName的底層實現

這樣所有問題就都來到了函數 sel_registername 了，是時候揭開它的神秘面紗了。源碼在 objc-sel.mm 文件中。

SEL sel_registerName(const char *name) {
    return __sel_registerName(name, 1, 1);     // YES lock, YES copy
}

sel_registerName中使用到了另一個函數__sel_registerName，再來看__sel_registerName的源碼：

static SEL __sel_registerName(const char *name, bool shouldLock, bool copy) 
{
    // result就是最終的返回值 selector
    SEL result = 0;

    if (shouldLock) selLock.assertUnlocked();
    else selLock.assertLocked();
    
    // 第一種情況
    if (!name) return (SEL)0;
    
    // 第二種情況
    result = search_builtins(name);
    if (result) return result;
    
    // 第三種情況
    conditional_mutex_locker_t lock(selLock, shouldLock);
    if (namedSelectors) {
        result = (SEL)NXMapGet(namedSelectors, name);
    }
    if (result) return result;

    // No match. Insert.
    // 第四種情況
    if (!namedSelectors) {
        namedSelectors = NXCreateMapTable(NXStrValueMapPrototype, 
                                          (unsigned)SelrefCount);
    }
    if (!result) {
        result = sel_alloc(name, copy);
        // fixme choose a better container (hash not map for starters)
        NXMapInsert(namedSelectors, sel_getName(result), result);
    }

    return result;
}


第一種情況：

當傳入的方法名為空時，函數會返回0。

第二種情況：

先用傳入的方法名去與內建函數名進行匹配，若傳入的方法名與某個內建函數同名，則不會創建新的 selector，而是直接返回這個內建函數的 selector。

第三種情況：

以傳入的方法名為鍵，在NXMapTable中進行匹配搜索，如果NXMapTable中有這個 selector ，不會創建新的 selector ，而是直接返回這個 selector。

NXMapTable簡單來講是一張哈希表，下面是它的實現：

/*  maptable.h
    Scalable hash table of mappings.
    Bertrand, August 1990
    Copyright 1990-1996 NeXT Software, Inc.
*/

#ifndef _OBJC_MAPTABLE_H_
#define _OBJC_MAPTABLE_H_

#ifndef _OBJC_PRIVATE_H_
#   define OBJC_MAP_AVAILABILITY                             \
    __OSX_DEPRECATED(10.0, 10.1, "NXMapTable is deprecated") \
    __IOS_UNAVAILABLE __TVOS_UNAVAILABLE                     \
    __WATCHOS_UNAVAILABLE __BRIDGEOS_UNAVAILABLE
#else
#   define OBJC_MAP_AVAILABILITY
#endif

#include <objc/objc.h>

__BEGIN_DECLS

/***************    Definitions     ***************/

    /* This module allows hashing of arbitrary associations [key -> value].  Keys and values must be pointers or integers, and client is responsible for allocating/deallocating this data.  A deallocation call-back is provided.
    NX_MAPNOTAKEY (-1) is used internally as a marker, and therefore keys must always be different from -1.
    As well-behaved scalable data structures, hash tables double in size when they start becoming full, thus guaranteeing both average constant time access and linear size. */

// NXMapTable的結構
typedef struct _NXMapTable {
    /* private data structure; may change */
    const struct _NXMapTablePrototype   * _Nonnull prototype;
    unsigned    count;
    unsigned    nbBucketsMinusOne;
    void    * _Nullable buckets;
} NXMapTable OBJC_MAP_AVAILABILITY;

// NXMapTable結構體的原型
typedef struct _NXMapTablePrototype {
    unsigned    (* _Nonnull hash)(NXMapTable * _Nonnull,
                                  const void * _Nullable key);
    int     (* _Nonnull isEqual)(NXMapTable * _Nonnull,
                                     const void * _Nullable key1,
                                     const void * _Nullable key2);
    void    (* _Nonnull free)(NXMapTable * _Nonnull,
                                  void * _Nullable key,
                                  void * _Nullable value);
    int     style; /* reserved for future expansion; currently 0 */
} NXMapTablePrototype OBJC_MAP_AVAILABILITY;
第四種情況：

所有以上情況都不匹配，也就是說當前傳入的方法名尚未在系統中注冊過，那么就創建一個新的 selector ，并將其插入到NXMapTable中，與方法名互相映射。最終返回的就是這個新的 selector。

@selector()的C++源碼

我創建了一個macOS的命令行工程，這樣方便查看：

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        SEL xxoo_selector = @selector(init);
    }
    return 0;
}

調用clang指令：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

生成新的C++文件：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        SEL xxoo_selector = sel_registerName("init");
    }
    return 0;
}

由此可見，所有的SEL創建都是通過 sel_registerName 函數


總結

  • selector 的類型是 SEL
  • SEL 修飾的是一個指向 objc_selector 結構體的指針
  • 所以 selector 是一個指向 objc_selector 結構體的指針
  • objc_selector 是非透明類型，無法看到具體實現，但是可以推測，其結構體第一個成員是char *類型的字符串，保存著selector名字
  • 在 objc-sel.mm 文件中可以看到創建selector的實現，即如果傳入的方法名不與內建函數同名，也未在NXMapTable中注冊過，那么會新創建一個selector，并與方法名互相映射成鍵值對，保存在NXMapTable中。
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