こんにちは。 私の一連の記事は、CからObjective-Cに切り替えたプログラマーに捧げられ、「Objective-CはどのようにCに基づいているのですか？」および「これはすべて内部からどのように発生しますか？」



ご意見をお寄せいただきありがとうございます。Objective-Cランタイムの徹底的な研究に関する記事を続けることは、私にとってインセンティブとなることを示してくれたことに興味を持っています。 いくつかの説明をしたいので、このパートを記事の主題から始めました。

1. 私の記事はObjective-Cのマニュアルではありませんが、Objective-CランタイムはC言語レベルで理解できるほど低く研究しています。
2. 私の記事は、C言語とデバッガーのガイドではありません。 C言語のレベルまで下降しますが、それより低くはありません。 したがって、メモリ内のデータの表示などの問題には触れません。 あなたは私なしでこれをすべて知っていると仮定されます。

もちろん、記事は他のカテゴリーのプログラマーにも興味があります。 ただし、これら2つの点に留意してください。



最初の記事を読んでいない場合は、まずhttp://habrahabr.ru/post/250955/を読むことを強くお勧めします。 そして、すでに読んでいるなら、猫へようこそ。

「メソッドを呼び出す」と「メッセージを送信する」

前回の記事では、「メソッド呼び出し」または「メッセージの送信」とも呼ばれていました。

[myObj someMethod];
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

実行時に、そのような設計は最終的にobjc_msgSend（）関数の呼び出しとセレクターを適切に扱うことに帰着するという結論に達しました。



さて、objc_msgSend（）関数を詳細に調べて、この悪名高いオブジェクトへのメッセージ送信の原理を理解しましょう。



この関数は、オブジェクトのメソッドを呼び出すたびに呼び出されます。 作業の速度がアプリケーション全体の速度に大きく影響すると仮定するのは論理的です。 したがって、この関数のソースコードを見ると、各プラットフォームのアセンブリ言語で実装されていることがわかります。



ソースコードを理解する前に、 ドキュメントを理解することをお勧めします。

...



メッセージ送信機能は、動的リンクに必要なすべてを実行します。

• まず、セレクタが参照するプロシージャ（メソッド実装）を見つけます。 同じメソッドを完全に異なるクラスで実装できるため、それ（ objc_msgSend関数、作成者のメモ ）が検索するまさにその手順は、受信者クラス（ メッセージの送信先、作成者のメモ ）によって異なります 。
• 次に、彼女はこのプロシージャを呼び出し、受信者オブジェクト（オブジェクトへのポインタ）とメソッド呼び出しで渡されたすべての引数を渡します。
• 最後に、プロシージャの結果を独自の結果として返します。

...

さて、2番目と3番目の段落では、すべてが非常に明確です。 しかし、最初のものはもう少し詳細に扱う必要があります。完全に抽象的なセレクターがいかに正確に非常に特定の関数に変換されるかです。

Cのクラスメソッドと通信します

よく知っているobjc_msgSend（）関数は、最初に呼び出されたメソッドを実装する関数を探しているため、この関数を見つけて自分で呼び出すことができます。



メソッド呼び出しをもう少し詳しく知ることができる小さなテストプログラムを書いてみましょう。

 #import <Foundation/Foundation.h> #import <objc/runtime.h> @interface TestClass : NSObject - (void)someMethod; - (void)callSomeMethod; - (void)methodWithParam:(const char *)param; @end @implementation TestClass - (void)someMethod { NSLog(@"Hello from %p.%s!", self, _cmd); } - (void)callSomeMethod { NSLog(@"Hello from %p.%s!", self, _cmd); [self someMethod]; } - (void)methodWithParam:(const char *)param { NSLog(@"Hello from %p.%s! My parameter is: <%s>", self, _cmd, param); } @end int main(int argc, const char * argv[]) { TestClass * myObj = [[TestClass alloc] init]; [myObj someMethod]; [myObj callSomeMethod]; [myObj methodWithParam:"I'm a parameter"]; return 0; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ドキュメントから、目的の関数を呼び出すときに、objc_msgSend（）が次の順序でパラメーターを渡すことがわかります。

1. メソッドを呼び出したオブジェクトへのポインター
2. メソッドを呼び出したセレクター
3. メソッドに渡した残りの引数

これが、テストプログラムが次のように見える理由です。各メソッドで、ログselfと_cmdに出力します。これらには、それぞれ「self」とセレクターへのポインターがあります。



このプログラムを実行すると、出力はおよそ次のようになります。

2015-02-21 12：43：18.817 ObjCRuntimeTest [7092：2454834] 0x1002061f0.someMethodからこ​​んにちは！

2015-02-21 12：43：18.818 ObjCRuntimeTest [7092：2454834] 0x1002061f0.callSomeMethodからこ​​んにちは！

2015-02-21 12：43：18.819 ObjCRuntimeTest [7092：2454834] 0x1002061f0.someMethodからこ​​んにちは！

2015-02-21 12：43：18.819 ObjCRuntimeTest [7092：2454834] 0x1002061f0.methodWithParamからこんにちは：！ 私のパラメーターは：<私はパラメーターです>

次に、C言語を使用してこれらのメソッドを呼び出してみますこれを行うには、クラスのメソッドを実装するオブジェクトから関数へのポインターを取得します。 C言語のレベルで作業していることを考えると、関数へのポインターを使用できるようにする型を決定する必要があります。 これらすべてを考慮すると、main（）関数に次のコードがあります。

 int main(int argc, const char * argv[]) { typedef void (*MethodWithoutParams)(id, SEL); typedef void (*MethodWithParam)(id, SEL, const char *); TestClass * myObj = [[TestClass alloc] init]; MethodWithoutParams someMethodImplementation = [myObj methodForSelector:@selector(someMethod)]; MethodWithoutParams callSomeMethodImplementation = [myObj methodForSelector:@selector(callSomeMethod)]; MethodWithParam methodWithParamImplementation = [myObj methodForSelector:@selector(methodWithParam:)]; someMethodImplementation(myObj, @selector(someMethod)); callSomeMethodImplementation(myObj, @selector(callSomeMethod)); methodWithParamImplementation(myObj, @selector(methodWithParam:), "I'm a parameter"); return 0; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

さて、私たちはすでにC言語のみを使用してメソッドを呼び出していますが、この場合の例外はセレクターのみで、これは前の記事で既に十分にわかっています。 私たちにとってブラックボックスはmethodForSelector：メソッドのみでした。

Objective-Cランタイムのメッセージングエンジン

Objective-Cランタイムにメッセージエンジンを実装する鍵は、コンパイラがクラスとオブジェクトをどのように表現するかです。



C ++言語で表現した場合、RAM内のオブジェクトは、クラスの各インスタンスだけでなく、各クラスに対しても作成されます。 つまり、基本クラスNSObjectを継承するクラスを記述し、このクラスの2つのインスタンスを作成することにより、実行時に作成した2つのオブジェクトとクラスの 1つのオブジェクトを取得します 。



このクラスのまさにオブジェクトには、親クラスのオブジェクトへのポインターと、ディスパッチテーブルと呼ばれるセレクターと関数アドレスの対応表が含まれています。 objc_msgSend（）関数は、渡されたセレクターのために呼び出す必要がある目的の関数を検索するのに、このテーブルを使用します。



NSObjectまたはNSProxyを継承する各クラスにはisaフィールドがあり、これはクラスオブジェクトへのポインターとまったく同じです。 オブジェクトのメソッドを呼び出すと、objc_msgSend（）関数はクラスオブジェクトへのisaポインターに従い、このメソッドを実装する関数のアドレスを探します。 そのような関数が見つからない場合は、親オブジェクトのクラスのオブジェクトに移動し、そこでその関数を探します。 これは、目的の機能が見つかるまで発生します。 NSObjectクラスのオブジェクトを含む関数がどこにも見つからなかった場合、既知の例外がスローされます。

インスタンスに送信された認識されないセレクター...

Objective-CランタイムのソースコードとNSObjectクラスに基づいた実際の調査でこれを確認しましょう。



すでに理解したように、NSObjectにはmethodForForselector：メソッドがあり、そのソースコードは次のようになります。

 + (IMP)methodForSelector:(SEL)sel { if (!sel) [self doesNotRecognizeSelector:sel]; return object_getMethodImplementation((id)self, sel); // self -     } - (IMP)methodForSelector:(SEL)sel { if (!sel) [self doesNotRecognizeSelector:sel]; return object_getMethodImplementation(self, sel); // self -     }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ご覧のとおり、このメソッドはクラス自体とクラスオブジェクトの両方に実装されています。 どちらの場合も、同じobject_getMethodImplementation（）関数が使用されます。

 IMP object_getMethodImplementation(id obj, SEL name) { Class cls = (obj ? obj->getIsa() : nil); return class_getMethodImplementation(cls, name); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

やめて！ 「（obj？Obj-> getIsa（）：nil）」の構成は何ですか！？ 確かに、すべての記事で彼らは私たちに言っています...







そして、全体はObjective-C Runtimeプロジェクトファイルのビルド設定から始まります。

CLANG_CXX_LANGUAGE_STANDARD = "gnu ++ 0x";

CLANG_CXX_LIBRARY = "libc ++";

そして、これは完全にsi-plus-plush getIsa（）メソッドの実装です ：

 inline Class objc_object::getIsa() { if (isTaggedPointer()) { uintptr_t slot = ((uintptr_t)this >> TAG_SLOT_SHIFT) & TAG_SLOT_MASK; return objc_tag_classes[slot]; } return ISA(); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

一般的に、Objective-Cのオブジェクトにはisaフィールドが含まれている必要があります。 また、クラスオブジェクトも例外ではありません。



このすべてのポルノはかなり乱雑です。 method methodForSelector：オブジェクトメソッドとしてもクラスメソッドとしても、まったく同じ実装を持っています。 唯一の違いは、最初の場合はselfがオブジェクトを指し、2番目の場合はクラスオブジェクトを指していることです。



くそー、一体何！？ クラスオブジェクトでobj-> getIsa（）を呼び出すにはどうすればよいですか？ そこで何が起こっていますか？



しかし、実際には、クラスオブジェクトには「このクラスのクラスオブジェクト」を指す同じフィールドが実際にあります。 正しく表現されている場合、 メタクラスを指します 。 オブジェクトのメソッド（「-」記号で始まるメソッド）を呼び出すと、その実装がそのクラスで検索されます。 クラスメソッド（「+」記号で始まる）を呼び出すと、メタクラスでその実装が検索されます。



記事の冒頭で少し嘘をつきました。実行時に、クラスの2つのオブジェクトを作成すると、クラスの2つのインスタンスとクラスオブジェクトの3つのオブジェクトが得られると言いました。 実際、クラスオブジェクトは常にメタクラスオブジェクトと一緒に作成されます。 つまり、最終的に4つのオブジェクトを取得します。



この無法の本質全体を視覚的に想像するために、 この記事の写真をここに挿入します。







最後に、関数class_getMethodImplementation（）が最終的にselfを介して呼び出されるケースに戻りましょう。

 IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel) { IMP imp; if (!cls || !sel) return nil; imp = lookUpImpOrNil(cls, sel, nil, YES/*initialize*/, YES/*cache*/, YES/*resolver*/); // Translate forwarding function to C-callable external version if (!imp) { return _objc_msgForward; } return imp; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

好奇心itive盛な人は、lookUpImpOrNil（）関数がlookUpImpOrForward（）関数を使用していることをトレースできます。この関数の実装はAppleのWebサイトにあります。 この関数はCで記述されており、ドキュメントに記述されているとおりにすべてが機能することを確認します。

まとめ

最後に、前回と同様に、メソッドをC言語のみで呼び出しましょう。

 #import <Foundation/Foundation.h> #import <objc/runtime.h> @interface TestClass : NSObject @end @implementation TestClass + (void)someClassMethod { NSLog(@"Hello from some class method!"); } - (void)someInstanceMethod { NSLog(@"Hello from some instance method!"); } @end int main(int argc, const char * argv[]) { typedef void (*MyMethodType)(id, SEL); TestClass * myObj = [[TestClass alloc] init]; Class myObjClassObject = object_getClass(myObj); Class myObjMetaclassObject = object_getClass(myObjClassObject); MyMethodType instanceMethod = class_getMethodImplementation(myObjClassObject, @selector(someInstanceMethod)); MyMethodType classMethod = class_getMethodImplementation(myObjMetaclassObject, @selector(someClassMethod)); instanceMethod(myObj, @selector(someInstanceMethod)); classMethod(myObjClassObject, @selector(someClassMethod)); return 0; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

実際、Objective Cのメッセージメカニズムを理解するにはまだほど遠いです。たとえば、呼び出されたメソッドから結果を返す方法がわかりません。 しかし、次の部分でそれについて読んでください:)。