zzz Objective-C的訊息傳遞機制

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各種語言都有些傳遞函數的方法：C語言中可以使用函數指標，C++中有函數引用、仿函數和lambda，Objective-C裡也有選取器（selector）和block。
不過由於iOS SDK中的大部分API都是selector的方式，所以本文就重點講述selector了。

Objective-C和我接觸過的其他物件導向的語言不同，它強調訊息傳遞，而非方法調用。因此你可以對一個對象傳遞任何訊息，而不需要在編譯期聲名這些訊息的處理方法。
很顯然，既然編譯期並不能確定方法的地址，那麼運行期就需要自行定位了。而Objective-C runtime就是通過“id objc_msgSend(id theReceiver, SEL theSelector, ...)”這個函數來調用方法的。其中theReceiver是調用對象，theSelector則是訊息名，省略符號就是C語言的不定參數了。
這裡的訊息名是SEL類型，它被定義為struct objc_selector *。不過文檔中並沒有透露objc_selector是什麼東西，但提供了@selector指令來產生：

SEL selector = @selector(message);

@selector是在編譯期計算的，所以並不是函數調用。更進一步的測試表明，它在Mac OS X 10.6和iOS下都是一個C風格的字串（char*）:

NSLog (@"%s", (char *)selector);

你會發現結果是“message”這個訊息名。

下面就寫個測試類別：

@interface Test : NSObject@end@implementation Test- (NSString *)intToString:(NSInteger)number {    return [NSString stringWithFormat:@"%d", number];}- (NSString *)doubleToString:(double *)number {    return [NSString stringWithFormat:@"%f", *number];}- (NSString *)pointToString:(CGPoint)point {    return [NSString stringWithFormat:@"{%f, %f}", point.x, point.y];}- (NSString *)intsToString:(NSInteger)number1 second:(NSInteger)number2 third:(NSInteger)number3 {    return [NSString stringWithFormat:@"%d, %d, %d", number1, number2, number3];}- (NSString *)doublesToString:(double)number1 second:(double)number2 third:(double)number3 {    return [NSString stringWithFormat:@"%f, %f, %f", number1, number2, number3];}- (NSString *)combineString:(NSString *)string1 withSecond:string2 withThird:string3 {    return [NSString stringWithFormat:@"%@, %@, %@", string1, string2, string3];}@end

再來測試下objc_msgSend：

#import <objc/message.h>//要使用objc_msgSend的話，就要引入這個標頭檔Test *test = [[Test alloc] init];CGPoint point = {123, 456};NSLog(@"%@", objc_msgSend(test, @selector(pointToString:), point));[test release];

結果是“{123.000000, 456.000000}”。而且與之前猜想的一樣，下面這樣調用也是可以的：

NSLog(@"%@", objc_msgSend(test, (SEL)"pointToString:", point));

看到這裡你應該發現了，這種實現方式只能確定訊息名和參數數目，而參數類型和傳回型別就給抹殺了。所以編譯器只能在編譯期警告你參數類型不對，而無法阻止你傳遞類型錯誤的參數。

接下來再看看NSObject協議提供的一些傳遞訊息的方法：

• - (id)performSelector:(SEL)aSelector
• - (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anObject
• - (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anObject withObject:(id)anotherObject

也沒有覺得很無語？為什麼參數必須是對象？為什麼最多隻支援2個參數？

好在selector本身也不在乎參數類型，所以傳個不是對象的玩意也行：

NSLog(@"%@", [test performSelector:@selector(intToString:) withObject:(id)123]);

可是double和struct就不能這樣傳遞了，因為它們占的位元組數和指標不一樣。如果非要用performSelector的話，就只能修改參數類型為指標了：

- (NSString *)doubleToString:(double *)number {    return [NSString stringWithFormat:@"%f", *number];}double number = 123.456;NSLog(@"%@", [test performSelector:@selector(doubleToString:) withObject:(id)(&number)]);

參數類型算是搞定了，可是要支援多個參數，還得費番氣力。理想狀態下，我們應該可以實現這2個方法：

@interface NSObject (extend)- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObjects:(NSArray *)objects;- (id)performSelector:(SEL)aSelector withParameters:(void *)firstParameter, ...;@end

先看看前者，NSArray要求所有的元素都必須是對象，並且不能為nil，所以適用的範圍仍然有限。不過你可別小看它，因為你會發現根本沒法用objc_msgSend來實現，因為你在寫代碼時沒法預知參數個數。
這時候就輪到NSInvocation登場了：

@implementation NSObject (extend)- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObjects:(NSArray *)objects {    NSMethodSignature *signature = [self methodSignatureForSelector:aSelector];    NSInvocation *invocation = [NSInvocation invocationWithMethodSignature:signature];    [invocation setTarget:self];    [invocation setSelector:aSelector];        NSUInteger i = 1;    for (id object in objects) {        [invocation setArgument:&object atIndex:++i];    }    [invocation invoke];        if ([signature methodReturnLength]) {        id data;        [invocation getReturnValue:&data];        return data;    }    return nil;}@endNSLog(@"%@", [test performSelector:@selector(combineString:withSecond:withThird:) withObjects:[NSArray arrayWithObjects:@"1", @"2", @"3", nil]]);

這裡有3點要注意的：

1. 因為方法調用有self（調用對象）和_cmd（選取器）這2個隱含參數，因此設定參數時，索引應該從2開始。
2. 因為參數是對象，所以必須傳遞指標，即&object。
3. methodReturnLength為0時，表明傳回型別是void，因此不需要擷取傳回值。傳回值是對象的情況下，不需要我們來建立buffer。但如果是C風格的字串、數組等類型，就需要自行malloc，並釋放記憶體了。

再來實現第2個方法：

- (id)performSelector:(SEL)aSelector withParameters:(void *)firstParameter, ... {    NSMethodSignature *signature = [self methodSignatureForSelector:aSelector];    NSUInteger length = [signature numberOfArguments];    NSInvocation *invocation = [NSInvocation invocationWithMethodSignature:signature];    [invocation setTarget:self];    [invocation setSelector:aSelector];        [invocation setArgument:&firstParameter atIndex:2];    va_list arg_ptr;    va_start(arg_ptr, firstParameter);    for (NSUInteger i = 3; i < length; ++i) {        void *parameter = va_arg(arg_ptr, void *);        [invocation setArgument:&parameter atIndex:i];    }    va_end(arg_ptr);        [invocation invoke];        if ([signature methodReturnLength]) {        id data;        [invocation getReturnValue:&data];        return data;    }    return nil;}NSLog(@"%@", [test performSelector:@selector(combineString:withSecond:withThird:) withParameters:@"1", @"2", @"3"]);NSInteger number1 = 1, number2 = 2, number3 = 3;NSLog(@"%@", [test performSelector:@selector(intsToString:second:third:) withParameters:number1, number2, number3]);

和前面的實現差不多，不過由於參數長度是未知的，所以用到了[signature numberOfArguments]。當然也可以把SEL轉成字串（可用NSStringFromSelector()），然後尋找:的數量。
處理可變參數時用到了va_start、va_arg和va_end，熟悉C語言的一看就明白了。
不過由於不知道參數的類型，所以只能設為void *。而這個程式也報出了警告，說void *和NSInteger類型不相容。而如果把參數換成double，那就直接報錯了。遺憾的是我也不知道怎麼判別一個void *指標究竟是指向C資料類型，還是指向一個Objective-C對象，所以最好是封裝成Objective-C對象。如果只需要相容C類型的話，倒是可以將setArgument的參數的&去掉，然後直接傳指標進去：

NSInteger number1 = 1, number2 = 2, number3 = 3;NSLog(@"%@", [test performSelector:@selector(intsToString:second:third:) withParameters:&number1, &number2, &number3]);double number4 = 1.0, number5 = 2.0, number6 = 3.0;NSLog(@"%@", [test performSelector:@selector(doublesToString:second:third:) withParameters:&number4, &number5, &number6]);[test release];

至於NSObject類添加的performSelector:withObject:afterDelay:等方法，也可以用這種方式來支援多個參數。

接下來再說說剛才略過的_cmd，它還可以用來實現遞迴調用。下面就以斐波那契數列為例：

- (NSInteger)fibonacci:(NSInteger)n {    if (n > 2) {        return [self fibonacci:n - 1] + [self fibonacci:n - 2];    }    return n > 0 ? 1 : 0;}

改成用_cmd實現就變成了這樣：

return (NSInteger)[self performSelector:_cmd withObject:(id)(n - 1)] + (NSInteger)[self performSelector:_cmd withObject:(id)(n - 2)];

或者直接用objc_msgSend：

return (NSInteger)objc_msgSend(self, _cmd, n - 1) + (NSInteger)objc_msgSend(self, _cmd, n - 2);

但是每次都通過objc_msgSend來調用顯得很費勁，有沒有辦法直接進行方法調用呢？答案是有的，這就需要用到IMP了。IMP的定義為“id (*IMP) (id, SEL, …)”，也就是一個指向方法的函數指標。
NSObject提供methodForSelector:方法來擷取IMP，因此只需稍作修改就行了：

- (NSInteger)fibonacci:(NSInteger)n {    static IMP func;    if (!func) {        func = [self methodForSelector:_cmd];    }        if (n > 2) {        return (NSInteger)func(self, _cmd, n - 1) + (NSInteger)func(self, _cmd, n - 2);    }    return n > 0 ? 1 : 0;}

現在已耗用時間比剛才減少了1/4，還算不錯。

順便再展現一下Objective-C強大的動態性，給Test類添加一個sum:and:方法：

NSInteger sum(id self, SEL _cmd, NSInteger number1, NSInteger number2) {    return number1 + number2;}class_addMethod([Test class], @selector(sum:and:), (IMP)sum, "[email protected]:ii");NSLog(@"%d", [test sum:1 and:2]);

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