前言

上一章我们了解了 objc_msgSend消息发送慢速查找流程 即 缓存CacheLookup查找

这一章我们来学习 objc_msgSend消息发送慢速查找流程 即 MethodTableLookup(即查询方法列表)

方法列表查找汇编分析

在 缓存CacheLookup查找 过程中，如果没有找到方法实现，无论是走到 CheckMiss 还是 JumpMiss，最终都会走到 __objc_msgSend_uncached 汇编函数

在 objc-msg-ram64.s 文件中查找 __objc_msgSend_uncached 的汇编实现，其中的核心是 MethodTableLookup(即查询方法列表) ，其源码如下：

__objc_msgSend_uncached源码

STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
UNWIND __objc_msgSend_uncached, FrameWithNoSaves

// THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION
// Out-of-band p16 is the class to search

// 开始查询方法列表
MethodTableLookup 
TailCallFunctionPointer x17

END_ENTRY __objc_msgSend_uncached

搜索 MethodTableLookup 的汇编实现，其中的核心是 _lookUpImpOrForward，汇编源码实现如下：

.macro MethodTableLookup
	
	// push frame
	SignLR
	stp	fp, lr, [sp, #-16]!
	mov	fp, sp

	// save parameter registers: x0..x8, q0..q7
	sub	sp, sp, #(10*8 + 8*16)
	stp	q0, q1, [sp, #(0*16)]
	stp	q2, q3, [sp, #(2*16)]
	stp	q4, q5, [sp, #(4*16)]
	stp	q6, q7, [sp, #(6*16)]
	stp	x0, x1, [sp, #(8*16+0*8)]
	stp	x2, x3, [sp, #(8*16+2*8)]
	stp	x4, x5, [sp, #(8*16+4*8)]
	stp	x6, x7, [sp, #(8*16+6*8)]
	str	x8,     [sp, #(8*16+8*8)]

	// lookUpImpOrForward(obj, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER)
	// receiver and selector already in x0 and x1
	mov	x2, x16
	mov	x3, #3
	bl	_lookUpImpOrForward // 核心源码

	// IMP in x0
	mov	x17, x0
	
	// restore registers and return
	ldp	q0, q1, [sp, #(0*16)]
	ldp	q2, q3, [sp, #(2*16)]
	ldp	q4, q5, [sp, #(4*16)]
	ldp	q6, q7, [sp, #(6*16)]
	ldp	x0, x1, [sp, #(8*16+0*8)]
	ldp	x2, x3, [sp, #(8*16+2*8)]
	ldp	x4, x5, [sp, #(8*16+4*8)]
	ldp	x6, x7, [sp, #(8*16+6*8)]
	ldr	x8,     [sp, #(8*16+8*8)]

	mov	sp, fp
	ldp	fp, lr, [sp], #16
	AuthenticateLR

.endmacro

由汇编源码可知，最终跳转到 bl _lookUpImpOrForward 中

验证

上述汇编的过程，可以通过 汇编调式来验证

在 main 中，例如 [person sayNB] 对象方法调用处加一个断点，并且开启汇编调试 Debug -> Debug workflow -> 勾选 Always show Disassembly，运行程序

汇编中 objc_msgSend 加一个断点，执行断住，按住 control + stepinto，进入 objc_msgSend 的汇编

在 _objc_msgSend_uncached 加一个断点，执行断住，按住 control + stepinto，进入汇编

从上面可以看出最后走到的就是 lookUpImpOrForward ，此时并不是汇编实现

注：
1、C/C++中调用汇编，去查找汇编时，C/C++调用的方法需要 `多加一个下划线`
2、汇编中调用C/C++方法时，去查找C/C++方法，需要将汇编调用的 `方法去掉一个下划线`

MethodTableLookup(即查询方法列表)慢速查找 C/C++ 部分

根据汇编部分的提示全局搜索 lookUpImpOrForward，最后在 objc-runtime-new.mm 文件中找到了源码实现，这是一个 c实现的函数

IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
    // 定义的消息转发
    const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
    IMP imp = nil;
    Class curClass;

    runtimeLock.assertUnlocked();

    /*
     快速查找，如果找到则直接返回imp
     目的：防止多线程操作时，刚好调用函数，此时缓存进来了
     */
    if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) {
        imp = cache_getImp(cls, sel);
        if (imp) goto done_nolock;
    }

    // 加锁，目的是保证读取的线程安全
    runtimeLock.lock();

    // 判断是否是一个已知的类：判断当前类是否已经被认可的类，即已经加载的类
    checkIsKnownClass(cls);

    // 判断类是否实现，如果没有，需要先实现，此时的目的是为了确保父类链，方法后续的循环
    if (slowpath(!cls->isRealized())) {
        cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
    }

    // 判断类是否初始化，如果没有，需要先初始化
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_INITIALIZE) && !cls->isInitialized())) {
        cls = initializeAndLeaveLocked(cls, inst, runtimeLock);
    }

    runtimeLock.assertLocked();
    curClass = cls;

    /*
     查找类的缓存
     unreasonableClassCount 表示类的迭代上限
     猜测这里递归的原因是attempts在第一次循环时做了减一操作，然后再次循环时
     仍在上限范围内，所以可以继续递归
     */
    for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) {
        // 当前类方法列表（采用二分查找算法），如果找到，则返回，将方法缓存到cache中
        Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
        if (meth) {
            imp = meth->imp;
            goto done;
        }
        // 当前类 = 当前类的父类，并判断父类是否为nil
        if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {
            // 未找到方法实现，方法解析器也不行，使用转发
            imp = forward_imp;
            break;
        }

        // 如果父类链中存在循环，则停止
        if (slowpath(--attempts == 0)) {
            _objc_fatal("Memory corruption in class list.");
        }

        // 父类缓存
        imp = cache_getImp(curClass, sel);
        if (slowpath(imp == forward_imp)) {
            // 如果在父类中找到了forward，则停止查找，且不缓存，首先调用此类的方法解析器
            break;
        }
        if (fastpath(imp)) {
            // 如果在父类中，找到了此方法，将其存储到cache中
            goto done;
        }
    }

    // 如果没找到方法，尝试一次方法解析
    if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
        // 动态方法决议的控制条件，便是流程只走一次
        behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;
        return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
    }

 done:
    // 存储到缓存
    log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
    // 解锁
    runtimeLock.unlock();
 done_nolock:
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
        return nil;
    }
    return imp;
}

其整体的慢速查找流程如下图：

主要有以下几步：

【第一步】cache 缓存中进行查找，即 快速查找，找到则直接返回 imp，反之，则进入【第二步】
【第二步】判断 cls
- 是否是 已知类，如果不是，则 报错
- 类是否 实现，如果没有，则需要先实现，确定其父类链，此时实例化的目的是为了确定父类链、ro、以及rw等，方法后续数据的读取以及查找的循环
- 是否 初始化，如果没有，则初始化
【第三步】for 循环，按照 类继承链或者元类继承链 的顺序查找
- 当前的 cls 的方法列表中使用 二分查找算法 查找方法，如果找到，则 进入cache写入流程（在OC底层原理13：cache_t底层原理分析文章中已经详述过），并 返回imp，如果没有找到，则返回 nil
- 当前cls 被赋值为 父类，如果父类 等于nil，则 imp = 消息转发，并终止递归，进入【第四步】
- 如果 父类链 中存在循环，则报错，终止循环
- 父类缓存 中查找方法
  - 如果 未找到，则直接返回 nil，继续 循环查找
  - 如果 找到，则直接 返回imp，执行 cache写入流程
- 【第四步】判断 是否执行过 动态方法解析
  - 如果 没有，执行 动态方法解析
  - 如果 执行过 一次动态方法解析，则走到 消息转发流程
以上就是方法的 慢速查找流程，下面在分别详细解释 二分查找原理，以及 父类缓存查找

详细步骤

getMethodNoSuper_nolock 方法：二分查找方法流程

查找方法列表流程：

其 二分查找 核心的源码如下：

ALWAYS_INLINE static method_t *
findMethodInSortedMethodList(SEL key, const method_list_t *list)
{
    ASSERT(list);

    const method_t * const first = &list->first;
    const method_t *base = first;
    const method_t *probe;
    uintptr_t keyValue = (uintptr_t)key; // key 等于 say666
    uint32_t count;
    // base相当于low，count是max了，probe是middle，这就是二分
    for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) {
        // 从首地址+下标 -> 移动到中间位置（count >> 1 右移1位 count/2 = 4）
        probe = base + (count >> 1);
        
        uintptr_t probeValue = (uintptr_t)probe->name;
        
        // 如果查找的key是keyVal 等于中间位置（probe）的probeValue，则直接返回中间位置
        if (keyValue == probeValue) {
            // while 平移 排除分类重名方法
            while (probe > first && keyValue == (uintptr_t)probe[-1].name) {
                /*
                 排除分类重名方法（方法的存储是先存储方法，再存储分类，按照先进后出的原则，分类方法最先出，
                 而我们要取的类方法，所以需要先排除分类方法
                 如果是两个分类，就看谁先进行加载）
                 */
                probe--;
            }
            return (method_t *)probe;
        }
        // 如果keyValue 大于 probeValue，就往probe即中间位置的右边查找
        if (keyValue > probeValue) {
            base = probe + 1;
            count--;
        }
    }
    
    return nil;
}

算法原理 简述：从第一次查找开始，每次都取 中间位置，与想查找的 key的value的值 作比较，如果 相等，则需要 排除分类方法，然后将查询到的位置的方法实现返回，如果 不相等，则需要 继续二分查找，如果循环至 count=0 还是 没有找到，则直接返回 nil，如下图所示：

以查找 ZJPerson 类的 sayNB实例方法 为例，其二分查找过程如下：

cache_getImp方法：父类缓存查找

cache_getImp 方法是通过 汇编_cache_getImp实现，传入 $0 是 GETIMP，如下所示：

如果 父类缓存 中找到了方法实现，则跳转至 CacheHit 即命中，则直接 返回imp
如果在 父类缓存 中，没有找到 方法实现，则跳转至 CheckMiss 或者 JumpMiss，通过判断 $0 跳转至 LGetImpMiss，直接返回 nil

总结

对于 对象方法（即实例方法），即在 类中查找，其慢速查找的 父类链 是：类 -> 父类 -> 根类 -> nil
对于 类方法，即在 元类中查找，其慢速查找的 父类链 是：元类 -> 根元类 -> 根类 -> nil
如果 快速查找、慢速查找 也 没有找到 方法实现，则尝试 动态方法决议
如果 动态方法决议 仍然没有找到，则进行 消息转发

常见方法未实现报错源码

如果在 快速查找、慢速查找、方法解析流程中，均没有找到方法实现，则使用消息转发，其流程如下：

消息转发的实现

其中 _objc_msgForward_impcache 是汇编实现，会跳转至 __objc_msgForward，其核心是 __objc_forward_handler

STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache

// No stret specialization.
b	__objc_msgForward

END_ENTRY __objc_msgForward_impcache

	
ENTRY __objc_msgForward

adrp	x17, __objc_forward_handler@PAGE
ldr	p17, [x17, __objc_forward_handler@PAGEOFF]
TailCallFunctionPointer x17
	
END_ENTRY __objc_msgForward

汇编实现中查找 __objc_forward_handler ，并没有找到，在源码中去掉一个下划线进行全局搜索 _objc_forward_handler ,有如下实现，本质是调用的 objc_defaultForwardHandler 方法

// Default forward handler halts the process.
__attribute__((noreturn, cold)) void
objc_defaultForwardHandler(id self, SEL sel)
{
    _objc_fatal("%c[%s %s]: unrecognized selector sent to instance %p "
                "(no message forward handler is installed)", 
                class_isMetaClass(object_getClass(self)) ? '+' : '-', 
                object_getClassName(self), sel_getName(sel), self);
}
void *_objc_forward_handler = (void*)objc_defaultForwardHandler;

看着 objc_defaultForwardHandler 有没有很眼熟，这就是我们日常开发中最常见的错误：没有实现函数，运行程序，崩溃时的报错提示

OC底层原理14-2：objc_msgSend方法列表查找(快速查找)汇编分析

前言

方法列表查找汇编分析

MethodTableLookup(即查询方法列表)慢速查找 C/C++ 部分

getMethodNoSuper_nolock 方法：二分查找方法流程

cache_getImp方法：父类缓存查找

常见方法未实现报错源码