Object-c的函数调用机制
起因
有一次，被问到，下面这段代码执行，会得到什么结果：
@interface ClassA : NSObject
-(void) foo;
@end
@implementation ClassA
-(void) foo
{
NSLog(@"fork Class A's function");
}
@end
@interface ClassB : NSObject
-(void) foo;
@end
@implementation ClassB
-(void) foo
{
NSLog(@"fork Class B's function");
}
@end
ClassA* a = [[ClassA alloc] init];
[a foo];
ClassB* b = (ClassB*)a;
[b foo];
说来惭愧，这么久竟然不清楚object-c的函数调用机制，于是网上查阅了一些资料，整理出一篇文章。
Object-C的函数调用的机制
OC的方法调用与C++不同： Ｃ++中的方法调用可能是动态的，也可能是静态的；而ObjC中的函数调用都为动态的，通过消息传递的方式调用。
首先通过command＋shift＋o，查找NSObject类，可以看到类的定义：
@interface NSObject <NSObject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}
typedef struct objc_selector *SEL;
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);
在object-c中，每个对象都有一个isa成员，指向自己的类结构体，这也是object-c自省的特性实现。 为了理解消息调用机制，需要理解以上三个定义：Class SEL IMP
Class SEL IMP
先来看一看Class的定义：
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const charchar *name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
其中我们比较关心的是参数列表ivars，方法列表methodLists，协议列表protocols。当一个类有调用方法时：
[receiver message]
会调用消息函数，objc_msgSend：
objc_msgSend(receiver, selector)
如果有参数要传递的话：
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)
当一个消息传递给一个对象的时候，objc_msgSend根据对象的isa指针，到类结构体methodLists链表找指定selector，如果没有，向父类寻找，知道找到NSObject类位置。这样就实现了动态方法调用。
那么IMP又是什么呢？ 简单来说，就是一个函数指针，指向SEL的方法的地址。NSObject 类中的methodForSelector：方法就是这样一个获取指向方法实现IMP 的指针。 下面的例子展示了怎么使用指针来调用setFilled:的方法实现：
void (*setter)(id, SEL, BOOL);
int i;
setter = (void (*)(id, SEL, BOOL))[target methodForSelector:@selector(setFilled:)];
for ( i = 0 ; i < 1000 ; i++ )
setter(targetList[i], @selector(setFilled:), YES);
查找IMP 时：
首先去该类的方法 cache 中查找，如果找到了就返回它；
如果没有找到，就去该类的方法列表中查找。如果在该类的方法列表中找到了，则将 IMP 返回，并将它加入cache中缓存起来。根据最近使用原则，这个方法再次调用的可能性很大，缓存起来可以节省下次调用再次查找的开销。
如果在该类的方法列表中没找到对应的IMP，在通过该类结构中的super_class指针在其父类结构的方法列表中去查找，直到在某个父类的方法列表中找到对应的IMP，返回它，并加入cache中。
如果在自身以及所有父类的方法列表中都没有找到对应的 IMP，则进入下文中要讲的消息转发流程。
这里可以做一个延伸：如何提高调用Object－C方法的速度？
利用“IMP Caching”的方法，在框架初始化时获取类名、方法名和方法运行时的函数指针IMP。在执行这个函数的时候，使用Caching的指针执行，一般速度要提高2倍左右。
消息转发
通常，给一个对象发送它不能处理的消息会得到出错提示，然而，Objective-C运行时系统在抛出错误之前，会给消息接收对象发送一条特别的消息forwardInvocation来通知该对象，该消息的唯一参数是个NSInvocation类型的对象——该对象封装了原始的消息和消息的参数。
我们可以实现forwardInvocation:方法来对不能处理的消息做一些默认的处理，也可以将消息转发给其他对象来处理，而不抛出错误。
NSObject 的forwardInvocation:方法默认的调用doesNotRecognizeSelector:方法
0 CoreFoundation 0x01a1c5e4 __exceptionPreprocess + 180
1 libobjc.A.dylib 0x015728b6 objc_exception_throw + 44
2 CoreFoundation 0x01ab9903 -[NSObject(NSObject) doesNotRecognizeSelector:] + 275
重写forwardInvocation：
-(void) helloWorld
{
NSLog(@"Hello world!");
}
- (void) forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
if([self respondsToSelector:@selector(helloWorld)])
{
[self helloWorld];
}
else
{
[super forwardInvocation:anInvocation];
}
}
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
if ([self respondsToSelector:aSelector]) {
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
else {
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
}
执行结果：
2013-11-23 15:23:50.464 VCTransitionDemo[1272:70b] Hello world!
注意：我们重写forwardInvocation方法的时候，还必须同时重写methodSignatureForSelector方法，该方法返回表示一个方法的字符串，具体如何使用请看Type Encodings。
小结
到这里，应该能够回答最初的那个问题了。
OC扩展了标准的ANSI C编程语言，将Smalltalk式的消息传递机制加入到ANSI C中。它的方法调用与C/C++还是有很大差别的。
接下来，会再深入OC的方法调用，写一些关于Method Swizzling的内容。
参考资料：