Self & Super

宇智波瞬潤 2016-05-13

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在 Objective-C 中的類實現(xiàn)中經(jīng)?？吹竭@兩個關(guān)鍵字 ”self” 和 ”super”，以以前 oop 語言的經(jīng)驗，拿 c++ 為例，self 相當(dāng)于 this，super 相當(dāng)于調(diào)用父類的方法，這么看起來是很容易理解的。以下面的代碼為例：

@interface Person:NSObject {
    NSString* name;
}
- (void) setName:(NSString*) yourName;
@end

@interface PersonMe:Person {
    NSUInteger age;
}
- (void) setAge:(NSUInteger) age;
- (void) setName:(NSString*) yourName andAge:(NSUInteger) age;
@end

@implementation PersonMe
- (void) setName:(NSString*) yourName andAge:(NSUInteger) age {
    [self setAge:age];
    [super setName:yourName];
}
@end

int main(int argc, char* argv[]) {
    NSAutoreleasePool* pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]
    PersonMe* me = [[PersonMe alloc] init];
    [me setName:@"asdf" andAge:18];
    [me release];
    [pool drain];
    return 0;
}

上面有簡單的兩個類，在子類PersonMe中調(diào)用了自己類中的setAge和父類中的setName，這些代碼看起來很好理解，沒什么問題。
然后我在setName:andAge的方法中加入兩行：

NSLog(@"self ' class is %@", [self class]);
NSLog(@"super' class is %@", [super class]);

這樣在調(diào)用時，會打出來這兩個的class，先猜下吧，會打印出什么？按照以前oop語言的經(jīng)驗，這里應(yīng)該會輸出：

self ' s class is PersonMe
super ' s class is Person

但是編譯運行后，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)果是：

self 's class is PersonMe
super ' s class is PersonMe

self 的 class 和預(yù)想的一樣，怎么 super 的 class 也是 PersonMe？

真相

self 是類的隱藏的參數(shù)，指向當(dāng)前調(diào)用方法的類，另一個隱藏參數(shù)是 _cmd，代表當(dāng)前類方法的 selector。這里只關(guān)注這個 self。super 是個啥？super 并不是隱藏的參數(shù)，它只是一個“編譯器指示符”，它和 self 指向的是相同的消息接收者，拿上面的代碼為例，不論是用 [self setName] 還是 [super setName]，接收“setName”這個消息的接收者都是 PersonMe* me 這個對象。不同的是，super 告訴編譯器，當(dāng)調(diào)用 setName 的方法時，要去調(diào)用父類的方法，而不是本類里的。

當(dāng)使用 self 調(diào)用方法時，會從當(dāng)前類的方法列表中開始找，如果沒有，就從父類中再找；而當(dāng)使用 super 時，則從父類的方法列表中開始找。然后調(diào)用父類的這個方法

One more step

這種機制到底底層是如何實現(xiàn)的？其實當(dāng)調(diào)用類方法的時候，編譯器會將方法調(diào)用轉(zhuǎn)成一個 C 函數(shù)方法調(diào)用，Apple 的 objcRuntimeRef 上說：

Sending Messages

    When it encounters a method invocation, the compiler might generate a call to any of several functions to perform the actual message dispatch, depending on the receiver, the return value, and the arguments. You can use these functions to dynamically invoke methods from your own plain C code, or to use argument forms not permitted by NSObject’s perform… methods. These functions are declared in /usr/include/objc/objc-runtime.h.
    ■ objc_msgSend sends a message with a simple return value to an instance of a class.
    ■ objc_msgSend_stret sends a message with a data-structure return value to an instance of
    a class.
    ■ objc_msgSendSuper sends a message with a simple return value to the superclass of an instance of a class.
    ■ objc_msgSendSuper_stret sends a message with a data-structure return value to the superclass of an instance of a class.

可以看到會轉(zhuǎn)成調(diào)用上面 4 個方法中的一個，由于 _stret 系列的和沒有 _stret 的那兩個類似，先只關(guān)注 objc_msgSend 和 objc_msgSendSuper 兩個方法。當(dāng)使用 [self setName] 調(diào)用時，會使用 objc_msgSend 的函數(shù)，先看下 objc_msgSend 的函數(shù)定義：

id objc_msgSend(id theReceiver, SEL theSelector, ...)

第一個參數(shù)是消息接收者，第二個參數(shù)是調(diào)用的具體類方法的 selector，后面是 selector 方法的可變參數(shù)。我們先不管這個可變參數(shù)，以 [self setName:] 為例，編譯器會替換成調(diào)用 objc_msgSend 的函數(shù)調(diào)用，其中 theReceiver 是 self，theSelector 是 @selector(setName:)，這個 selector 是從當(dāng)前 self 的 class 的方法列表開始找的 setName，當(dāng)找到后把對應(yīng)的 selector 傳遞過去。

而當(dāng)使用 [super setName] 調(diào)用時，會使用 objc_msgSendSuper 函數(shù)，看下 objc_msgSendSuper 的函數(shù)定義：

id objc_msgSendSuper(struct objc_super *super, SEL op, ...)

第一個參數(shù)是個objc_super的結(jié)構(gòu)體，第二個參數(shù)還是類似上面的類方法的selector，先看下objc_super這個結(jié)構(gòu)體是什么東西：

struct objc_super {
id receiver;
Class superClass;
};

可以看到這個結(jié)構(gòu)體包含了兩個成員，一個是 receiver，這個類似上面 objc_msgSend 的第一個參數(shù) receiver，第二個成員是記錄寫 super 這個類的父類是什么，拿上面的代碼為例，當(dāng)編譯器遇到 PersonMe 里 setName:andAge 方法里的 [super setName:] 時，開始做這幾個事：

構(gòu)建 objc_super 的結(jié)構(gòu)體，此時這個結(jié)構(gòu)體的第一個成員變量 receiver 就是 PersonMe* me，和 self 相同。而第二個成員變量 superClass 就是指類 Person，因為 PersonMe 的超類就是這個 Person。
調(diào)用 objc_msgSendSuper 的方法，將這個結(jié)構(gòu)體和 setName 的 sel 傳遞過去。函數(shù)里面在做的事情類似這樣：從 objc_super 結(jié)構(gòu)體指向的 superClass 的方法列表開始找 setName 的 selector，找到后再以 objc_super->receiver 去調(diào)用這個 selector，可能也會使用 objc_msgSend 這個函數(shù)，不過此時的第一個參數(shù) theReceiver 就是 objc_super->receiver，第二個參數(shù)是從 objc_super->superClass 中找到的 selector

里面的調(diào)用機制大體就是這樣了，以上面的分析，回過頭來看開始的代碼，當(dāng)輸出 [self class] 和 [super class] 時，是個怎樣的過程。

當(dāng)使用 [self class] 時，這時的 self 是 PersonMe，在使用 objc_msgSend 時，第一個參數(shù)是 receiver 也就是 self，也是 PersonMe* me 這個實例。第二個參數(shù)，要先找到 class 這個方法的 selector，先從 PersonMe 這個類開始找，沒有，然后到 PersonMe 的父類 Person 中去找，也沒有，再去 Person 的父類 NSObject 去找，一層一層向上找之后，在 NSObject 的類中發(fā)現(xiàn)這個 class 方法，而 NSObject 的這個 class 方法，就是返回 receiver 的類別，所以這里輸出 PersonMe。

當(dāng)使用 [super class] 時，這時要轉(zhuǎn)換成 objc_msgSendSuper 的方法。先構(gòu)造 objc_super 的結(jié)構(gòu)體吧，第一個成員變量就是 self，第二個成員變量是 Person，然后要找 class 這個 selector，先去 superClass 也就是 Person 中去找，沒有，然后去 Person 的父類中去找，結(jié)果還是在 NSObject 中找到了。然后內(nèi)部使用函數(shù) objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class)) 去調(diào)用，此時已經(jīng)和我們用 [self class] 調(diào)用時相同了，此時的 receiver 還是 PersonMe* me，所以這里返回的也是 PersonMe。

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下面的代碼輸出什么？

@implementation Son : Father
- (id)init
{
    self = [super init];
    if (self)
    {
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
    }
    return self;
}
@end

答案：都輸出 Son

2014-11-05 11:06:18.060 Test[8566:568584] NSStringFromClass([self class]) = Son
2014-11-05 11:06:18.061 Test[8566:568584] NSStringFromClass([super class]) = Son

解惑：這個題目主要是考察關(guān)于objc中對 self 和 super 的理解。

self 是類的隱藏參數(shù)，指向當(dāng)前調(diào)用方法的這個類的實例。而 super 是一個 Magic Keyword，它本質(zhì)是一個編譯器標(biāo)示符，和 self 是指向的同一個消息接受者。上面的例子不管調(diào)用[self class]還是[super class]，接受消息的對象都是當(dāng)前 Son ＊xxx 這個對象。而不同的是，super是告訴編譯器，調(diào)用 class 這個方法時，要去父類的方法，而不是本類里的。

當(dāng)使用 self 調(diào)用方法時，會從當(dāng)前類的方法列表中開始找，如果沒有，就從父類中再找；而當(dāng)使用 super 時，則從父類的方法列表中開始找。然后調(diào)用父類的這個方法。

真的是這樣嗎？繼續(xù)看：

使用clang重寫命令:

$ clang -rewrite-objc test.m

發(fā)現(xiàn)上述代碼被轉(zhuǎn)化為:

    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_a5cecc_mi_0, NSStringFromClass(((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("class"))));

    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_a5cecc_mi_1, NSStringFromClass(((Class (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){ (id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("Son")) }, sel_registerName("class"))));

從上面的代碼中，我們可以發(fā)現(xiàn)在調(diào)用 [self class] 時，會轉(zhuǎn)化成 objc_msgSend函數(shù)?？聪潞瘮?shù)定義：

id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)

我們把 self 做為第一個參數(shù)傳遞進去。

而在調(diào)用 [super class]時，會轉(zhuǎn)化成 objc_msgSendSuper函數(shù)。看下函數(shù)定義:

id objc_msgSendSuper(struct objc_super *super, SEL op, ...)

第一個參數(shù)是 objc_super 這樣一個結(jié)構(gòu)體，其定義如下:

struct objc_super {
   __unsafe_unretained id receiver;
   __unsafe_unretained Class super_class;
};

結(jié)構(gòu)體有兩個成員，第一個成員是 receiver, 類似于上面的 objc_msgSend函數(shù)第一個參數(shù)self 。第二個成員是記錄當(dāng)前類的父類是什么。

所以，當(dāng)調(diào)用 ［self class] 時，實際先調(diào)用的是 objc_msgSend函數(shù)，第一個參數(shù)是 Son當(dāng)前的這個實例，然后在 Son這個類里面去找 - (Class)class這個方法，沒有，去父類 Father里找，也沒有，最后在 NSObject類中發(fā)現(xiàn)這個方法。而- (Class)class的實現(xiàn)就是返回self的類別，故上述輸出結(jié)果為 Son。

objc Runtime開源代碼對- (Class)class方法的實現(xiàn):

- (Class)class {
    return object_getClass(self);
}

而當(dāng)調(diào)用 [super class]時，會轉(zhuǎn)換成objc_msgSendSuper函數(shù)。第一步先構(gòu)造 objc_super 結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體第一個成員就是 self 。第二個成員是 (id)class_getSuperclass(objc_getClass(“Son”)) , 實際該函數(shù)輸出結(jié)果為 Father。第二步是去 Father這個類里去找- (Class)class，沒有，然后去NSObject類去找，找到了。最后內(nèi)部是使用 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))去調(diào)用，此時已經(jīng)和[self class]調(diào)用相同了，故上述輸出結(jié)果仍然返回 Son。