Runtime源码 Category(分类)-白红宇

一、概述

Category又叫分类，类别，类目，作为Objective-C 2.0之后添加的语言特性，Category在如今的OC工程中随处可见，它可以在即使不知道源码的情况下为类添加方法，根据官方文档其主要作用有：

分离类的实现到独立的文件，这样做的好处有：
- 减小单个文件的代码量（维护一个2000代码的类和维护四个500的代码的类差别还是比较明显的）。
- 把不同功能组织到不同的Category。
- 方便多人维护一个类
- 按需加载想要的Category

定义私有方法

模拟多继承

把framework的私有方法公开

注：Category 有一个非常容易误用的场景，那就是用 Category 来覆写父类或主类的方法。虽然目前 Objective-C 是允许这么做的，但是这种使用场景是非常不推荐的。有很多缺点，比如不能覆写 Category 中的方法、无法调用主类中的原始实现等，且很容易造成无法预估的行为。

二、底层实现

在objc4-723中Category的定义如下：

struct category_t {    const char *name;    classref_t cls;    struct method_list_t *instanceMethods;    struct method_list_t *classMethods;    struct protocol_list_t *protocols;    struct property_list_t *instanceProperties;    // Fields below this point are not always present on disk.    struct property_list_t *_classProperties;    method_list_t *methodsForMeta(bool isMeta) {        if (isMeta) return classMethods;        else return instanceMethods;    }    property_list_t *propertiesForMeta(bool isMeta, struct header_info *hi);};复制代码

name
分类名

cls
类

instanceMethods
实例方法列表

classMethod
类方法列表

protocols
遵守的协议列表

instanceProperties
实例属性列表

_classProperties
类属性列表

从Category的结构可见：

它可以添加实例方法，类方法，甚至可以实现协议，添加属性(但是这里的属性不会自动生成实例变量和对应的set、get方法需要通过实现)

不可以添加实例变量。

三、Category加载

对于OC运行时，在入口方法中：

void _objc_init(void){    static bool initialized = false;    if (initialized) return;    initialized = true;        // fixme defer initialization until an objc-using image is found?    environ_init();    tls_init();    static_init();    lock_init();    exception_init();    _dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);}复制代码

category被附加到类上面是在map_images的时候发生的，在new-ABI的标准下，_objc_init里面的调用的map_images最终会调用objc-runtime-new.mm里面的_read_images方法，而在_read_images方法的结尾，有以下的代码片段：

// Discover categories.     for (EACH_HEADER) {        category_t **catlist =             _getObjc2CategoryList(hi, &count);        bool hasClassProperties = hi->info()->hasCategoryClassProperties();        for (i = 0; i < count; i++) {            category_t *cat = catlist[i];            Class cls = remapClass(cat->cls);            if (!cls) {                // Category's target class is missing (probably weak-linked).                // Disavow any knowledge of this category.                catlist[i] = nil;                if (PrintConnecting) {                    _objc_inform("CLASS: IGNORING category \?\?\?(%s) %p with "                                 "missing weak-linked target class",                                  cat->name, cat);                }                continue;            }            // Process this category.             // First, register the category with its target class.             // Then, rebuild the class's method lists (etc) if             // the class is realized.             bool classExists = NO;            if (cat->instanceMethods ||  cat->protocols                  ||  cat->instanceProperties)             {                addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi);                if (cls->isRealized()) {                    remethodizeClass(cls);                    classExists = YES;                }                if (PrintConnecting) {                    _objc_inform("CLASS: found category -%s(%s) %s",                                  cls->nameForLogging(), cat->name,                                  classExists ? "on existing class" : "");                }            }            if (cat->classMethods  ||  cat->protocols                  ||  (hasClassProperties && cat->_classProperties))             {                addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->ISA(), hi);                if (cls->ISA()->isRealized()) {                    remethodizeClass(cls->ISA());                }                if (PrintConnecting) {                    _objc_inform("CLASS: found category +%s(%s)",                                  cls->nameForLogging(), cat->name);                }            }        }    }   复制代码

这里做的就是：

把category的实例方法、协议以及属性添加到类上

把category的类方法和协议添加到类的metaclass上

接着往里看，category的各种列表是怎么最终添加到类上的，就拿实例方法列表来说吧：在上述的代码片段里，addUnattachedCategoryForClass只是把类和category做一个关联映射，而remethodizeClass才是真正去处理添加事宜的功臣。

/************************************************************************ remethodizeClass* Attach outstanding categories to an existing class.* Fixes up cls's method list, protocol list, and property list.* Updates method caches for cls and its subclasses.* Locking: runtimeLock must be held by the caller**********************************************************************/static void remethodizeClass(Class cls){    category_list *cats;    bool isMeta;    runtimeLock.assertWriting();    isMeta = cls->isMetaClass();    // Re-methodizing: check for more categories    if ((cats = unattachedCategoriesForClass(cls, false/*not realizing*/))) {        if (PrintConnecting) {            _objc_inform("CLASS: attaching categories to class '%s' %s",                          cls->nameForLogging(), isMeta ? "(meta)" : "");        }                attachCategories(cls, cats, true /*flush caches*/);                free(cats);    }}复制代码

可以看到：在remethodizeClass内部核心方法是：attachCategories，它才是真正地添加方法

// Attach method lists and properties and protocols from categories to a class.// Assumes the categories in cats are all loaded and sorted by load order, // oldest categories first.static void attachCategories(Class cls, category_list *cats, bool flush_caches){    if (!cats) return;    if (PrintReplacedMethods) printReplacements(cls, cats);    bool isMeta = cls->isMetaClass();    // fixme rearrange to remove these intermediate allocations    method_list_t **mlists = (method_list_t **)        malloc(cats->count * sizeof(*mlists));    property_list_t **proplists = (property_list_t **)        malloc(cats->count * sizeof(*proplists));    protocol_list_t **protolists = (protocol_list_t **)        malloc(cats->count * sizeof(*protolists));    // Count backwards through cats to get newest categories first    int mcount = 0;    int propcount = 0;    int protocount = 0;    int i = cats->count;    bool fromBundle = NO;    while (i--) {        auto& entry = cats->list[i];        method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);        if (mlist) {            mlists[mcount++] = mlist;            fromBundle |= entry.hi->isBundle();        }        property_list_t *proplist =             entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);        if (proplist) {            proplists[propcount++] = proplist;        }        protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocols;        if (protolist) {            protolists[protocount++] = protolist;        }    }    auto rw = cls->data();    prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);    rw->methods.attachLists(mlists, mcount);    free(mlists);    if (flush_caches  &&  mcount > 0) flushCaches(cls);    rw->properties.attachLists(proplists, propcount);    free(proplists);    rw->protocols.attachLists(protolists, protocount);    free(protolists);}复制代码

需要注意的有两点：

category的方法没有“完全替换掉”原来类已经有的方法，也就是说如果category和原来类都有methodA，那么category附加完成之后，类的方法列表里会有两个methodA。

category的方法被放到了新方法列表的前面，而原来类的方法被放到了新方法列表的后面，这也就是我们平常所说的category的方法会“覆盖”掉原来类的同名方法，这是因为运行时在查找方法的时候是顺着方法列表的顺序查找的，它只要一找到对应名字的方法，就会罢休^_^，殊不知后面可能还有一样名字的方法。

四、Category和Extension

Extension
- 在编译期决议，是类的一部分，在编译器和头文件的@interface和实现文件里的@implement一起形成了一个完整的类。
- 伴随着类的产生而产生，也随着类的消失而消失。 Extension一般用来隐藏类的私有消息，你必须有一个类的源码才能添加一个类的Extension，所以对于系统一些类，如NSString，就无法添加类扩展

Category
- 是运行期决议的
- 类扩展可以添加实例变量，分类不能添加实例变量
因为在运行期，对象的内存布局已经确定，如果添加实例变量会破坏类的内部布局，这对编译性语言是灾难性的。

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