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iOS-底层原理17：类扩展 与 关联对象 底层原理探索

2021-04-02  本文已影响0人  AcmenL

本文的主要目的是针对类的加载的一个扩展，主要讲讲类扩展和分类的底层实现原理

1. 类扩展底层原理探索

1.1 类扩展的创建方式

1、 直接在类中书写：永远在声明之后，在实现之前（需要在.m文件中书写）

类扩展创建方式1

2、 通过 command+N 新建 -> Objective-C File -> 选择Extension

类扩展创建方式2

1.2 类扩展的本质

1.2.1 通过clang底层编译

step1:

//.h
@interface LBHPerson : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

- (void)instanceMethod;

@end

//.m
@implementation LBHPerson

@end

@interface LBHPerson ()

@property (nonatomic, copy) NSString *ext_name;

- (void)ext_instanceMethod;

@end

step2: cd到main.m所在的文件夹，通过clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp命令生成cpp文件，打开cpp文件，搜索ext_name属性

在编译阶段，分类的属性已经添加到本类里面

step3:查看方法列表

这里只有根据属性自动生成的setter、gettter方法，声明的方法并没有出现在这里

问题：声明的方法在方法列表中找不到，怎么办？

解答:
方法列表中存储的都是方法的实现，想要出现方法列表中，必须要有方法实现。

1.2.2 通过源码调试探索

step1: 创建LBHPerson+EXT.h即类的扩展，并声明两个方法

step2: 在LBHPerson.m 中实现这两个方法

step3: 在objc4源码中找到readClass函数，

readClass添加代码前 readClass添加代码后

step4: 在readClass函数打上断点，运行程序，

step5: 查看所有方法 p kc_ro->baseMethodList

总结

2. 分类关联对象底层原理探索

其底层的实现主要为两部分:

* 通过objc_setAssociatedObject设值流程
* 通过objc_getAssociatedObject取值流程

2.1 关联对象-设值流程

step1: 创建一个分类LBHPerson+Category，

//.h  声明两个属性
@interface LBHPerson (Category)

@property (nonatomic, copy) NSString *cate_name;

@property (nonatomic, assign) int cate_age;

@end


//.m
@implementation LBHPerson (Category)

@end

step2: 重写属性cate_name的set、get方法，通过runtime的属性关联方法实现

- (void)setCate_name:(NSString *)cate_name
{
    /**
     1: 对象
     2: 标识符
     3: value
     4: 策略
     */
    objc_setAssociatedObject(self, "cate_name", cate_name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
    
}

- (NSString *)cate_name
{
    return objc_getAssociatedObject(self, @"cate_name");
}

其中objc_setAssociatedObject方法有四个参数，分别表示：
参数1：要关联的对象，即给谁添加关联属性
参数2：标识符，方便下次查找
参数3：value
参数4：属性的策略，即nonatomic、atomic、assign等，如下所示

step3: 进入objc_setAssociatedObject源码

这种设计模式属于是接口模式，对外的接口不变，内部的逻辑变化不影响外部的调用， 类似于set方法的底层源码实现

step4: 进入get方法实现，其中 ChainedHookFunction是一个函数指针

step5: 返回上一步，进入SetAssocHook，其底层实现是_base_objc_setAssociatedObject，类型是ChainedHookFunction

static void
_base_objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
{
  _object_set_associative_reference(object, key, value, policy);
}

static ChainedHookFunction<objc_hook_setAssociatedObject> SetAssocHook{_base_objc_setAssociatedObject};

所以可以理解为SetAssocHook.get()等价于_base_objc_setAssociatedObject

void
objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
{
    SetAssocHook.get()(object, key, value, policy);//接口模式，对外接口始终不变
}

👇等价于

void
objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
{
    _base_objc_setAssociatedObject(object, key, value, policy);//接口模式，对外接口始终不变
}

step6: 进入_base_objc_setAssociatedObject源码实现：_base_objc_setAssociatedObject -> _object_set_associative_reference，通过断点调试，确实会来到这里

_object_set_associative_reference 方法

进入_object_set_associative_reference源码实现

关于关联对象 底层原理的探索 主要是看value存到了哪里， 以及如何取出value，以下是源码

void
_object_set_associative_reference(id object, const void *key, id value, uintptr_t policy)
{
    // This code used to work when nil was passed for object and key. Some code
    // probably relies on that to not crash. Check and handle it explicitly.
    // rdar://problem/44094390
    if (!object && !value) return;

    if (object->getIsa()->forbidsAssociatedObjects())
        _objc_fatal("objc_setAssociatedObject called on instance (%p) of class %s which does not allow associated objects", object, object_getClassName(object));
    //object封装成一个数组结构类型，类型为DisguisedPtr
    DisguisedPtr<objc_object> disguised{(objc_object *)object};//相当于包装了一下 对象object,便于使用
    // 包装一下 policy - value
    ObjcAssociation association{policy, value};

    // retain the new value (if any) outside the lock.
    association.acquireValue();//根据策略类型进行处理
    //局部作用域空间
    {
        //初始化manager变量，相当于自动调用AssociationsManager的析构函数进行初始化
        AssociationsManager manager;//并不是全场唯一，构造函数中加锁只是为了避免重复创建，在这里是可以初始化多个AssociationsManager变量的
    
        AssociationsHashMap &associations(manager.get());//AssociationsHashMap 全场唯一

        if (value) {
            auto refs_result = associations.try_emplace(disguised, ObjectAssociationMap{});//返回的结果是一个类对
            if (refs_result.second) {//判断第二个存不存在，即bool值是否为true
                /* it's the first association we make 第一次建立关联*/
                object->setHasAssociatedObjects();//nonpointerIsa ，标记位true
            }

            /* establish or replace the association 建立或者替换关联*/
            auto &refs = refs_result.first->second; //得到一个空的桶子，找到引用对象类型,即第一个元素的second值
            auto result = refs.try_emplace(key, std::move(association));//查找当前的key是否有association关联对象
            if (!result.second) {//如果结果不存在
                association.swap(result.first->second);
            }
        } else {//如果传的是空值，则移除关联，相当于移除
            auto refs_it = associations.find(disguised);
            if (refs_it != associations.end()) {
                auto &refs = refs_it->second;
                auto it = refs.find(key);
                if (it != refs.end()) {
                    association.swap(it->second);
                    refs.erase(it);
                    if (refs.size() == 0) {
                        associations.erase(refs_it);

                    }
                }
            }
        }
    }

    // release the old value (outside of the lock).
    association.releaseHeldValue();//释放
}

通过源码可知，主要分为以下几部分：

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