iOS底层原理 - 关联对象

面试题引发的思考：

Q: Category能否添加成员变量？如果可以，如何给Category添加成员变量？

• 不能直接添加成员变量，但是可以通过runtime的方式间接实现添加成员变量的效果。

1. 解析：

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
@interface Person : NSObject {
    int _age;
}
- (void)setAge:(int)age;
- (int)age;

// @property (nonatomic, assign) int age;
// 定义一个age属性，相当于：
// 1. 生成一个_age成员变量
// 2. 生成set方法、get方法的声明
// 3. 生成set方法、get方法的实现
@end

@implementation Person
- (void)setAge:(int)age {
    _age = age;
}
- (int)age {
    return _age;
}
@end

// TODO: -----------------  Person (Category1)类  -----------------
@interface Person (Category1)
- (void)setName:(NSString *)name;
- (NSString *)name;

// @property (nonatomic, copy) NSString *name;
// 定义一个name属性，相当于：生成set方法、get方法的声明
@end

@implementation Person (Category1)

@end

通过iOS底层原理 - 探寻Category本质（一）我们知道：

category_t结构体

• Category本质是category_t结构体；
• category_t结构体存储着对象方法、类方法、协议、属性；
• category_t结构体没有成员变量的定义，说明分类是不允许添加成员变量；
• 分类中添加的属性不会生成成员变量，只会生成get方法、set方法的声明，需要我们自己去实现。

Q: 那么如何间接实现添加成员变量的效果呢？

(1) 方法一：使用静态全局变量

// TODO: -----------------  ViewController类  -----------------
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    Person *person = [[Person alloc] init];
    person.age = 10;
    person.name = @"Tom";
    
    Person *person2 = [[Person alloc] init];
    person2.age = 20; // 20是存储在person2对象内部
    person2.name = @"Jerry"; // Jerry是存储在全局的字典对象里面
    
    NSLog(@"age - %d, weight - %@", person.age, person.name);
    NSLog(@"age - %d, weight - %@", person2.age, person2.name);
}

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@end

@implementation Person

@end

// TODO: -----------------  Person (Category1)类  -----------------
@interface Person (Category1)
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation Person (Category1)
// 全局变量name_，会被覆盖
NSString *name_;

- (void)setName:(NSString *)name {
    name_ = name;
}
- (NSString *)name {
    return name_;
}
@end

定义静态全局变量name_，每一个Person (Category1)对象的name改变，其他的对象的name也变化，不符合要求。

(2) 方法二：使用字典

只对Person (Category1)的实现修改：

// 将当前Person对象的内存地址转成字符串，作为字典的key，确保唯一性
#define DictKey [NSString stringWithFormat:@"%p", self]

@implementation Person (Category1)
// 耗费内存、线程安全、比较繁琐
NSMutableDictionary *nameDict_;

+ (void)load {
    nameDict_ = [NSMutableDictionary dictionary];
}
- (void)setName:(NSString *)name {
    nameDict_[DictKey] = name;
}
- (NSString *)name {
    return nameDict_[DictKey];
}
@end

可以实现我们的要求，但是会存在耗费内存、线程安全、代码繁琐等问题。

(3) 方法三：关联对象

关联对象使用runtime的方法：

/**
 给对象添加关联对象
 @param object 关联的对象
 @param key 关联的key
 @param value 关联的value
 @param policy 关联策略
 */
objc_setAssociatedObject(id  _Nonnull object, const void * _Nonnull key, id  _Nullable value, objc_AssociationPolicy policy)

typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0, // 弱引用关联对象
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, // 强引用关联对象，非原子操作
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3, // 复制关联对象，非原子操作
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401, // 强引用关联对象，原子操作
    OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403 // 复制关联对象，原子操作
};

/**
 获取关联对象
 @param object 关联的对象
 @param key 关联的key
 */
objc_getAssociatedObject(id  _Nonnull object, const void * _Nonnull key)

/**
 移除所有关联对象
 @param object 关联的对象
 */
objc_removeAssociatedObjects(id  _Nonnull object)

1> 关联对象方法一：

@implementation Person (Category1)
// 将NameKey指针的地址赋值给自己，确保唯一性
static const void *NameKey = &NameKey;

- (void)setName:(NSString *)name {
    objc_setAssociatedObject(self, NameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
- (NSString *)name {
    return objc_getAssociatedObject(self, NameKey);
}
@end

声明 static const void *kAssociatedObjectKey = &kAssociatedObjectKey;，使用kAssociatedObjectKey作为key值；

2> 关联对象方法二：

@implementation Person (Category1)
// 传入NameKey指针的地址，不需要赋值
static const char NameKey;

- (void)setName:(NSString *)name {
    objc_setAssociatedObject(self, &NameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
- (NSString *)name {
    return objc_getAssociatedObject(self, &NameKey);
}
@end

声明static const char kAssociatedObjectKey;，使用&kAssociatedObjectKey作为key值;

3> 关联对象方法三：

// 使用属性名作为key
#define NameKey @"name"

- (void)setName:(NSString *)name {
    objc_setAssociatedObject(self, NameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
- (NSString *)name {
    return objc_getAssociatedObject(self, NameKey);
}

使用属性名作为key。

4> 关联对象方法四：

@implementation Person (Category1)

// 用selector，使用getter方法的名称作为key值。
- (void)setName:(NSString *)name {
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(name), name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
- (NSString *)name {
    // return objc_getAssociatedObject(self, @selector(name));
    // 隐式参数 当前方法 _cmd == @selector(name)
    return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}
@end

用selector，使用getter方法的名称作为key值。

2. 关联对象原理：

先介绍一下实现关联对象技术的核心对象：

• AssociationsManager
• AssociationsHashMap
• ObjectAssociationMap
• ObjectAssociation
  源码中出现的Map相关的方法，与OC中的字典类似，包含key、value，存在类似对应关系。

AssociationsManager AssociationsHashMap与ObjectAssociationMap

由以上源码可以得出四个核心对象的结构：

四个核心对象的结构

而这四个核心对象的关系如下：

关联对象底层对象关系图

以上可以总结为：

• 一个实例对象对应一个AssociationsHashMap
• AssociationsHashMap中存储着多个此实例对象的关联对象的Key和ObjcAssociation
• ObjcAssociation存储着关联对象的value和policy策略

所以：关联对象的值它不是存储在自己的实例对象的结构中，而是维护了一个全局的结构AssociationManager。

关联对象方法

(1) objc_setAssociatedObject：函数解读：

objc_setAssociatedObject：函数

由源码可知：objc_setAssociatedObject：函数按照核心的关系一层一层的将数据存储完成。

(2) objc_getAssociatedObject：函数解读：

objc_getAssociatedObject：函数

由源码可知：objc_getAssociatedObject：函数如objc_setAssociatedObject：函数一样，按照反向顺序一层一层获取value。

(3) objc_removeAssociatedObjects：函数解读：

objc_removeAssociatedObjects：函数

由源码可知：_object_remove_assocations：函数会将object对象对应的所有关联对象全部删除。

总结可知：

• 关联对象并不是存储在被关联对象本身内存中，而是存储在全局的统一的一个AssociationsManager中；
• 如果设置关联对象为nil，就相当于是移除关联对象。