iOS底层原理 - Category实现原理（一）

2021-02-06 本文已影响0人星空WU

通过探索Category底层原理回答以下问题

1) Category是否可以添加方法、属性、成员变量？Category是否可以遵守Protocol？

2) Category的本质是什么，在底层是怎么存储的？

3) Category的实现原理是什么，Catagory中的方法是如何调用到的？

4) Category中是否有Load方法，load方法是什么时候调用的？

5) load、initialize的区别

Category可以直接添加属性、成员变量吗？

创建一个ZHPerson类

添加分类

发现分类中可以添加属性，方法，协议，但是不能添加成员变量。

分析为什么不能添加成员变量？

Category的底层数据结构

首先创建两个分类协助测试

将分类文件编译为.cpp文件，切换到文件所在文件夹下执行：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc ZHPerson+Sport.m

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc ZHPerson+Eat.m

检索_I_ZHPerson_Sport_sport 和 _C_ZHPerson_Sport_sport

分析可知：上述代码创建了_method_list_t类型的结构体变量

_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_ZHPerson_$_Sport

和 _OBJC_$_CATEGORY_CLASS_METHODS_ZHPerson_$_Sport

分别用于存储实例方法列表和类方法列表

这里简单说下_objc_method中的method_type，详细介绍后续在探究runtime消息机制时再继续扒。method_type其实可以看做用字符缩写来表达的函数类型字符串，比如 v@:i 就是返回类型为void，第一个参数为id类型，第二个参数为指针类型，第三个参数为int类型的函数，如- (void)addStepCount:(int)count（我们知道iOS中方法调用会默认传入隐式参数方法调用者：self 和方法名：_cmd。这也是为什么我们可以在方法内部访问self、cmd的原因)

继续检索_OBJC_$_CATEGORY_ZHPerson_$_Sport

回答第二个问题：分类底层如何存储的

分析可知：上述代码创建了一个_category_t类型的结构体变量 _OBJC_$_CATEGORY_ZHPerson_$_Sport；并且传入了类方法列表、实例方法列表、协议类别、属性列表，具备了Category的所有信息，没错Category在底层就是_category_t类型，下边我们检索结构体类型_category_t，看下_category_t的定义；

到此我们已经清楚的看到了Category在底层的存储结构，并且可以看到底层并没有存储成员变量，这也就是为什么直接添加成员变量会报错的原因。

Category中的属性

并且我们知道在类中添加一个属性，系统为我们做了三件事

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

1) 创建了一个成员变量_name

2) 生成了setter、getter方法的声明

3) 生成了setter、getter方法的实现

对比 ZHPerson 编译后的.cpp中的属性和分类中的区别

ZHPerson.cpp:

ZHPerson (Sport).cpp 文件

发现原类中生成了属性的settter 和getter 方法，但是分类中没有属性的settter 和getter 实现。

在Category添加属性系统仅仅只生成了setter、getter方法的声明

如何使Category中的属性与类中的属性具备同样的效果（关联对象）

可以通过runtime中的关联对象方法来实现

关联策略，和@property后的关键字对应.

系统是如何管理关联对象的

去官网下载runtime源码，搜索objc_setAssociatedObject方法，这里不做过多分析，简单说下结论，后续会单开一篇扒关联对象的实现原理。

runtime用四个类来管理关联对象，AssociationsManager、AssociationsHashMap、AssociationsMap、ObjectAssociation，

1）关联对象并不是存储在被关联对象本身内存中

2）关联对象存储在全局的统一的一个AssociationsManager中

3）设置关联对象为nil，就相当于是移除关联对象

Category中的方法调用顺序 - 表象

再创建一个ZHPerson的子类ZHStudent ,再编写一个ZHStudent的分类，分类里书写life方法

结论：1、分类中方法会覆盖原类中的方法

2.、Compile Sources中编译顺序在后面的文件优先级会更高。

ZHPerson有两个分类Sport 和Eat,并且两个分类都实现了life方法，

但是全部调用的分类Sport的方法，和Build Phases 里的Compile Sources 里的文件编译顺序有关

1、分类中的方法优先级高于原类中的方法

2、后编译的分类优先级高于先编译的分类

3、我们常说的分类方法覆盖原类方法并不是真正的覆盖，只是objc_msgSend在分类中找到方法实现后不再继续查找。

Category方法调用顺序 - 本质

1）OC中的方法调用简单的说就是通过实例对象（或类对象）的isa指针和类对象（或元类对象）的superClass指针去类（或元类）对象中查找方法。

2）Category中的方法、属性等编译后是存储在category_t结构体中的，也就是说编译后分类中的方法并没有合并到类（或元类）中，我们是无法在类对象（或元类对象）中找到Category中的方法的。

3）但是最终调用的时候我们却可以通过isa和superClass指针找到这些方法。所以我们有理由猜测runtime帮我们做了方法合并

4）_objc_init就是runtime的初始化函数，是在app启动过程的"初始化除可执行文件外的所有Mach-O文件初始化调用的；按文件编译倒序将各分类中的方法、协议、属性列表分别整合成一个二维数组后，添加到原类中的方法列表，属性列表，协议列表。（分类中的方法属性等系统是什么时候如何添加到原类中的？）