iOS底层原理 - category的本质以及源码分析
2018-11-21 本文已影响0人
CoderLS
开篇之前大家先思考这两个问题
Category的实现原理？
Category和Extension的区别是什么？Class Extension在编译的时候，它的数据就已经包含在类信息中
Category是在运行时，才会将数据合并到类信息中
开始分析Category的源码
- 1.创建个LSPerson类
@interface LSPerson : NSObject
@end
@implementation LSPerson
@end
- 2.创建个LSPerson的Test分类
@interface LSPerson (Test)<NSCopying,NSCoding>
@property (nonatomic,copy)NSString *name1;
@property (nonatomic,assign)int age;
@end
@implementation LSPerson (Test)
-(void)test1
{
NSLog(@"LSPerson (Test1)");
}
-(void)test2
{
NSLog(@"LSPerson (Test2)");
}
+(void)test3
{
NSLog(@"LSPerson (Test3)");
}
-(id)copy
{
return [[LSPerson alloc]init];
}
@end
- 从上面的文件中可以看到这个分类含有2个属性，2个方法，遵循了两个协议
- 那么现在我们用clang生成cpp代码看一下文件里都有啥
- clang命令如下
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc LSPerson+Test.m
struct _category_t {
const char *name; //哪个类的分类 LSPerson
struct _class_t *cls; //这个值没用到传的为0
const struct _method_list_t *instance_methods;//对象方法列表
const struct _method_list_t *class_methods;//类方法列表
const struct _protocol_list_t *protocols;//协议列表
const struct _prop_list_t *properties;//属性列表
};
- 经过仔细查看，看到了cpp文件里有这么个结构体名字写的也很清楚，分类的结构体，存放分类的信息，那么在接着看在哪用到这个结构体了,又看到了下面代码
static struct _category_t _OBJC_$_CATEGORY_LSPerson_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) =
{
"LSPerson",
0, // &OBJC_CLASS_$_LSPerson,
(const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_LSPerson_$_Test,
(const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_CLASS_METHODS_LSPerson_$_Test,
(const struct _protocol_list_t *)&_OBJC_CATEGORY_PROTOCOLS_$_LSPerson_$_Test,
(const struct _prop_list_t *)&_OBJC_$_PROP_LIST_LSPerson_$_Test,
};
- 看上面这段代码是定义了一个_category_t类型的变量，变量名称就是
_OBJC_$_CATEGORY_类名_$_分类名，这种格式变量就不会重复，然后进行赋值，有哪几个参数那个结构体看的也很清楚了，包含类名，对象方法列表，类方法列表，协议列表，属性列表
类名就是LSPerson也都明白，那么接着看_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_LSPerson_$_Test这个变量，可以看到是取这个变量地址然后转成这个类型(const struct _method_list_t *),然后搜索这个变量名字,发现如下代码
static struct /*_method_list_t*/ {
unsigned int entsize; // sizeof(struct _objc_method)
unsigned int method_count;
struct _objc_method method_list[2];
} _OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_LSPerson_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_objc_method),
2,
{{(struct objc_selector *)"test1", "v16@0:8", (void *)_I_LSPerson_Test_test1},
{(struct objc_selector *)"test2", "v16@0:8", (void *)_I_LSPerson_Test_test2}}
};
可以看出里面含有我们定义的两个对象方法,并且方法count=2
- 我们从上面看到了_objc_method这个结构体我们在搜索它的结构，发现就是方法名字，方法类型，方法实现IMP
struct _objc_method {
struct objc_selector * _cmd;
const char *method_type;
void *_imp;
};
接着看类方法，搜索那个类方法变量，又看到如下代码
static struct /*_method_list_t*/ {
unsigned int entsize; // sizeof(struct _objc_method)
unsigned int method_count;
struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_$_CATEGORY_CLASS_METHODS_LSPerson_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_objc_method),
1,
{{(struct objc_selector *)"test3", "v16@0:8", (void *)_C_LSPerson_Test_test3}}
};
可以看出里面含有我们定义的一个类方法,并且方法count=1
然后在看协议列表,发现如下代码
static struct /*_protocol_list_t*/ {
long protocol_count; // Note, this is 32/64 bit
struct _protocol_t *super_protocols[2];
} _OBJC_CATEGORY_PROTOCOLS_$_LSPerson_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
2,
&_OBJC_PROTOCOL_NSCopying,
&_OBJC_PROTOCOL_NSCoding
};
可以看到包含着我们遵循的两个协议NSCopying，NSCoding，但是看起来是两个变量，再接着看这俩变量是啥
struct _protocol_t _OBJC_PROTOCOL_NSCopying __attribute__ ((used)) = {
0,
"NSCopying",
0,
(const struct method_list_t *)&_OBJC_PROTOCOL_INSTANCE_METHODS_NSCopying,
0,
0,
0,
0,
sizeof(_protocol_t),
0,
(const char **)&_OBJC_PROTOCOL_METHOD_TYPES_NSCopying
};
看到我们传了协议名称，还有方法列表变量，在看方法列表变量是啥
static struct /*_method_list_t*/ {
unsigned int entsize; // sizeof(struct _objc_method)
unsigned int method_count;
struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_PROTOCOL_INSTANCE_METHODS_NSCopying __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_objc_method),
1,
{{(struct objc_selector *)"copyWithZone:", "@24@0:8^{_NSZone=}16", 0}}
};
由上面看到了这个方法列表里有我们实现的copy方法，底层调用的是copyWithZone，和alloc类似调用的是allocWithZone
那么接下来在看看协议的结构体如下，看起来也是一目了然
struct _protocol_t {
void * isa; // NULL
const char *protocol_name;
const struct _protocol_list_t * protocol_list; // super protocols
const struct method_list_t *instance_methods;
const struct method_list_t *class_methods;
const struct method_list_t *optionalInstanceMethods;
const struct method_list_t *optionalClassMethods;
const struct _prop_list_t * properties;
const unsigned int size; // sizeof(struct _protocol_t)
const unsigned int flags; // = 0
const char ** extendedMethodTypes;
};
接下来看属性列表源码
static struct /*_prop_list_t*/ {
unsigned int entsize; // sizeof(struct _prop_t)
unsigned int count_of_properties;
struct _prop_t prop_list[2];
} _OBJC_$_PROP_LIST_LSPerson_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_prop_t),
2,
{{"name1","T@\"NSString\",C,N"},
{"age","Ti,N"}}
};
确实看到了我们定义的两个name，age属性
由此我们得到结论就是
分类在编译的时候将分类的信息存在struct _category_t中，那么怎么在程序运行的时候是怎么加载到内存中的呢，接下来看runtime的源码
屏幕快照 2018-11-21 上午11.33.26.png
- 我们看到attachCategories如下源码
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);
}
1542772124422.jpg
E70CD585-A902-4604-AAA1-079FC44C8C1E.png
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由此我们得到以下结论,Category的加载处理过程
1.通过Runtime加载某个类的所有Category数据
2.把所有Category的方法、属性、协议数据，合并到一个大数组中
后面参与编译的Category数据，会在数组的前面
3.将合并后的分类数据（方法、属性、协议），插入到类原来数据的前面
屏幕快照 2018-11-21 下午1.35.32.png
上图是Objc类对象，元类对象的底层结构，而我们分类添加的方法是添加到class_rw_t的方法列表里，从上面分析的代码可以看到访问的是
auto rw = cls->data();
prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
rw->methods.attachLists(mlists, mcount);
所以calss_ro_t的baseMethodList不会改变
接下来验证同时用分类，和类扩展添加属性，然后在获取属性列表看看顺序是啥样
- 首先在LSPerson类扩展里添加两个属性，分类里的name，age属性不变
@interface LSPerson : NSObject
@property (nonatomic,copy)NSString *name1;
@property (nonatomic,copy)NSString *name2;
@end
@interface LSPerson()
@property (nonatomic,copy)NSString *extensionPro1;
@property (nonatomic,copy)NSString *extensionPro2;
@end
@implementation LSPerson
@end
@interface LSPerson (Test)<NSCopying,NSCoding>
@property (nonatomic,copy)NSString *categoryName1;
@property (nonatomic,copy)NSString *categoryName2;
@end
@implementation LSPerson (Test)
@end
- 打印属性列表，使用此库比较方便 DLIntrospection
- 可以看到打印一下结果证明
先是类本身的东西
然后编译的时候把类扩展的东西插在原来的前面
编译的时候同时把分类的信息存放在category_t结构体里
程序运行的时候利用runtime把分类的信息继续插在最前面
所以存放顺序应该是:
分类，类扩展，本类信息
(
"@property (nonatomic, copy) NSString* categoryName1",
"@property (nonatomic, copy) NSString* categoryName2",
"@property (nonatomic, copy) NSString* extensionPro1",
"@property (nonatomic, copy) NSString* extensionPro2",
"@property (nonatomic, copy) NSString* name1",
"@property (nonatomic, copy) NSString* name2"
)
