iOS-总结Category

Category这个知识点，相信有了解过的同学们都知道，用到的地方虽然不多，但是相对比较集中，一般一个类的内容信息过于庞大，导致里面代码信息过于混乱，我们就可以试着用category去管理这个类。其实举个简单的例子，就好像“人”这个物种，现在不就是有各类人吗，这也是一种分类，而每一类人体现出来的特点或者说是优点等等都是不一样的。
言归正传，我们还是通过面试题来入手，从而一步一步了解Category，这里总共有四个面试题，如下：

问题1：Category的实现原理

问题2：Category和Class Extension的区别是什么

问题3：Category中有load方法吗？什么时候调用？load方法能继承吗？

问题4：load、initialize方法的区别是什么？它们在Category中调用的顺序？以及在出现继承的时候，它们之间的调用过程

这里，同样我们还是通过用代码入手，这里笔者定义了一个BLPerson类和它的BLPerson+Test的分类，以及通过xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc BLPerson+Test.m -o BLPerson+Test.cpp这个命令行(这个命令行笔者就不解释了)得到的BLPerson+Test.m的底层c++实现文件BLPerson+Test.cpp(代码链接在最底部)。这时我们可以在BLPerson+Test.cpp文件中看到对应分类的m文件的实现，当然我们主要关心的是这个Category对应的实现具体是什么样子的，其实就是如下代码：

struct _class_t {
    struct _class_t *isa;
    struct _class_t *superclass;
    void *cache;
    void *vtable;
    struct _class_ro_t *ro;
};
struct _category_t {
    const char *name;
    struct _class_t *cls;
    const struct _method_list_t *instance_methods;
    const struct _method_list_t *class_methods;
    const struct _protocol_list_t *protocols;
    const struct _prop_list_t *properties;
};

Category在底层就是一个_category_t结构体，其实对于这个结果，相信看了笔者之前iOS-Objective-C的本质这篇文章的都知道，一个类的本质其实就是一个结构体。在_category_t这个结构体中，我们可以很清楚的看到，它里面包含了类的名称、对象方法列表、类方法列表、协议列表和属性列表，而_class_t这个结构体里面包含的就是这个类的isa、父类等信息
这里在分类中加入了两个方法：

@interface BLPerson (Test)
- (void)instanceTest;
+ (void)classTest;
@end

#import "BLPerson+Test.h"

@implementation BLPerson (Test)

- (void)instanceTest {
    
    NSLog(@"BLPerson (Test) instanceTest");
}

+ (void)classTest {
    
    NSLog(@"BLPerson (Test) classTest");
}

@end

在cpp文件中，我们可以看到以下代码：

static struct _category_t _OBJC_$_CATEGORY_BLPerson_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = 
{
    "BLPerson",
    0, // &OBJC_CLASS_$_BLPerson,
    (const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_BLPerson_$_Test,
    (const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_CLASS_METHODS_BLPerson_$_Test,
    0,
    0,
};

从这个代码中我们可以看到_category_t结构体中对应的instance_methods和class_methods就是上面所展示：

(const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_BLPerson_$_Test,
(const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_CLASS_METHODS_BLPerson_$_Test,

接下来，笔者在BLPerson的本类中添加同样的两个方法：

@interface BLPerson : NSObject
- (void)instanceTest;
+ (void)classTest;
@end

#import "BLPerson.h"

@implementation BLPerson

- (void)instanceTest {
    
    NSLog(@"BLPerson instanceTest");
}

+ (void)classTest {
    
    NSLog(@"BLPerson classTest");
}

@end

然后笔者在main函数中调用BLPerson的这个两个方法：

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "BLPerson.h"
#import "BLPerson+Test.h"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    BLPerson *person = [[BLPerson alloc] init];
    [person instanceTest];
    [BLPerson classTest];
    
    return 0;
}

控制台打印如下：

image.png

接下来，我们把分类去掉：

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "BLPerson.h"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    BLPerson *person = [[BLPerson alloc] init];
    [person instanceTest];
    [BLPerson classTest];
    
    return 0;
}

控制台打印如下：

image.png

所以我们得到，不管分类是否导入，只要分类中有一样的方法，则就会优先调用分类中的方法。
这是为什么呢？大家都知道，方法的调用，其实就是runtime中的消息发送，先发送消息子，然后在方法列表中查找对应的方法；而且当方法名称一样时，肯定是优先调用先找到的那个。所以从这一点上面，我们可以看出，分类中的同名方法应该是排在本类的前面，只有这样，在调用这个方法的时候，才会先调用分类中的方法。事实就是如此，其实我们还是需要从源代码入手，这里笔者只摘录最直接的部分代码，如下：

//将本类中原有的方法列表地址向后移动一定位置，移动的位置个数就是分类中的方法列表的个数
memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists, 
                    oldCount * sizeof(array()->lists[0]));
// 将所有分类的方法列表，拷贝到经过移动之后的本类的方法列表中
            memcpy(array()->lists, addedLists, 
                   addedCount * sizeof(array()->lists[0]));

这样，大家就应该明白，为什么会先调用分类的方法，因为在系统底层的现实上就是将分类的方法放在本类之前。
至此，问题1的答案已经很明白了：

Category编译之后的底层结构是struct category_t，里面存储着分类的对象方法、类方法、属性、协议信息；在程序运行的时候，runtime会将Category的数据，合并到类信息中（类对象、元类对象中）。

至于第二个问题，笔者在这里就直接给出答案，也不做具体分析了：

Class Extension是在编译的时候就已经把数据包含在本类中了，而Category是在运行时，才会将数据合并到本类的信息中。

接下来，我们再来分析第三个和第四个问题，首先，在本类和分类中都添加load和initialize这两个方法，代码如下：

// BLPerson的实现
@implementation BLPerson

+ (void)load {
    
    NSLog(@"BLPerson load");
}

+ (void)initialize {
    
    NSLog(@"BLPerson initialize");
}
.........

// 分类的实现
#import "BLPerson+Test.h"

@implementation BLPerson (Test)

+ (void)load {
    
    NSLog(@"BLPerson+Test load");
}

+ (void)initialize {
    
    NSLog(@"BLPerson+Test initialize");
}
........

然后我们启动程序，这里我们先后两次启动，第一次启动的时候，我们不调用BLPerson类，代码如下：

#import <Foundation/Foundation.h>
//#import "BLPerson.h"
//#import "BLPerson+Test.h"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
//    BLPerson *person = [[BLPerson alloc] init];
    
    return 0;
}

这时候控制台打印出来的结果是：

image.png

第二次启动，我们调用调用BLPerson类，代码如下：

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "BLPerson.h"
#import "BLPerson+Test.h"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    BLPerson *person = [[BLPerson alloc] init];
    
    return 0;
}

这时候控制台打印出来的结果是：

image.png

我们可以看到，不管代码中有没有调用BLPerson类，load方法都会调用，而且它不是通过消息发送的方式来调用的，是通过方法的地址直接调用。所以第三个问题的答案就是：

Category中又load方法，在程序启动时，系统就会通过runtime加载load方法。load方法也可以继承

而initialize这个方法，在程序调用BLPerson类时，会先去调用test分类中的initialize方法。其实大家有兴趣可以试试，如果多次调用BLPerson这个类的时候，initialize方法的调用情况，其实这个方法只会每个类对应的只会调用一次，而且是在第一次调用这个类的时候才会触发。所以第四个问题的答案是：

1、load是程序一运行就根据函数地址直接调用，initialize是类第一次接收到消息的时候调用。2、先调用本类的load再调用分类，而且不同的分类，先编译的先调用；分类中的initialize会被优先调用，后编译的分类先调用，这个是按照消息发送机制实现（上述中，笔者就说了分类的方法会在运行时，合并到本类方法列表中，而且放在本类方法列表之前）

这里有个很特别的情况，大家有兴趣可以去试一试，如果一个子类BLStudent继承于BLPerson，他们都没有分类，这时候BLPerson中实现initialize方法，而BLStudent不实现，这个时候看看控制台打印情况，你会有不一样的发现。
代码链接：https://github.com/IBIgLiang/iOS-CategoryStudy