09 iOS底层原理 - 给Category添加成员变量
废话不多说，老规矩，还是先来道面试题：
一，Category能否添加成员变量？如果可以，如何给Category添加成员变量？
带着问题咋们来看看分类到底能不能添加成员变量...
咋们先看看类和分类的底层数据结构张啥样吧：
具体分析请看我之前的博客：
02 iOS底层原理 - isa和superclass指针探究
05 iOS底层原理 - Category本质探究
一，分析一下分类的底层数据结构
1. 类的底层数据结构
image.png
这是从runtime源码里面找到的对象数据结构，可以看出，是可以存储在成员变量的。
2. 分类底层数据结构
image.png
这是clang编译后的数据结构，当然了也可以从runtime里面找的到，可以看出，这个结构里面是没有提供成员变量列表的。所以，分类从结构上就没法添加成员变量。
但是，有些人呢，就想用分类，还想给分类添加个成员变量，这该咋整呢？？？？
二，利用runtime关联对象添加和获取值
在说关联对象前呢，我还是简单说下，除了利用关联对象添加外，其实还可以用以下几种形式添加：
1. 利用字典添加
// 声明
@interface Person (Test1)
@property (nonatomic, assign) int height;
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end
// 实现
@implementation Person (Test1)
#define p_key [NSString stringWithFormat:@"%p", self]
// 使用字典存储
NSMutableDictionary *heights_;
NSMutableDictionary *names_;
+(void)load {
heights_ = [NSMutableDictionary dictionary];
names_ = [NSMutableDictionary dictionary];
}
- (void)setHeight:(int)height {
heights_[p_key] = @(height);
}
- (void)setName:(NSString *)name {
names_[p_key] = name;
}
- (int)height {
return [heights_[p_key] intValue];
}
- (NSString *)name {
return names_[p_key];
}
其实利用字典添加成员变量，还是很好理解的，就是讲setter方法里面的key作为值存储在字典里面，而字典的key则是当前self的地址值。
但是在真正实现的时候，还是很繁琐的，每增加一个属性，都要声明一个字典、初始化、加锁、存储、解锁等操作，所以还是不建议直接用字典的。
字典都不建议使用了，那么用全局变量来添加成员变量就更复杂和不安全了。
那么，有没有更简单的方式，来添加成员变量呢？？？
肯定是有的，我们可以间接的用runtime给分类添加成员变量。
2. runtime关联对象添加成员变量
runtime提供了三个关联对象的API：
1> 设置关联对象
OBJC_EXPORT void
objc_setAssociatedObject(id _Nonnull object,
const void * _Nonnull key,
id _Nullable value,
objc_AssociationPolicy policy)
OBJC_AVAILABLE(10.6, 3.1, 9.0, 1.0, 2.0);
2>获取关联对象
OBJC_EXPORT id _Nullable
objc_getAssociatedObject(id _Nonnull object, const void * _Nonnull key)
OBJC_AVAILABLE(10.6, 3.1, 9.0, 1.0, 2.0);
3> 删除关联对象
OBJC_EXPORT void
objc_removeAssociatedObjects(id _Nonnull object)
OBJC_AVAILABLE(10.6, 3.1, 9.0, 1.0, 2.0);
4> 利用关联对象添加成员变量
- (void)setName:(NSString *)name {
objc_setAssociatedObject(self, @selector(name), name, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}
- (NSString *)name {
return objc_getAssociatedObject(self, @selector(name));
}
- (void)setHeight:(int)height {
objc_setAssociatedObject(self, @selector(height), @(height), OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (int)height {
return [objc_getAssociatedObject(self, @selector(height)) intValue];
}
简单说下利用 @selector(property) 作为key的原因：
- 这个key其实没有实际的意义，只要能唯一的表示是当前的这个属性值即可；
- objc_setAssociatedObject中的入参key的声明是这样的，
const void * _Nonnull，需要传入一个地址，而@selector(property)其实就是这个property 的getter方法地址，并且唯一。
运行代码：
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
Person *person1 = [[Person alloc]init];
person1.age = 18;
person1.name = @"张三";
person1.height = 165;
Person *person2 = [[Person alloc]init];
person2.age = 28;
person2.name = @"李四";
person2.height = 178;
NSLog(@"person1: age = %d, name = %@, height = %d", person1.age, person1.name, person1.height);
NSLog(@"person2: age = %d, name = %@, height = %d", person2.age, person2.name, person2.height);
}
打印结果：
person1: age = 18, name = 张三, height = 165
person2: age = 28, name = 李四, height = 178
是不是可以完美的解决，分类不能直接添加成员变量的问题了。
那么，下面就看看源码是怎么来添加这个所谓的”成员变量“的...
三，runtime源码分析
源码下载
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1. 入参说明
首先，看下
OBJC_EXPORT void
objc_setAssociatedObject(id _Nonnull object,
const void * _Nonnull key,
id _Nullable value,
objc_AssociationPolicy policy)
OBJC_AVAILABLE(10.6, 3.1, 9.0, 1.0, 2.0);
每个入参的意思：
para1：object:需要关联的对象
para2：key:需要关联值的key
para3：value:需要关联的值
para4：policy:以什么样的策略关联值
其中policy参数和修饰符的对应关系如下：
image.png
2. 源码查找流程
image.png
3. 核心代码解读
直接上两张我总结的图：
image.png
image.png
还是简单说下上面一张图吧：
关联对象的本质，其实和字典存储很像
- 每个分类的对象作为key存储在第一级字典里，value则是存储当前对象里所有的属性，这个value是一个字典ObjectAssociationMap；
- 入参key作为ObjectAssociationMap的key，属性值value和策略policy存储在ObjcAssociation里面（类似于一个模型），这个模型就是ObjectAssociationMap的value。
四，关联对象总结
- 关联对象的值并不是存储在被关联对象本身内存中的；
- 关联对象的值存储在全局统一的一个AssociationsManager中
- 删除一个对象的属性：设置关联对象的值为nil
例如：
objc_setAssociatedObject(self, @selector(height), nil, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
- 删除一个对象：直接调用objc_removeAssociatedObjects(id _Nonnull object)
五，回答文章开头的面试题
一，Category能否添加成员变量？如果可以，如何给Category添加成员变量？
不能直接给Category添加成员变量，可以间接添加；可以通过runtime的关联对象添加成员变量.
