iOS底层:Category


你用分类都做了哪些事 -作用?

1.声明私有方法 - 把分类的头文件放到对应数组类的.m中,就满足了私有方法的一个声明和使用,又对外不暴露。
2.分解体积庞大的类文件。
3.把Framework的私有方法公开。

分类的特点:(更好的回答分类和扩展的区别在哪里)

1.在运行时决议

  • 在编写完分类文件之后,并没有把分类中添加的内容附加到宿主类中。
  • 也就说宿主中还没有分类中的方法,而是在运行时通过runtime把分类内容真实的添加到对应的宿主类上。

2.可以为系统类添加分类(关于UIView的一些获取坐标的分类方法,实际上是我们在工程中植入了对应UI系统文件的一个分类,而不能给系统类添加扩展)。

分类中都可以添加哪些内容?

1.实例方法
2.类方法
3.协议
4.实例属性(实例属性只声明了对应的get和set方法,但没有在分类中添加上相应的实例变量)。
5.想要添加实例变量,可以通过关联对象来为分类添加实例变量。

分类结构体

加载调用栈


备注:

  • _objc_init:runtime初始化方法。
  • images:指的是镜像。

源码分析

这里以添加实例方法举例:
remethodizeClass开始入手分析:

1.我们只分析分类当中实例方法添加的逻辑,因此在这里我们假设 isMeta = NO。
2.生成一个新的二维数组,用来存放分类中的方法。
3.遍历分类数组,采用倒叙遍历。
4.获取宿主类当中的rw数据,其中包含宿主类的方法列表信息。
5.将分类方法拼接到rw的methods上--->。
6.具体如何拼接 rw->methods.attachLists(mlists, mcount)-->attachLists方法详解。

static void remethodizeClass(Class cls)
{
    category_list *cats;
    bool isMeta;
 
    runtimeLock.assertWriting();
    /*
     分类可以添加实例方法、类方法、属性、协议等等
     我们只分析分类当中实例方法添加的逻辑,
     因此在这里我们假设添加的是实例方法, isMeta = NO
     */
     /*
        <--------------1.isMeta = NO---------------->
     */
    isMeta = cls->isMetaClass();//判断当前类是否为元类对象,这取决于我们添加的方法是实例方法还是类方法
 
    //从对应的类(cls)当中获取还没有拼接整合的所有分类   cats是获取分类的列表
    if ((cats = unattachedCategoriesForClass(cls, false))) {
        if (PrintConnecting) {
            _objc_inform("CLASS: attaching categories to class '%s' %s", 
                         cls->nameForLogging(), isMeta ? "(meta)" : "");
        }
        //将分类cats拼接到cls上面
        attachCategories(cls, cats, true );        
        free(cats);
    }
}

2.3.4.5.6 将分类cats拼接到cls上面-->attachCategories方法详解:
通过rw->methods.attachLists(mlists, mcount)这句话,分类的方法才真正添加到了宿主类上面。所以,分类是在运行时决议。

static void attachCategories(Class cls, category_list *cats, bool flush_caches)
{
    if (!cats) return; //分类的判空操作
    if (PrintReplacedMethods) printReplacements(cls, cats);//打印的内容或者debug调试的东西,可以忽略
    /*
     分类可以添加实例方法、类方法、属性、协议等等
     我们只分析分类当中实例方法添加的逻辑,
     因此在这里我们假设添加的是实例方法, isMeta = NO
     */
    bool isMeta = cls->isMetaClass();//又进行了一次当前分类当中,添加的方法是实例方法还是类方法。或者说是为类添加分类,还是为元类添加分类。
   
    //声明了三个局部变量,对应的都是二维数组,  我们主要分析关于方法添加的一个逻辑
 
    /*二维数组
     [[method_t,method_t,...],[method_t],[method_t,method_t,method_t]...]
     */
   
      /*
       <--------------2.生成一个新的二维数组,用来存放分类中的方法---------------->
     */ 
   
    method_list_t **mlists = (method_list_t **)
        malloc(cats->count * sizeof(*mlists));//方法列表
    property_list_t **proplists = (property_list_t **)
        malloc(cats->count * sizeof(*proplists));//属性列表
    protocol_list_t **protolists = (protocol_list_t **)
        malloc(cats->count * sizeof(*protolists));//协议列表
 
    int mcount = 0; //方法参数
    int propcount = 0;//属性参数
    int protocount = 0;//协议参数
    int i = cats->count;//宿主类分类的总数,不是方法的总数
    bool fromBundle = NO;
    while (i--) {
     /*
       <--------------3.遍历分类数组,采用倒叙遍历---------------->
     */ 
     //这里是倒序遍历,最先访问最后编译的分类,也就是说attachCategories函数中传递过来的分类列表的参数,category_list *cats里面最后一个元素,是最后参加编译的。  最后编译的同名方法会生效,前面的会被覆盖掉。
        //获取一个分类
        auto& entry = cats->list[i];
        //获取该分类的方法列表
        method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
        if (mlist) {
            //最后编译的分类最先添加到分类数组中
            mlists[mcount++] = mlist;
            fromBundle |= entry.hi->isBundle();
        }
        //属性列表添加规则 同方法添加规则
        property_list_t *proplist = entry.cat->propertiesForMeta(isMeta);
        if (proplist) {
            proplists[propcount++] = proplist;
        }
       //协议列表添加规则 同方法添加规则
        protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocols;
        if (protolist) {
            protolists[protocount++] = protolist;
        }
    }
   
    /*
       <--------------4.获取宿主类当中的rw数据,其中包含宿主类的方法列表信息---------------->
     */ 
    //根据当前类,获取它的读写信息
    auto rw = cls->data();
    //主要是针对 分类中实现了一些内存管理相关方法情况下的  一些特殊处理(覆盖掉系统的一些内存管理方法)
    prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
   
     /*
       <--------------5.将分类方法拼接到rw的methods上---------------->
     */ 
 
    /*
     rw代表类
     methods代表类的方法列表
     attachLists 方法的含义是 将含有mcount个元素的mlists拼接到rw的methods上面
     
     分类添加的关键位置:就是将我们刚才处理过的一个二维数组的分类数据mlists,拼接到对应的宿主类的方法列表上面。
     rw类的结构当中有一个方法列表的成员methods,然后通过调用methods的attachLists函数,来把含有mcount个元素的二维数组mlists拼接到宿主类rw的对应方法methods上面。
     通过rw->methods.attachLists(mlists, mcount)这句话,分类的方法才真正添加到了宿主类上面。所以,分类是在运行时决议
     */
    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);
}

6.1 rw->methods.attachLists(mlists, mcount);方法解析:

[ A ---> [addedLists中的第一个元素],B ---> [addedLists中的第二个元素], C ---> [addedLists中的第三个元素],[原有的第一个元素], [原有的第二个元素] ]
经过调用memmove-->把原有列表中的元素移动到数组后面的位置,把前面留出来addedCount个新添加的位置,
memcpy(内容拷贝): 这也是分类方法会“覆盖”宿主类的方法的原因,如果分类的方法有和宿主类方法同名的现象,分类的方法会被优先实现。

 /*
     addedLists 传递过来的二维数组   (准备拼接的分类列表)
     
     [[method_t,method_t,...],[method_t],[method_t,method_t,method_t]...]
     ------------------------  --------   ------------------------------
       分类A中的方法列表(A)         B                      C
     addedCount = 3   二维数组列表的个数
     */
    void attachLists(List* const * addedLists, uint32_t addedCount) {
        if (addedCount == 0) return;//判空操作
 
        if (hasArray()) { //有数组的情况下
            // many lists -> many lists
            //列表中原有元素总数  oldCount = 2
            uint32_t oldCount = array()->count;
            //拼接之后的元素总数
            uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
            //根据新总数重新分配内存
            setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount)));
            //重新设置元素总数
            array()->count = newCount;
            /*
             内存移动
             调用memmove-->把原有列表中的元素移动到数组后面的位置,把前面留出来addedCount个新添加的位置
             [[],[],[],[原有的第一个元素],[原有的第二个元素]]
             */
            memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists, 
                    oldCount * sizeof(array()->lists[0]));
            /*
             内存拷贝
             [
               A ---> [addedLists中的第一个元素],
               B ---> [addedLists中的第二个元素],
               C ---> [addedLists中的第三个元素],
               [原有的第一个元素],
               [原有的第二个元素]
               这也是分类方法会“覆盖”宿主类的方法的原因,如果分类的方法有和宿主类方法同名的现象,分类的方法会被优先实现。
             ]
             */
            memcpy(array()->lists, addedLists, 
                   addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        }
        else if (!list  &&  addedCount == 1) {
            // 0 lists -> 1 list
            list = addedLists[0];
        } 
        else {
            // 1 list -> many lists
            List* oldList = list;
            uint32_t oldCount = oldList ? 1 : 0;
            uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
            setArray((array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount)));
            array()->count = newCount;
            if (oldList) array()->lists[addedCount] = oldList;
            memcpy(array()->lists, addedLists, 
                   addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        }
    }

下面我们图示经过memmove和memcpy方法过后的内存变化。


经过memmove方法之后,内存变化为

// array()->lists 原来方法、属性、协议列表数组
// addedCount 分类数组长度
// oldCount * sizeof(array()->lists[0]) 原来数组占据的空间
memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists, 
                  oldCount * sizeof(array()->lists[0]));

经过memmove方法之后,我们发现,虽然本类的方法,属性,协议列表会分别后移,但是本类的对应数组的指针依然指向原始位置。

memcpy方法之后,内存变化

// array()->lists 原来方法、属性、协议列表数组
// addedLists 分类方法、属性、协议列表数组
// addedCount * sizeof(array()->lists[0]) 原来数组占据的空间
memcpy(array()->lists, addedLists, 
               addedCount * sizeof(array()->lists[0]));

我们发现原来指针并没有改变,至始至终指向开头的位置。并且经过memmove和memcpy方法之后,分类的方法,属性,协议列表被放在了类对象中原本存储的方法,属性,协议列表前面。

那么为什么要将分类方法的列表追加到本来的对象方法前面呢,这样做的目的是为了保证分类方法优先调用,我们知道当分类重写本类的方法时,会覆盖本类的方法。

其实经过上面的分析我们知道本质上并不是覆盖,而是优先调用。本类的方法依然在内存中的。

重要总结

1.分类实现原理由运行时决议,不同分类中含有同名分类方法,谁最终生效,取决于谁最后参与编译。
2.假如分类中添加的方法恰好是宿主类中的同名方法,分类方法会"覆盖"同名的宿主类方法。
(消息传递过程中会优先查找数组靠前的元素,若找到了就会调用,但宿主类的同名方法仍然存在)。

  1. 分类添加的同名方法可以"覆盖"原宿主类方法。
  • 效果上是覆盖的,实际上呢宿主类的同名方法仍然存在,只是memmove移动到了后面。
  • 在我们消息发送过程中,是根据选择器名称来查找的,一旦查找到对应的实现就会返回
  • 由于分类方法位于数组靠前的位置,若分类和宿主类方法重名,会先查找到分类的方法
  1. 最后编译的分类同名方法才会最终生效,其他分类都会被覆盖掉。

    • 若我们添加两个分类,两个分类中都有同名方法,哪个会生效,取决于分类的编译顺序
    • 因为是倒序编译,最后编译的分类同名方法才会最终生效,其他都会被覆盖掉
  2. 名字相同的分类会引起编译报错。

    • 因为在生成具体分类的时候,经过runtime在编译过程中,会把我们添加的分类名字以下划线方式拼接到宿主类上。
    • 或者更复杂的命名规则,总之名字相同,就会类似于我们定义了两个同名变量,会引起编译报错。

+load方法

+load方法会在runtime加载类、分类时调用,每个类、分类的+load,在程序运行过程中只调用一次。

调用顺序
1、先调用类的+load:按照编译先后顺序调用(先编译,先调用),调用子类的+load之前会先调用父类的+load。
2、再调用分类的+load:按照编译先后顺序调用(先编译,先调用)

+initialize方法

+initialize方法会在类第一次接收到消息时调用。

调用顺序
先调用父类的+initialize,再调用子类的+initialize,先初始化父类,再初始化子类,每个类只会初始化1次。

+initialize和+load的很大区别是:+load方法是根据方法地址直接调用,并不是经过objc_msgSend函数调用,而+initialize是通过objc_msgSend进行调用的,所以有以下特点:
1、如果子类没有实现+initialize,会调用父类的+initialize(所以父类的+initialize可能会被调用多次)。
2、如果分类实现了+initialize,就覆盖类本身的+initialize调用。

如何实现给分类添加成员变量

默认情况下,因为分类底层结构的限制,不能添加成员变量到分类中。但可以通过关联对象来间接实现(重写成员变量的set和get方法)。

关联对象提供了以下API:
添加关联对象
void objc_setAssociatedObject(id object, const void * key,id value, objc_AssociationPolicy policy)
获得关联对象
id objc_getAssociatedObject(id object, const void * key)
移除所有的关联对象
void objc_removeAssociatedObjects(id object)

Objc_AssociationPolicy
Objc_AssociationPolicy

关联对象的原理
关联对象的原理
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