关联对象-给Category添加属性

我们知道，分类无法添加成员变量，在分类中定义了属性，系统没有生成对应的成员变量，也没有实现set和get方法。那我们如何实现为分类添加属性呢？

通过runtime中提供的关联对象相关API我们可以实现以上功能。

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)

关联API对象参数说明：
参数一：id object : 给哪个对象添加属性。
参数二：const void * key: 关联对象中属性值存取过程中对应唯一标识，根据key来设置和取值。
参数三：id value : 关联的值，也就是set方法传入的值给属性去保存。
参数四：objc_AssociationPolicy policy : 策略，属性以什么形式保存。

typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,  // 指定一个弱引用相关联的对象
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, // 指定相关对象的强引用，非原子性
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,  // 指定相关的对象被复制，非原子性
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,  // 指定相关对象的强引用，原子性
    OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403     // 指定相关的对象被复制，原子性   
};

提供一个实例，给大家看看关联对象的基本使用。
定义Person类，以及Person+Test分类，在Person+Test中定义name ,weight属性，然后通过关联对象实现set和get方法，看外部能不能正常使用？

@interface Person : NSObject

@end

@implementation Person

@end

@interface Person (Test)

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

@property (nonatomic, assign) int weight;

@end

@implementation Person (Test)
/*
 给key设值有三种比较好的的方法
 因为key值类型为const void *，任何类型的值，其实就是给一个唯一的标识
 
 1.我们针对每个属性，定义一个全局的key名，然后取其地址，着一定是唯一的
 加上static，只在文件内部有效
 static const void *NameKey = &NameKey;
 static const void *WeightKey = &WeightKey;
 
 2.针对每个属性，因为类中的属性名是唯一的，直接拿属性名作为key
 #define NameKey = @"name";
 #define WeightKey = @"weight";
 
 3.使用@seletor作为key
 直接用属性名对应的get方法的selector，有提示不容易写错
 并且get方法隐藏参数_cmd可以直接用，看上去就会更加简洁
 以下实例代码就是用的第三种方式
 
 */

- (void)setName:(NSString *)name{
    //通过一个key给对象关联一个值
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(name), name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

- (NSString *)name{
    //通过一个key，取出对象所关联的值
    //隐式参数 _cmd = @selector(name)
    return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}

- (void)setWeight:(int)weight{
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(weight), @(weight), OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

- (int)weight{
    return [objc_getAssociatedObject(self, _cmd) intValue];
}

@end

外部调用
Person *person = [[Person alloc] init];
person.name = @"jack";
person.weight = 20;
        
NSLog(@"name:%@ weight:%d",person.name,person.weight);

打印结果
2019-07-15 17:52:27.471526+0800 给分类添加属性-关联对象[19511:8022622] name:jack weight:20

通过以上实例可以看出通过关联对象是可以成功为分类添加属性的。

那么使用关联对象是将属性添加到原有类的内存中，还是另外通过其他方式保存呢？如果通过其他方式，又是如何保存，如何销毁的呢？

关联对象原理

实现关联对象的核心对象有

AssociationsManager
AssociationsHashMap
ObjectAssociationMap
ObjcAssociation
其中Map就相当于我们平时使用的字典，也是key-value存取值。

我们通过runtime源码来分析底层原理，来到objc-references.mm，搜索objc_setAssociatedObject，objc_getAssociatedObject，objc_removeAssociatedObjects，分别来看看设置，取值，移除所有关联对象的底层逻辑。

/**********************************************************************
* Associative Reference Support
**********************************************************************/

id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key) {
    return _object_get_associative_reference(object, (void *)key);
}


void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) {
    _object_set_associative_reference(object, (void *)key, value, policy);
}


void objc_removeAssociatedObjects(id object) 
{
    if (object && object->hasAssociatedObjects()) {
        _object_remove_assocations(object);
    }
}

_object_set_associative_reference函数

_object_set_associative_reference函数内部我们可以找到上面说过的实现关联对象技术的核心对象。接下来我们来AssociationManager、AssociationsHashMap、ObjectAssociationMap、ObjcAssociation之间的关系。

AssociationManager

AssociationsManager源码

AssociationsHashMap、ObjectAssociationMap、ObjcAssociation

AssociationsHashMap和ObjectAssociationMap源码

通过AssociationsHashMap内部源码我们发现AssociationsHashMap继承自unordered_map首先来看一下unordered_map内的源码

unordered_map部分源码

从unordered_map源码中可以看出前两个参数_key,_tp对应的就是map中的key和value，参照传入参数，_key对应的值就是disguised_ptr_t，_Tp 对应的值就是ObjectAssociationMap *。

接着我们查看ObjectAssociationMap，继承至map，和unordered_map类似，同样以key,value方式存储着ObjectAssociation。_key对应着void *,_Tp 对应着ObjectAssociation。

再接着来查看ObjcAssociation。

ObjcAssociation源码

我们发现ObjcAssociation存储着_policy、_value，而这两个值我们可以发现正是我们调用objc_setAssociatedObject函数传入的值，也就是说我们在调用objc_setAssociatedObject函数中传入的value和policy这两个值最终是存储在ObjcAssociation中的。

现在我们已经对AssociationsManager、 AssociationsHashMap、 ObjectAssociationMap、ObjcAssociation四个对象之间的关系有了简单的认识，那么接下来我们来细读源码。

_object_set_associative_reference函数精读

最后通过一张图整理其中关系，这样就看的更加清晰明了。

关联对象原理图

关联对象并不是存储在关联对象本身内存中
关联对象存储在全局的一个AssociationsManager中
设置关联对象为nil，就相当于移除了关联对象

_object_get_associative_reference函数

_object_remove_assocations函数

结合以上总结的关联对象原理图，就能很好理解_object_get_associative_reference和_object_remove_assocations的逻辑。

总结：
关联对象并不是存储在关联对象本身内存中
关联对象存储在全局的一个AssociationsManager中
设置关联对象为nil，就相当于移除了关联对象