開篇之前大家先思考這兩個(gè)問題

Category的實(shí)現(xiàn)原理？
Category和Extension的區(qū)別是什么？

Class Extension在編譯的時(shí)候，它的數(shù)據(jù)就已經(jīng)包含在類信息中
Category是在運(yùn)行時(shí)，才會(huì)將數(shù)據(jù)合并到類信息中

開始分析Category的源碼

• 1.創(chuàng)建個(gè)LSPerson類

@interface LSPerson : NSObject
@end
@implementation LSPerson
@end

• 2.創(chuàng)建個(gè)LSPerson的Test分類

@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

• 從上面的文件中可以看到這個(gè)分類含有2個(gè)屬性，2個(gè)方法，遵循了兩個(gè)協(xié)議
• 那么現(xiàn)在我們用clang生成cpp代碼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;  //哪個(gè)類的分類 LSPerson
    struct _class_t *cls; //這個(gè)值沒用到傳的為0
    const struct _method_list_t *instance_methods;//對(duì)象方法列表
    const struct _method_list_t *class_methods;//類方法列表
    const struct _protocol_list_t *protocols;//協(xié)議列表
    const struct _prop_list_t *properties;//屬性列表
};

• 經(jīng)過仔細(xì)查看，看到了cpp文件里有這么個(gè)結(jié)構(gòu)體名字寫的也很清楚，分類的結(jié)構(gòu)體，存放分類的信息，那么在接著看在哪用到這個(gè)結(jié)構(gòu)體了,又看到了下面代碼

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,
};

• 看上面這段代碼是定義了一個(gè)_category_t類型的變量，變量名稱就是_OBJC_$_CATEGORY_類名_$_分類名，這種格式變量就不會(huì)重復(fù)，然后進(jìn)行賦值，有哪幾個(gè)參數(shù)那個(gè)結(jié)構(gòu)體看的也很清楚了，包含類名，對(duì)象方法列表，類方法列表，協(xié)議列表，屬性列表

類名就是LSPerson也都明白，那么接著看_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_LSPerson_$_Test這個(gè)變量，可以看到是取這個(gè)變量地址然后轉(zhuǎn)成這個(gè)類型(const struct _method_list_t *),然后搜索這個(gè)變量名字,發(fā)現(xiàn)如下代碼

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們定義的兩個(gè)對(duì)象方法,并且方法count=2

• 我們從上面看到了_objc_method這個(gè)結(jié)構(gòu)體我們在搜索它的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)就是方法名字，方法類型，方法實(shí)現(xiàn)IMP

struct _objc_method {
    struct objc_selector * _cmd;
    const char *method_type;
    void  *_imp;
};

接著看類方法，搜索那個(gè)類方法變量，又看到如下代碼

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們定義的一個(gè)類方法,并且方法count=1

然后在看協(xié)議列表,發(fā)現(xiàn)如下代碼

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
};

可以看到包含著我們遵循的兩個(gè)協(xié)議NSCopying，NSCoding，但是看起來是兩個(gè)變量，再接著看這倆變量是啥

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
};

看到我們傳了協(xié)議名稱，還有方法列表變量，在看方法列表變量是啥

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}}
};

由上面看到了這個(gè)方法列表里有我們實(shí)現(xiàn)的copy方法，底層調(diào)用的是copyWithZone，和alloc類似調(diào)用的是allocWithZone

那么接下來在看看協(xié)議的結(jié)構(gòu)體如下，看起來也是一目了然

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;
};

接下來看屬性列表源碼

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"}}
};

確實(shí)看到了我們定義的兩個(gè)name，age屬性

由此我們得到結(jié)論就是

分類在編譯的時(shí)候?qū)⒎诸惖男畔⒋嬖趕truct _category_t中，那么怎么在程序運(yùn)行的時(shí)候是怎么加載到內(nèi)存中的呢，接下來看runtime的源碼

屏幕快照 2018-11-21 上午11.33.26.png

• 我們看到attachCategories如下源碼

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

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由此我們得到以下結(jié)論,Category的加載處理過程

1.通過Runtime加載某個(gè)類的所有Category數(shù)據(jù)
2.把所有Category的方法、屬性、協(xié)議數(shù)據(jù)，合并到一個(gè)大數(shù)組中
后面參與編譯的Category數(shù)據(jù)，會(huì)在數(shù)組的前面
3.將合并后的分類數(shù)據(jù)（方法、屬性、協(xié)議），插入到類原來數(shù)據(jù)的前面

屏幕快照 2018-11-21 下午1.35.32.png

上圖是Objc類對(duì)象，元類對(duì)象的底層結(jié)構(gòu)，而我們分類添加的方法是添加到class_rw_t的方法列表里，從上面分析的代碼可以看到訪問的是

auto rw = cls->data();
prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
rw->methods.attachLists(mlists, mcount);
所以calss_ro_t的baseMethodList不會(huì)改變

接下來驗(yàn)證同時(shí)用分類，和類擴(kuò)展添加屬性，然后在獲取屬性列表看看順序是啥樣

• 首先在LSPerson類擴(kuò)展里添加兩個(gè)屬性，分類里的name，age屬性不變

@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

• 打印屬性列表，使用此庫比較方便 DLIntrospection
• 可以看到打印一下結(jié)果證明

先是類本身的東西
然后編譯的時(shí)候把類擴(kuò)展的東西插在原來的前面
編譯的時(shí)候同時(shí)把分類的信息存放在category_t結(jié)構(gòu)體里
程序運(yùn)行的時(shí)候利用runtime把分類的信息繼續(xù)插在最前面
所以存放順序應(yīng)該是:
分類，類擴(kuò)展，本類信息

(
    "@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"
)