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準(zhǔn)備工作

新建一個(gè)命令行工程；
新建一個(gè)YYPerson類，定義一個(gè)walk方法；
新建一個(gè)YYPerson+Test分類，定義一個(gè)test方法；
新建一個(gè)YYPerson_Eat分類，定義一個(gè)eat方法；
然后cd 到文件路徑下，執(zhí)行xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc YYPerson+Test.m，經(jīng)過編譯，會(huì)生成一個(gè)YYPerson+Test.cpp文件，在此文件中我們看到_category_t的結(jié)構(gòu)體定義如下：

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;
};

YYPerson+Test分類在編譯期會(huì)生成一個(gè)_category_t結(jié)構(gòu)體，如下所示：

static struct _category_t _OBJC_$_CATEGORY_YYPerson_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = 
{
    "YYPerson",
    0, // &OBJC_CLASS_$_YYPerson,
    (const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_YYPerson_$_Test,
    0,
    0,
    0,
};

主類YYPerson會(huì)賦值給_category結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)成員；
_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_YYPerson_的定義如下：

static struct /*_method_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
    unsigned int method_count;
    struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_YYPerson_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_objc_method),
    1,
    {{(struct objc_selector *)"test", "v16@0:8", (void *)_I_YYPerson_Test_test}}
};

看到了test方法，最終會(huì)賦值到_category結(jié)構(gòu)體的第四個(gè)成員_method_list_t *instance_methods實(shí)例方法列表中；
表明YYPerson+Test文件，在編譯期時(shí)是生成一個(gè)_category結(jié)構(gòu)體，所有數(shù)據(jù)都存放在這個(gè)結(jié)構(gòu)體中，并沒有合并到主類YYPerson中，合并的操作是在運(yùn)行時(shí)，不在編譯期

分類的底層結(jié)構(gòu)體

在objc源碼工程中全局搜索category_t，可以看到分類的結(jié)構(gòu)體定義如下所示：

struct category_t {
    const char *name;
    classref_t cls;
    struct method_list_t *instanceMethods;
    struct method_list_t *classMethods;
    struct protocol_list_t *protocols;
    struct property_list_t *instanceProperties;
    // Fields below this point are not always present on disk.
    struct property_list_t *_classProperties;

    method_list_t *methodsForMeta(bool isMeta) {
        if (isMeta) return classMethods;
        else return instanceMethods;
    }

    property_list_t *propertiesForMeta(bool isMeta, struct header_info *hi);
    
    protocol_list_t *protocolsForMeta(bool isMeta) {
        if (isMeta) return nullptr;
        else return protocols;
    }
};

分類category在底層是category_t結(jié)構(gòu)體；
存在name與cls兩個(gè)屬性；
有兩個(gè)method_list_t類型的結(jié)構(gòu)體屬性分別表示分類中實(shí)現(xiàn)的實(shí)例方法+類方法；
一個(gè)protocol_list_t類型的協(xié)議列表，表示分類中實(shí)現(xiàn)的協(xié)議；
一個(gè)property_list_t類型的屬性列表，表示分類中定義的屬性，一般在分類中添加的屬性都是通過關(guān)聯(lián)對(duì)象來實(shí)現(xiàn)；
注意在分類中的屬性是沒有set、get方法。

分類的加載機(jī)制

準(zhǔn)備工作一：主類YYCat，新建兩個(gè)分類YYCat (Add_One)與YYCat (Add_Two)

Snip20210309_18.png

準(zhǔn)備工作二：為了方便調(diào)試源碼工程，我們?cè)?code>readClass,realizeClassWithoutSwift,methodizeClass,attachToClass,attachCategories中都加入了以下的測(cè)試代碼；

    //測(cè)試代碼
    const char *mangledName  = cls->mangledName();
    const char *YYCatName = "YYCat";
    if (strcmp(mangledName, YYCatName) == 0) {
        bool kc_isMeta = cls->isMetaClass();
        auto kc_rw = cls->data();
        auto kc_ro = kc_rw->ro();
        if (!kc_isMeta) {
            printf("%s: 定位到 %s \n",__func__,YYCatName);
        }
    }

在 iOS底層系列16 -- 類的加載文章中探索了類的加載機(jī)制，其中methodizeClass函數(shù)關(guān)于類的數(shù)據(jù)加載與分類的數(shù)據(jù)加載是分開進(jìn)行的。

Snip20210309_19.png

Snip20210309_20.png

可以看到分類category是通過調(diào)用attatchToClass添加到類class的，然后才能在外界進(jìn)行使用，主要分為以下幾個(gè)步驟：
- 分類數(shù)據(jù)加載時(shí)機(jī)是根據(jù)類和分類是否實(shí)現(xiàn)load方法來區(qū)分不同的時(shí)機(jī)；
- attachCategories準(zhǔn)備分類數(shù)據(jù)；
- attachLists將分類數(shù)據(jù)添加到主類中；

探索分類的加載時(shí)機(jī)

【當(dāng)主類與分類均實(shí)現(xiàn)load類方法時(shí)】

attachCategories源碼實(shí)現(xiàn)如下：

static void
attachCategories(Class cls, const locstamped_category_t *cats_list, uint32_t cats_count,
                 int flags)
{
    if (slowpath(PrintReplacedMethods)) {
        printReplacements(cls, cats_list, cats_count);
    }
    if (slowpath(PrintConnecting)) {
        _objc_inform("CLASS: attaching %d categories to%s class '%s'%s",
                     cats_count, (flags & ATTACH_EXISTING) ? " existing" : "",
                     cls->nameForLogging(), (flags & ATTACH_METACLASS) ? " (meta)" : "");
    }

    /*
     * Only a few classes have more than 64 categories during launch.
     * This uses a little stack, and avoids malloc.
     *
     * Categories must be added in the proper order, which is back
     * to front. To do that with the chunking, we iterate cats_list
     * from front to back, build up the local buffers backwards,
     * and call attachLists on the chunks. attachLists prepends the
     * lists, so the final result is in the expected order.
     */
    constexpr uint32_t ATTACH_BUFSIZ = 64;
    method_list_t   *mlists[ATTACH_BUFSIZ];
    property_list_t *proplists[ATTACH_BUFSIZ];
    protocol_list_t *protolists[ATTACH_BUFSIZ];

    //測(cè)試代碼
    const char *mangledName  = cls->mangledName();
    const char *YYCatName = "YYCat";
    if (strcmp(mangledName, YYCatName) == 0) {
        bool kc_isMeta = cls->isMetaClass();
        auto kc_rw = cls->data();
        auto kc_ro = kc_rw->ro();
        if (!kc_isMeta) {
            printf("%s: 定位到 %s \n",__func__,YYCatName);
        }
    }

    uint32_t mcount = 0;
    uint32_t propcount = 0;
    uint32_t protocount = 0;
    bool fromBundle = NO;
    bool isMeta = (flags & ATTACH_METACLASS);
    //創(chuàng)建class_rwe_t結(jié)構(gòu)體
    auto rwe = cls->data()->extAllocIfNeeded();
    for (uint32_t i = 0; i < cats_count; i++) {
        auto& entry = cats_list[I];
        method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
        if (mlist) {
            if (mcount == ATTACH_BUFSIZ) {
                prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
                rwe->methods.attachLists(mlists, mcount);
                mcount = 0;
            }
            mlists[ATTACH_BUFSIZ - ++mcount] = mlist;
            fromBundle |= entry.hi->isBundle();
        }

        property_list_t *proplist =
            entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);
        if (proplist) {
            if (propcount == ATTACH_BUFSIZ) {
                rwe->properties.attachLists(proplists, propcount);
                propcount = 0;
            }
            proplists[ATTACH_BUFSIZ - ++propcount] = proplist;
        }

        protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocolsForMeta(isMeta);
        if (protolist) {
            if (protocount == ATTACH_BUFSIZ) {
                rwe->protocols.attachLists(protolists, protocount);
                protocount = 0;
            }
            protolists[ATTACH_BUFSIZ - ++protocount] = protolist;
        }
    }
    if (mcount > 0) {
        prepareMethodLists(cls, mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount, NO, fromBundle);
        rwe->methods.attachLists(mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount);
        if (flags & ATTACH_EXISTING) flushCaches(cls);
    }
    rwe->properties.attachLists(proplists + ATTACH_BUFSIZ - propcount, propcount);
    rwe->protocols.attachLists(protolists + ATTACH_BUFSIZ - protocount, protocount);
}

直接在attachCategories函數(shù)內(nèi)部加入測(cè)試代碼并打下斷點(diǎn)，當(dāng)斷點(diǎn)停住時(shí)，在LLDB控制臺(tái)輸入bt，打印函數(shù)調(diào)用堆棧如下所示：

Snip20210309_21.png

由于map_images在load_images之前調(diào)用，那么map_images函數(shù)中關(guān)于分類信息加載的調(diào)用鏈為：map_images --> map_images_nolock --> _read_images --> readClass --> _getObjc2NonlazyClassList(非懶加載類) --> realizeClassWithoutSwift(實(shí)現(xiàn)類即加載類信息) --> methodizeClass(方法類化) --> attachToClass->attachCategories
在map_images的調(diào)用鏈中，在attachToClass函數(shù)內(nèi)部，去獲取分類數(shù)據(jù)auto it = map.find(previously)，分類數(shù)據(jù)是空的，所以不會(huì)調(diào)用attachCategories函數(shù)，加載分類數(shù)據(jù)延遲到load_images函數(shù)中了，在methodizeClass會(huì)將主類的data數(shù)據(jù)賦值給class_rw_ext_t；

image.png

在load_images函數(shù)中分類加載的函數(shù)調(diào)用鏈為：load_images --> loadAllCategories --> load_categories_nolock --> attachCategories
在attachCategories函數(shù)中將分類的data數(shù)據(jù)賦值給class_rw_ext_t；
當(dāng)斷點(diǎn)停在attachCategories函數(shù)中的如下代碼行時(shí)：

Snip20210309_29.png

前后兩次打印的結(jié)果如下：

Snip20210309_27.png

可以看到加載的兩個(gè)分類的詳細(xì)信息；
當(dāng)?shù)谝淮渭虞d主類的一個(gè)分類(YYCat (Add_One))時(shí)，需要開辟rwe內(nèi)存，第二次再加載另一個(gè)分類(YYCat (Add_Two))，就不需要再開辟rwe內(nèi)存了，先前已經(jīng)創(chuàng)建了，直接將第二次加載的分類信息寫入rwe中即可；

Snip20210309_28.png

類與分類的搭配使用

主要是看是否實(shí)現(xiàn)了load類方法，兩兩組合總共有四種情況如下所示：

Snip20210309_30.png

【第一種：非懶加載類與非懶加載分類】

即主類與分類都實(shí)現(xiàn)了load方法，且外界向主類發(fā)送消息，邏輯流程上面已經(jīng)探討過了，現(xiàn)做如下總結(jié)：
map_images中的調(diào)用鏈：map_images --> map_images_nolock --> _read_images --> readClass --> _getObjc2NonlazyClassList(非懶加載類) --> realizeClassWithoutSwift(實(shí)現(xiàn)類即加載類信息) --> methodizeClass(方法類化) --> attachToClass --> attachCategories；
在map_images的調(diào)用鏈中，在attachToClass函數(shù)內(nèi)部，去獲取分類數(shù)據(jù)auto it = map.find(previously)，分類數(shù)據(jù)是空的，所以不會(huì)調(diào)用attachCategories函數(shù)，加載分類數(shù)據(jù)延遲到load_images函數(shù)中了，在methodizeClass會(huì)將主類的data數(shù)據(jù)賦值給class_rw_ext_t；
在load_images函數(shù)中分類加載的函數(shù)調(diào)用鏈為：load_images --> loadAllCategories --> load_categories_nolock --> attachCategories
在attachCategories函數(shù)中將分類的data數(shù)據(jù)賦值給class_rw_ext_t；

【第二種：非懶加載類與懶加載分類】

即主類實(shí)現(xiàn)load方法，分類沒有實(shí)現(xiàn)load方法，且外界沒有調(diào)用主類發(fā)送消息
當(dāng)斷點(diǎn)停在realizeClassWithoutSwift函數(shù)內(nèi)部的測(cè)試代碼行時(shí)，函數(shù)調(diào)用堆棧為map_images->map_images_nolock->read_images->realizeClassWithoutSwift，LLDB調(diào)試圖下所示：

Snip20210309_36.png

Snip20210309_35.png

可以看出class_ro_t中方法的存儲(chǔ)順序?yàn)椋?code>YYCat (Add_Two) --> YYCat (Add_One) --> YYCat；
class_ro_t中已經(jīng)包含了分類的方法信息，即在編譯期時(shí)類與分類的data數(shù)據(jù)就已經(jīng)合并了；
放開當(dāng)前斷點(diǎn)，進(jìn)入methodizeClass函數(shù)，打下斷點(diǎn)如下：

Snip20210309_37.png

當(dāng)斷點(diǎn)停止1436行時(shí)，LLDB調(diào)試如下：

Snip20210309_38.png

Snip20210309_39.png

跟上面的打印結(jié)果一致；
過掉當(dāng)前斷點(diǎn)來到prepareMethodLists函數(shù) 打下斷點(diǎn)如下：

Snip20210309_40.png

當(dāng)斷點(diǎn)停在所在行，LLDB調(diào)試如下：

Snip20210309_41.png

過掉當(dāng)前斷點(diǎn)來到fixupMethodList函數(shù)，打下斷點(diǎn)如下：

Snip20210310_42.png

當(dāng)斷點(diǎn)停在1218行時(shí)，LLDB調(diào)試如下：

Snip20210310_44.png

與排序之前的方法順序進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)排序之后的方法順序確實(shí)發(fā)生了變化；
總結(jié)：
- 在編譯期時(shí)，類的class_ro_t中就已經(jīng)存在類與分類的data數(shù)據(jù)；
- 在運(yùn)行時(shí)，在methodizeClass函數(shù)中，將類與分類的data數(shù)據(jù)賦值給class_rw_ext_t；

【第三種：懶加載類與懶加載分類】

即主類與分類都沒有實(shí)現(xiàn)load類方法；
當(dāng)外界沒有向主類發(fā)送消息時(shí)，在map_images流程中只執(zhí)行了readClass 只加載了class的地址和名稱，并沒有實(shí)現(xiàn)類即沒有調(diào)用realizeClassWithoutSwift函數(shù)，當(dāng)程序執(zhí)行到readClass內(nèi)部時(shí)，斷點(diǎn)斷住，LLDB調(diào)試結(jié)果如下：

Snip20210310_47.png

在編譯期時(shí)，類的class_ro_t中就已經(jīng)存在類與分類的data數(shù)據(jù)；
接下來在外界向主類發(fā)送消息，YYPerson *person = [[YYPerson alloc]init]，LLDB調(diào)試結(jié)果如下：

Snip20210310_48.png

發(fā)送alloc消息，接著進(jìn)入了消息的慢速查找流程，然后進(jìn)入實(shí)現(xiàn)類的流程，最后進(jìn)入methodizeClass函數(shù)，實(shí)現(xiàn)將類與分類的data數(shù)據(jù)賦值給class_rw_ext_t；
總結(jié)：
- 在編譯期時(shí)，類的class_ro_t中就已經(jīng)存在類與分類的data數(shù)據(jù)；
- 第一次給主類發(fā)送消息時(shí)，首先會(huì)進(jìn)入消息的慢速查找流程，然后進(jìn)入實(shí)現(xiàn)類的流程，最后進(jìn)去methodizeClass函數(shù)，實(shí)現(xiàn)將類與分類的data數(shù)據(jù)賦值給class_rw_ext_t；

【第四種：懶加載類與非懶加載分類】

即主類沒有實(shí)現(xiàn)load類方法，分類實(shí)現(xiàn)了load類方法；
當(dāng)程序執(zhí)行到readClass內(nèi)部時(shí)斷點(diǎn)斷住，LLDB調(diào)試如下：

Snip20210310_49.png

在class_ro_t中只有主類的data數(shù)據(jù)，并沒有分類的data數(shù)據(jù)，說明在編譯期時(shí)，分類的數(shù)據(jù)并沒有合并到主類中；
過掉斷點(diǎn)，在attachCategories函數(shù)內(nèi)部斷住，LLDB調(diào)試如下：

Snip20210310_50.png

函數(shù)調(diào)用堆棧為load_images->prepare_load_methods在prepare_load_methods中會(huì)調(diào)用_getObjc2NonlazyCategoryList函數(shù)去獲取所有非懶加載分類，通過分類category獲取對(duì)應(yīng)的主類Class cls = remapClass(cat->cls)，然后進(jìn)入實(shí)現(xiàn)主類的流程realizeClassWithoutSwift，最后進(jìn)去methodizeClass函數(shù)，實(shí)現(xiàn)將類與分類的data數(shù)據(jù)賦值給class_rw_ext_t；
最終總結(jié)如下圖所示：

image.png

class_加載.png

load類方法的調(diào)用順序

首先調(diào)用所有類的load方法；
- 按照編譯順序調(diào)用，先編譯的類，先調(diào)用；
- 在調(diào)用當(dāng)前類的load方法之前，會(huì)先調(diào)用父類的load方法；
然后調(diào)用所有分類的load方法；
- 按照編譯順序調(diào)用，先編譯的分類，先調(diào)用；
- 分類不存在繼承的情況；

initlization方法

在類第一次接收到消息時(shí)調(diào)用；
先調(diào)用父類的initlization方法，再調(diào)用子類的initlization方法；
若子類沒有實(shí)現(xiàn)initlization方法，會(huì)調(diào)用父類的initlization方法，所以父類的initlization方法可能會(huì)被調(diào)用多次；
如果分類實(shí)現(xiàn)了initlization方法，會(huì)優(yōu)先調(diào)用分類的initlization方法；

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iOS底層系列17 -- 分類的加載機(jī)制

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準(zhǔn)備工作

分類的底層結(jié)構(gòu)體

分類的加載機(jī)制

探索分類的加載時(shí)機(jī)

【當(dāng)主類與分類均實(shí)現(xiàn)load類方法時(shí)】

類與分類的搭配使用

【第一種：非懶加載類與非懶加載分類】

【第二種：非懶加載類與懶加載分類】

【第三種：懶加載類與懶加載分類】

【第四種：懶加載類與非懶加載分類】

load類方法的調(diào)用順序

initlization方法

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分類的底層結(jié)構(gòu)體

分類的加載機(jī)制

探索分類的加載時(shí)機(jī)

【當(dāng)主類與分類均實(shí)現(xiàn)load類方法時(shí)】

類與分類的搭配使用

【第一種：非懶加載類 與 非懶加載分類】

【第二種：非懶加載類 與 懶加載分類】

【第三種：懶加載類 與 懶加載分類】

【第四種：懶加載類 與 非懶加載分類】

load類方法的調(diào)用順序

initlization方法

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【第一種：非懶加載類與非懶加載分類】

【第二種：非懶加載類與懶加載分類】

【第三種：懶加載類與懶加載分類】

【第四種：懶加載類與非懶加載分類】