OC-關(guān)聯(lián)對(duì)象AssociatedObject

關(guān)聯(lián)對(duì)象

前言

我們都知道ARC環(huán)境下, 在一個(gè)類中聲明一個(gè)屬性@property (nonatomic, assign) int age;, 系統(tǒng)類似的幫我們生成如下代碼:

  1. 生成下劃線的成員變量
  2. 生成setter, getter方法的聲明
  3. 生成setter, getter方法的實(shí)現(xiàn)
@interface Person : NSObject
{
    int _age;
}

- (void)setAge:(int)age;
- (int)age;

@end


@implementation Person

- (void)setAge:(int)age
{
    _age = age;
}

- (int)age
{
    return _age;
}
@end

Category中添加屬性

在category中添加屬性, 系統(tǒng)只會(huì)做一件事情, 生成setter, getter方法的聲明.
我們知道category中不可以添加實(shí)例變量, 因?yàn)閏ategory是一個(gè)結(jié)構(gòu)體, 它只可以添加對(duì)象/類方法, 協(xié)議, 屬性

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;
};

如果要讓我們實(shí)現(xiàn)可以類似的可以添加實(shí)例變量的效果, 那該如何做呢?

  • 方式一: 使用全局字典

    因?yàn)槲覀兿胱宑ategory實(shí)現(xiàn)每一個(gè)person對(duì)象有一個(gè)實(shí)例變量的效果, 所以我們可以想到在全局創(chuàng)建一個(gè)可變字典, 每個(gè)person對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)例變量, 如下實(shí)現(xiàn):

    NSMutableDictionary *ages_;

@implementation Person (Test1)

+ (void)load {
    ages_ = [NSMutableDictionary dictionary];
}

- (void)setAge:(int)age
{
    NSString *key = [NSString stringWithFormat:@"%p", self];
    ages_[key] = @(age);
}

- (int)age {
    NSString *key = [NSString stringWithFormat:@"%p", self];
    return [ages_[key] intValue];
}

@end
    1. person對(duì)象的實(shí)例變量是存儲(chǔ)在person對(duì)象的內(nèi)部, 而這種實(shí)現(xiàn)方式, 將實(shí)例變量存在了全局字典中, 實(shí)例變量存儲(chǔ)的位置不同
    2. 因?yàn)槭侨值淖值? 所以存在線程安全的問題, 需要在setter方法中加鎖

  • 方式二: 使用關(guān)聯(lián)對(duì)象

    /**
    object: 需要關(guān)聯(lián)的對(duì)象
    key: 指針 類似于字典的key void *
    value: 關(guān)聯(lián)的值
    policy: 內(nèi)存策略
*/
objc_setAssociatedObject(<#id  _Nonnull object#>, <#const void * _Nonnull key#>, <#id  _Nullable value#>, <#objc_AssociationPolicy policy#>)

objc_getAssociatedObject(self, <#const void * _Nonnull key#>)

    內(nèi)存策略:

    objc_AssociationPolicy 對(duì)應(yīng)的修飾符
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN assign
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC strong, nonatomic
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC copy, nonatomic
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN strong, atomic
    OBJC_ASSOCIATION_COPY copy, atomic

  • key的定義方式一:

    static const void *ageKey = &ageKey;
- (void)setAge:(int)age
{
    objc_setAssociatedObject(self, ageKey, @(age), OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}

    因?yàn)閗ey類似于字典的key, 所以每個(gè)關(guān)聯(lián)的值的key是唯一的, 為了唯一性, 我們可以使用: static const void *ageKey = &ageKey; (ageKey這個(gè)指針變量存儲(chǔ)的是它自己這個(gè)變量的地址, 這樣寫可以保證如果有很多關(guān)聯(lián)的key的話, 可以確保每個(gè)key是唯一的)
    static修飾也可以防止其他文件用extern關(guān)鍵字獲取這個(gè)key
    static 保證這個(gè)全局變量只在內(nèi)部使用

    變量 內(nèi)存 值
    ageKey 0x10000 0x10000
    nameKey 0x10008 0x10008

  • key的定義方式二:

    //更加省事而且聲明的這個(gè)變量只占一個(gè)字節(jié) char
static const char ageKey;
- (void)setAge:(int)age
{
    objc_setAssociatedObject(self, &ageKey, @(age), OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}

  • key的定義方式三:
    知識(shí)點(diǎn): NSString的內(nèi)存分配

    // 使用@"age", NSString *str = @"age"; 字面量的字符串變量存儲(chǔ)在常量區(qū), 所以@"age", 所以兩個(gè)方法中的@"age"字符串的內(nèi)存地址都是一樣的. 
- (void)setAge:(int)age
{
    objc_setAssociatedObject(self, @"age", @(age), OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}

- (int)age {
    objc_getAssociatedObject(self, @"age")
}

  • key的定義方式四:

    - (void)setAge:(int)age
{
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(age), @(age), OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}

- (int)age {
    // _cmd表示當(dāng)前方法的@selector, _cmd == @selector(age)
    objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}
/*OC的編譯器在編譯后會(huì)在每個(gè)方法中加兩個(gè)隱藏的參數(shù):
一個(gè)是_cmd，當(dāng)前方法的一個(gè)SEL指針。
一個(gè)是self，指向當(dāng)前對(duì)象的一個(gè)指針
(id)self, (SEL)_cmd
*/
// 當(dāng)然使用@seletor(setAge:)等其他方法也可以

關(guān)聯(lián)對(duì)象的原理

實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)對(duì)象技術(shù)的核心對(duì)象有:
AssociationsManager
AssociationsHashMap
ObjectAssociationMap
ObjcAssociation
可以通過蘋果的開源代碼 objc4: objc-references.mm //引用

class AssociationsManager {
    static AssociationsHashMap *_map;
}

class AssociationsHashMap: public unordered_map<disguised_ptr_t, ObjectAssociationMap>

class ObjectAssociationMap: public std::map <void *, ObjcAssociation>

class ObjcAssociation {
    uintptr_t _policy;
    id _value;
}

舉例說明:

@implementation Person (Test)

- (void)setAge:(int)age
{
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(age), @(age), OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}

- (void)setName:(NSString *)name
{
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(name), name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

@end

上面的代碼給Person實(shí)例對(duì)象關(guān)聯(lián)的兩個(gè)值(age和name), 底層上是由全局的AssociationsManager管理, AssociationsManager中有一個(gè)AssociationsHashMap(字典), 其中以(姑且認(rèn)為)person為鍵, AssociationsHashMap(字典)為值. AssociationsHashMap(字典)中以關(guān)聯(lián)值傳入的key為鍵, 以ObjcAssociation對(duì)象為值, ObjcAssociation中包含內(nèi)存策略和value值

開源代碼如下:

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

void _object_set_associative_reference(id object, void *key, id value, uintptr_t policy) {
    // retain the new value (if any) outside the lock.
    ObjcAssociation old_association(0, nil);
    id new_value = value ? acquireValue(value, policy) : nil;
    {
        AssociationsManager manager;
        AssociationsHashMap &associations(manager.associations());
        // 傳入的對(duì)象object, 經(jīng)過DISGUISE(object)函數(shù), 進(jìn)行內(nèi)存操作, 作為key
        disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);
        if (new_value) { //如果
            // break any existing association.
            // 根據(jù)disguised_object, 找到該對(duì)象對(duì)應(yīng)的AssociationsHashMap
            AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);
            if (i != associations.end()) {
                // secondary table exists
                // 根據(jù)i->second找到ObjectAssociationMap的指針
                ObjectAssociationMap *refs = i->second;
                ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);
                if (j != refs->end()) {
                    //如果key有對(duì)應(yīng)的`ObjcAssociation`, 則替換
                    old_association = j->second;
                    j->second = ObjcAssociation(policy, new_value);
                } else {
                    (*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value);
                }
            } else { //如果key沒有對(duì)應(yīng)的`ObjcAssociation`, 則創(chuàng)建新的key, ObjcAssociation鍵值對(duì)
                // create the new association (first time).
                ObjectAssociationMap *refs = new ObjectAssociationMap;
                associations[disguised_object] = refs;
                (*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value);
                object->setHasAssociatedObjects();
            }
        } else {
            // setting the association to nil breaks the association.
            // 如果傳入的value為nil值
            AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);
            if (i !=  associations.end()) {
                ObjectAssociationMap *refs = i->second;
                ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);
                if (j != refs->end()) { //遍歷該對(duì)象對(duì)應(yīng)的字典中所有的ObjectAssociationMap, 進(jìn)行抹除操作
                    old_association = j->second;
                    refs->erase(j); // 抹除
                }
            }
        }
    }
    // release the old value (outside of the lock).
    if (old_association.hasValue()) ReleaseValue()(old_association);
}


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

id _object_get_associative_reference(id object, void *key) {
    id value = nil;
    uintptr_t policy = OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN;
    {
        AssociationsManager manager;
        AssociationsHashMap &associations(manager.associations());
        disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);
        AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);
        if (i != associations.end()) {
            ObjectAssociationMap *refs = i->second;
            ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);
            if (j != refs->end()) {
                ObjcAssociation &entry = j->second;
                value = entry.value();
                policy = entry.policy();
                if (policy & OBJC_ASSOCIATION_GETTER_RETAIN) {
                    objc_retain(value);
                }
            }
        }
    }
    if (value && (policy & OBJC_ASSOCIATION_GETTER_AUTORELEASE)) {
        objc_autorelease(value);
    }
    return value;
}

總結(jié):

1.關(guān)聯(lián)對(duì)象并不是存儲(chǔ)在被關(guān)聯(lián)對(duì)象本身內(nèi)存中
2.關(guān)聯(lián)對(duì)象存儲(chǔ)在全局的統(tǒng)一的一個(gè)AssociationsManager中
3.設(shè)置關(guān)聯(lián)對(duì)象為nil, 就相當(dāng)于移除關(guān)聯(lián)對(duì)象
4.移除某個(gè)對(duì)象上的所有的關(guān)聯(lián)對(duì)象 void objc_removeAssociatedObjects(id object)
5.如果某個(gè)person對(duì)象被銷毀了, 則這個(gè)person對(duì)象所對(duì)應(yīng)的ObjectAssociationMap字典也會(huì)被銷毀
6.因?yàn)閮?nèi)存策略(objc_AssociationPolicy)中沒有weak,

    Person *p = [[Person alloc] init];
        
    {
        Person *tmp = [[Person alloc] init];
        objc_setAssociatedObject(p, @"tmp", tmp, OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
    }
    NSLog(@"%@", objc_getAssociatedObject(p, @"tmp"));
    // 上面代碼會(huì)報(bào)錯(cuò)誤 EXC_BAD_ACCESS, 壞內(nèi)存地址訪問, 因?yàn)槭褂玫氖荗BJC_ASSOCIATION_ASSIGN的內(nèi)存策略, 出了大括號(hào)tmp對(duì)象釋放

如何設(shè)置關(guān)聯(lián)值的時(shí)候使用weak策略呢?
iOS weak 關(guān)鍵字漫談

方式一: 使用block包裹

- (void)setContext:(CDDContext*)object {
    id __weak weakObject = object;
    id (^block)() = ^{ return weakObject; };
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(context), block, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}

- (CDDContext*)context {
    id (^block)() = objc_getAssociatedObject(self, @selector(context));
    id curContext = (block ? block() : nil);
    return curContext;
}

方式二: 使用對(duì)象包裹

新建一個(gè)類，用于包裹weak對(duì)象
@interface GYCatagoryWeakWrapper : NSObject
@property (nonatomic, weak) id weakObj;
@end

@implementation GYCatagoryWeakWrapper
@end

在Catagory中使用
- (void)setWeakCurrentVC {
    GYCatagoryWeakWrapper *wrapper = [[GYCatagoryWeakWrapper alloc] init];
    wrapper.weakObj = [self getCurrentVC];
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(getWeakCurrentVC), wrapper, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
- (id)getWeakCurrentVC {
    GYCatagoryWeakWrapper *wrapper = objc_getAssociatedObject(self, @selector(getWeakCurrentVC));
    return wrapper.weakObj;
}
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