在Objective-C中，Category（分類）是一種為已有類動(dòng)態(tài)添加方法、屬性、協(xié)議的機(jī)制，無(wú)需修改原類的源碼，也無(wú)需創(chuàng)建子類。其底層實(shí)現(xiàn)依賴于編譯期的結(jié)構(gòu)體定義和運(yùn)行時(shí)（Runtime）的動(dòng)態(tài)合并邏輯，核心原理可從編譯期結(jié)構(gòu)和運(yùn)行時(shí)加載兩個(gè)階段解析。
一、編譯期：Category的底層結(jié)構(gòu)
編譯時(shí)，每個(gè)Category會(huì)被編譯器轉(zhuǎn)換為一個(gè)名為category_t的結(jié)構(gòu)體（定義在Objective-C Runtime源碼的objc-runtime-new.h中），存儲(chǔ)分類的核心信息。簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)如下：
struct category_t {
const char *name; // 所屬類的類名（如"UIViewController"）
classref_t cls; // 所屬類的指針（編譯時(shí)為NULL，運(yùn)行時(shí)綁定）
struct method_list_t *instanceMethods; // 實(shí)例方法列表（分類中定義的-方法）
struct method_list_t *classMethods; // 類方法列表（分類中定義的+方法）
struct protocol_list_t *protocols; // 分類實(shí)現(xiàn)的協(xié)議列表
struct property_list_t *instanceProperties; // 分類中聲明的屬性列表
// ... 其他字段（如版本信息）
};
-
關(guān)鍵字段說(shuō)明：
-
name：標(biāo)識(shí)該分類屬于哪個(gè)類（如為UIViewController添加分類，name就是"UIViewController"）。 -
instanceMethods/classMethods：分別存儲(chǔ)分類中定義的實(shí)例方法和類方法（方法列表是method_t結(jié)構(gòu)體的數(shù)組，每個(gè)method_t包含方法名、實(shí)現(xiàn)、類型編碼等）。 -
instanceProperties：存儲(chǔ)分類中聲明的屬性（僅包含屬性名、類型等元信息，不包含實(shí)例變量，這也是分類不能直接添加實(shí)例變量的原因）。 -
protocols：存儲(chǔ)分類實(shí)現(xiàn)的協(xié)議，用于運(yùn)行時(shí)將協(xié)議添加到原類中。
-
二、運(yùn)行時(shí)：Category與原類的合并
Category的核心功能（為原類添加方法/屬性/協(xié)議）并非在編譯期完成，而是在程序啟動(dòng)時(shí)（runtime初始化階段） 通過(guò)Runtime的邏輯動(dòng)態(tài)合并到原類中。具體流程如下：
1. 加載所有Category
程序啟動(dòng)時(shí)，Runtime會(huì)加載可執(zhí)行文件（Mach-O）和所有依賴的動(dòng)態(tài)庫(kù)，通過(guò)_read_images函數(shù)（負(fù)責(zé)加載類和分類的核心函數(shù)）掃描其中的__DATA段，找到所有category_t結(jié)構(gòu)體（編譯時(shí)會(huì)被存放在這里）。
2. 綁定Category到原類
對(duì)于每個(gè)category_t，Runtime會(huì)根據(jù)其name字段找到對(duì)應(yīng)的原類（cls字段此時(shí)被賦值為原類的指針）。例如，name為"UIViewController"的分類，會(huì)綁定到UIViewController類。
3. 合并方法/屬性/協(xié)議到原類
Runtime通過(guò)attachCategories函數(shù)，將Category中的方法、屬性、協(xié)議合并到原類的對(duì)應(yīng)列表中，核心邏輯如下：
（1）方法合并（最核心）
實(shí)例方法：合并到原類的
class_rw_t結(jié)構(gòu)體的methods列表中（class_rw_t是類的“可讀寫數(shù)據(jù)”，包含方法、屬性、協(xié)議等動(dòng)態(tài)信息）。類方法：合并到原類的元類（meta-class） 的
class_rw_t的methods列表中（因?yàn)轭惙椒ū举|(zhì)是元類的實(shí)例方法）。-
合并規(guī)則：
Category的方法會(huì)被插入到原類方法列表的前面（而非替換）。這意味著：- 若Category與原類有同名方法，調(diào)用時(shí)會(huì)優(yōu)先執(zhí)行Category的方法（因?yàn)椴檎曳椒〞r(shí)從列表頭部開始，找到第一個(gè)匹配的就返回）；
- 原類的方法并未被刪除，只是被“隱藏”（可通過(guò)Runtime的
class_getInstanceMethod強(qiáng)制獲取原類方法）。
示例：原類
A有方法-foo，分類A+Test也有-foo，合并后A的方法列表為[A+Test的-foo, A的-foo]，調(diào)用[A new] foo時(shí)執(zhí)行分類的實(shí)現(xiàn)。
（2）屬性合并
Category中聲明的屬性（如@property (nonatomic, copy) NSString *test;）會(huì)被合并到原類的class_rw_t的properties列表中，但不會(huì)自動(dòng)生成實(shí)例變量（ivar）和setter/getter實(shí)現(xiàn)。
- 若需讓屬性生效，需手動(dòng)實(shí)現(xiàn)setter/getter（或通過(guò)
@dynamic延遲實(shí)現(xiàn)），或通過(guò)關(guān)聯(lián)對(duì)象（Associated Objects） 模擬實(shí)例變量存儲(chǔ)（如objc_setAssociatedObject）。
（3）協(xié)議合并
Category實(shí)現(xiàn)的協(xié)議會(huì)被合并到原類的class_rw_t的protocols列表中，效果等同于原類直接實(shí)現(xiàn)了這些協(xié)議（可通過(guò)class_conformsToProtocol檢測(cè)）。
4. 多個(gè)Category的優(yōu)先級(jí)
若多個(gè)Category為同一類添加了同名方法，最終調(diào)用哪個(gè)取決于編譯順序：
- Xcode中，編譯順序在
Target > Build Phases > Compile Sources中定義，最后編譯的Category的方法會(huì)被插入到方法列表的最前面，因此會(huì)被優(yōu)先調(diào)用。
三、為什么Category不能添加實(shí)例變量？
實(shí)例變量（ivar）的內(nèi)存布局在編譯期就已確定（存儲(chǔ)在類的class_ro_t結(jié)構(gòu)體的ivars中，class_ro_t是類的“只讀數(shù)據(jù)”，編譯后不可修改）。
而Category是在運(yùn)行時(shí)才被加載并合并到原類中，此時(shí)原類的內(nèi)存布局已固定，無(wú)法動(dòng)態(tài)擴(kuò)展ivars的內(nèi)存空間，因此不能直接添加實(shí)例變量。
若需“模擬”添加變量，需通過(guò)Runtime的關(guān)聯(lián)對(duì)象（Associated Objects） 機(jī)制，將變量存儲(chǔ)在一個(gè)全局哈希表中，與原類實(shí)例綁定（本質(zhì)并非真正的實(shí)例變量）。
四、Category與Class Extension的區(qū)別
常有人混淆兩者，核心差異在于合并時(shí)機(jī)和功能范圍：
| 特性 | Category（分類） | Class Extension（類擴(kuò)展） |
|---|---|---|
| 合并時(shí)機(jī) | 運(yùn)行時(shí)（動(dòng)態(tài)合并） | 編譯期（與原類一起編譯） |
| 能否添加實(shí)例變量 | 不能（需用關(guān)聯(lián)對(duì)象模擬） | 能（直接聲明@private等變量） |
| 能否添加方法 | 能（實(shí)例方法/類方法） | 能（通常用于擴(kuò)展私有方法） |
| 能否聲明屬性 | 能（但需手動(dòng)實(shí)現(xiàn)setter/getter） | 能（編譯器自動(dòng)生成setter/getter） |
| 文件名規(guī)范 | 原類名+分類名（如A+Test.h） |
通常在原類.m中定義（無(wú)單獨(dú)文件） |
總結(jié)
Category的底層原理可概括為：
- 編譯期：被打包為
category_t結(jié)構(gòu)體，存儲(chǔ)方法、屬性、協(xié)議等信息； - 運(yùn)行時(shí)：Runtime通過(guò)
attachCategories函數(shù)將其內(nèi)容合并到原類（實(shí)例方法到類，類方法到元類），且Category的方法優(yōu)先級(jí)高于原類同名方法； - 限制：因類的內(nèi)存布局編譯期固定，無(wú)法添加實(shí)例變量，需通過(guò)關(guān)聯(lián)對(duì)象模擬。
這一機(jī)制使得Objective-C具備了靈活的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展能力，也是iOS開發(fā)中“無(wú)侵入式擴(kuò)展”的核心實(shí)現(xiàn)方式。
