Category在平時的工作中也是經(jīng)常用到，是開發(fā)中不可缺少的一個利器，簡單介紹。

優(yōu)點(diǎn)：

不需要通過增加子類而增加現(xiàn)有類的行為(方法),且分類中的方法與原始類方法基本沒有區(qū)別;在日常開發(fā)中通過分類可以將龐大一個類的方法按照功能模塊進(jìn)行劃分,從而便于代碼的日后的維護(hù)、更新以及提高代碼的閱讀性

缺點(diǎn)：

1.無法向類目添加實(shí)例變量,如果需要添加實(shí)例變量,只能通過定義子類的方式。
2.類目中的方法與原始類以及父類方法相比具有更高優(yōu)先級,如果覆蓋父類的方法,可能導(dǎo)致super消息的斷裂。因此,最好不要覆蓋原始類中的方法。

底層探索：

寫一段代碼，新建Presen類 然后為Presen增加兩個分類，分別是Presen+Text，Preson+Eat，代碼如下

Presen類 
// Presen.h
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Preson : NSObject
{
    int _age;
}
- (void)text;
@end

// Presen.m
#import "Preson.h"
@implementation Preson
- (void) text
{
    NSLog(@"Person - text");
}
@end

Presen擴(kuò)展1
// Presen+Test.h
#import "Preson.h"
@interface Preson (Test) <NSCopying>
- (void)test;
+ (void)test2;
@end

// Presen+Test.m
#import "Preson+Test.h"
@implementation Preson (Test)
- (void)test
{
}
+ (void)test2
{
}
@end

Presen分類2
// Preson+Eat.h
#import "Preson.h"
@interface Preson (Eat)
@end

// Preson+Eat.m
#import "Preson+Eat.h"
@implementation Preson (Test2)
- (void)text
{
    NSLog(@"Person (Test2) - text");
}
@end

iOS OC對象的本質(zhì)窺探講到過實(shí)例對象的isa指針指向類對象，類對象的isa指針指向元類對象，當(dāng)p調(diào)用text方法時，通過實(shí)例對象的isa指針找到類對象，然后在類對象中查找對象方法，如果沒有找到，就通過類對象的superclass指針找到父類對象，接著去尋找text方法。

那么當(dāng)調(diào)用分類的方法時，步驟是否和調(diào)用對象方法一樣呢？
分類中的對象方法依然是存儲在類對象中的，同本類對象方法在同一個地方，調(diào)用步驟也同調(diào)用對象方法一樣。如果是類方法的話，也同樣是存儲在元類對象中。
那么分類方法是如何存儲在類對象中的? 如果一個類含有多個分類那么存儲順序是怎么樣的呢？我們來通過源碼看一下分類的底層結(jié)構(gòu)。
源碼下載地址

分類的底層結(jié)構(gòu)

通過查看分類的源碼我們可以找到category_t 結(jié)構(gòu)體。

struct category_t {
    const char *name;
    classref_t cls;
    struct method_list_t *instanceMethods; // 對象方法
    struct method_list_t *classMethods; // 類方法
    struct protocol_list_t *protocols; // 協(xié)議
    struct property_list_t *instanceProperties; // 屬性
    // 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);
};

從源碼基本可以看出我們平時使用categroy的方式，對象方法，類方法，協(xié)議，和屬性都可以找到對應(yīng)的存儲方式。并且我們發(fā)現(xiàn)分類結(jié)構(gòu)體中是不存在成員變量的，因此分類中是不允許添加成員變量的。分類中添加的屬性并不會幫助我們自動生成成員變量，只會生成get set方法的聲明，需要我們自己去實(shí)現(xiàn)。

通過源碼我們發(fā)現(xiàn)，分類的方法，協(xié)議，屬性等好像確實(shí)是存放在categroy結(jié)構(gòu)體里面的，那么他又是如何存儲在類對象中的呢？
我們來看一下底層的內(nèi)部方法探尋其中的原理。
首先我們通過命令行將Preson+Test.m文件轉(zhuǎn)化為c++文件，查看其中的編譯過程。

Preson+Test轉(zhuǎn)化成c++文件結(jié)構(gòu)體.png

往下尋找，我們可以看到_method_list_t類型的結(jié)構(gòu)體，如下圖所示

對象方法列表結(jié)構(gòu)體.png

接下來我們發(fā)現(xiàn)同樣的_method_list_t類型的類方法結(jié)構(gòu)體，如下圖所示

類方法列表

Preson+Test轉(zhuǎn)化成c++文件結(jié)構(gòu)體.png

企業(yè)微信截圖_80cfebb9-8d90-4f00-b818-70ccbbf534ed.png

上下兩張圖一一對應(yīng)，并且我們看到定義_class_t類型的OBJC_CLASS_$_Preson結(jié)構(gòu)體，最后將_OBJC_$_CATEGORY_Preson_$_Test的cls指針指向OBJC_CLASS_$_Preson結(jié)構(gòu)體地址。我們這里可以看出，cls指針指向的應(yīng)該是分類的主類類對象的地址。

通過以上分析我們發(fā)現(xiàn)。分類源碼中確實(shí)是將我們定義的對象方法，類方法，屬性等都存放在catagory_t結(jié)構(gòu)體中。接下來我們在回到runtime源碼查看catagory_t存儲的方法，屬性，協(xié)議等是如何存儲在類對象中的。

首先來到runtime初始化函數(shù)

runtime初始化函數(shù).png

Discover categories代碼.png

從上述代碼中我們可以知道這段代碼是用來查找有沒有分類的。通過_getObjc2CategoryList函數(shù)獲取到分類列表之后，進(jìn)行遍歷，獲取其中的方法，協(xié)議，屬性等?？梢钥吹阶罱K都調(diào)用了remethodizeClass(cls);函數(shù)。我們來到remethodizeClass(cls);函數(shù)內(nèi)部查看。

remethodizeClass函數(shù)內(nèi)部.png

來到attachCategories函數(shù)內(nèi)部。

attachCategories函數(shù)內(nèi)部實(shí)現(xiàn).png

下面來看一下attachLists函數(shù)內(nèi)部。

attachLists函數(shù)內(nèi)部.png

attachLists函數(shù)中最重要的兩個方法為memmove內(nèi)存移動和memcpy內(nèi)存拷貝。我們先來分別看一下這兩個函數(shù)

// memmove ：內(nèi)存移動。
/*  __dst : 移動內(nèi)存的目的地
*   __src : 被移動的內(nèi)存首地址
*   __len : 被移動的內(nèi)存長度
*   將__src的內(nèi)存移動__len塊內(nèi)存到__dst中
*/
void    *memmove(void *__dst, const void *__src, size_t __len);

// memcpy ：內(nèi)存拷貝。
/*  __dst : 拷貝內(nèi)存的拷貝目的地
*   __src : 被拷貝的內(nèi)存首地址
*   __n : 被移動的內(nèi)存長度
*   將__src的內(nèi)存移動__n塊內(nèi)存到__dst中
*/
void    *memcpy(void *__dst, const void *__src, size_t __n);

下面解釋下上面重點(diǎn)代碼的含義

memmove: 將array()->lists的內(nèi)存 移動oldCount * sizeof(array()->lists[0]) 個內(nèi)存 到 lists + addedCount。

memcpy: 將addedLists的內(nèi)存 復(fù)制addedCount * sizeof(array()->lists[0]) 個內(nèi)存 到 array()->lists。

下面通過圖示分析下經(jīng)過memmove和memcpy方法過后的內(nèi)存變化。

經(jīng)過memmove和memcpy方法之前

array()->lists (原來的方法，屬性，協(xié)議列表)

array()->lists內(nèi)存結(jié)構(gòu).png

addedLists (傳入的分類方法，屬性，協(xié)議列表)

addedLists內(nèi)存結(jié)構(gòu).jpg

經(jīng)過memmove方法之后，內(nèi)存變化為

// array()->lists 原來方法、屬性、協(xié)議列表數(shù)組
// addedCount 分類數(shù)組長度
// oldCount * sizeof(array()->lists[0]) 原來數(shù)組占據(jù)的空間
memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists, 
                  oldCount * sizeof(array()->lists[0]));

array()->lists (原來的方法，屬性，協(xié)議列表)

array()->lists 經(jīng)過memmove之后.png

addedLists (傳入的分類方法，屬性，協(xié)議列表)未變化
經(jīng)過memmove方法之后，我們發(fā)現(xiàn)，雖然本類的方法，屬性，協(xié)議列表會分別后移，但是本類的對應(yīng)數(shù)組的指針依然指向原始位置。
memcpy方法之后，內(nèi)存變化

// array()->lists 原來方法、屬性、協(xié)議列表數(shù)組
// addedLists 分類方法、屬性、協(xié)議列表數(shù)組
// addedCount * sizeof(array()->lists[0]) 原來數(shù)組占據(jù)的空間
memcpy(array()->lists, addedLists, 
               addedCount * sizeof(array()->lists[0]));

最終結(jié)果

最終效果圖.png

我們發(fā)現(xiàn)原來指針并沒有改變，至始至終指向開頭的位置。并且經(jīng)過memmove和memcpy方法之后，分類的方法，屬性，協(xié)議列表被放在了類對象中原本存儲的方法，屬性，協(xié)議列表前面。

那么為什么要將分類方法的列表追加到本來的對象方法前面呢，這樣做的目的是為了保證分類方法優(yōu)先調(diào)用，我們知道當(dāng)分類重寫本類的方法時，會覆蓋本類的方法。
其實(shí)經(jīng)過上面的分析我們知道本質(zhì)上并不是覆蓋，而是優(yōu)先調(diào)用。本類的方法依然在內(nèi)存中的。我們可以通過打印所有類的所有方法名來查看

- (void)printMethodNamesOfClass:(Class)cls
{
    unsigned int count;
    // 獲得方法數(shù)組
    Method *methodList = class_copyMethodList(cls, &count);
    // 存儲方法名
    NSMutableString *methodNames = [NSMutableString string];
    // 遍歷所有的方法
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        // 獲得方法
        Method method = methodList[i];
        // 獲得方法名
        NSString *methodName = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        // 拼接方法名
        [methodNames appendString:methodName];
        [methodNames appendString:@", "];
    }
    // 釋放
    free(methodList);
    // 打印方法名
    NSLog(@"%@ - %@", cls, methodNames);
}
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];    
    Preson *p = [[Preson alloc] init];
    [p run];
    [self printMethodNamesOfClass:[Preson class]];
}

通過下圖中打印內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)用的是Test2中的text方法，并且Person類中存儲著兩個text方法。

關(guān)于源碼的讀取順序

objc-os.mm
_objc_init
load_images
prepare_load_methods
schedule_class_load
add_class_to_loadable_list
add_category_to_loadable_list
call_load_methods
call_class_loads
call_category_loads
(*load_method)(cls, SEL_load)

總結(jié):

1.Category的實(shí)現(xiàn)原理，以及Category為什么只能加方法不能加屬性?

分類的實(shí)現(xiàn)原理是將category中的方法，屬性，協(xié)議數(shù)據(jù)放在category_t結(jié)構(gòu)體中，然后將結(jié)構(gòu)體內(nèi)的方法列表拷貝到類對象的方法列表中。
Category可以添加屬性，但是并不會自動生成成員變量及set/get方法。因?yàn)閏ategory_t結(jié)構(gòu)體中并不存在成員變量。通過之前對對象的分析我們知道成員變量是存放在實(shí)例對象中的，并且編譯的那一刻就已經(jīng)決定好了。而分類是在運(yùn)行時才去加載的。那么我們就無法再程序運(yùn)行時將分類的成員變量中添加到實(shí)例對象的結(jié)構(gòu)體中。因此分類中不可以添加成員變量。
如果Category中的方法和類中的方法重復(fù)，將調(diào)用Category中的方法，因?yàn)樵趯⒔Y(jié)構(gòu)體內(nèi)的方法列表拷貝到類對象的方法列表中的時候放在了類數(shù)據(jù)前面。

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