让我们来扒一扒iOS的Category

先抛出来一些问题
Category中可以不通过关联来添加属性吗?
Category是如何被加载的?
父类的load方法会先于子类调用、如何实现的 ?
在类的load方法中可以调用在Category中声明的方法吗?

Category简介

category是Objective-C 2.0之后添加的语言特性,category的主要作用是为已经存在的类添加方法。
Category常用的使用场景:
(1) 可以把类的实现分开在几个不同的文件里面、这样做有几个显而易见的好处:
(a) 减少单个class的大小、 (b) 把不同的功能组织到不同的category里、由多个开发者共同完成一个类、 (c) 按需加载想要的category 等等。
(2) 声明私有方法 (将class中的私有方法在category中进行声明)


Category和Extension

extension在编译期决议,它就是类的一部分,在编译期和头文件里的@interface以及实现文件里的@implement一起形成一个完整的类,它伴随类的产生而产生亦随之一起消亡。
extension一般用来隐藏类的私有信息,你必须有一个类的源码才能为一个类添加extension,所以你无法为系统的类添加extension。
category则完全不一样,它是在运行期决议的。extension可以添加实例变量,而category是无法添加实例变量的;extension中也可以添加属性,而category不能像extension那样添加属性、只能通过关联来实现相关的功能。
但是有一点需要特别指出:

// Category:
#import <QuartzCore/QuartzCore.h>
@interface CALayer (AveryTest)
@property (nonatomic) NSString *averyName;
@end

@implementation CALayer (AveryTest)
@dynamic averyName;
@end


// ViewController:
CALayer *layer = [[CALayer alloc] init];
NSLog(@"layer.averyName (初始值) : %@",layer.averyName);
layer.averyName = @"Avery"; 
NSLog(@"layer.averyName (修改后) : %@",layer.averyName);

上面的代码会Crash吗?
如果不Crash、那么就在Category中重写一下这个方法:

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL {
}

自己研究下是为什么。
然后再用同样的方式对UIView的Category进行一下测试看看结果会怎样。


Category剖析

先来看一下Category的结构是什么样的、下面是在runtime中的结构:

struct category_t {
    const char *name;   // Class的名字
    classref_t cls;     // 要扩展的Class
    struct method_list_t *instanceMethods;      // 实例方法列表
    struct method_list_t *classMethods;         // 类方法列表
    struct protocol_list_t *protocols;          // 协议列表
    struct property_list_t *instanceProperties; // 属性列表
    // 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);
};


编译器对Category做了什么事

示例代码:

@interface Avery (Addition) <AveryProtocol>
@property (nonatomic, copy, nullable) NSString *address;
- (void)testInstanceMethod;
+ (void)testClassMethod;
@end

@implementation Avery (Addition)
- (void)testInstanceMethod {
}
+ (void)testClassMethod {
}
- (void)testProtocol {
}
- (void)setAddress:(NSString *)address {
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(address), address, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
- (NSString *)address {
    return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}
@end

编译过后:

static struct _category_t _OBJC_$_CATEGORY_Avery_$_Addition __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = 
{
    "Avery",
    0, // &OBJC_CLASS_$_Avery,
    (const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_Avery_$_Addition,
    (const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_CLASS_METHODS_Avery_$_Addition,
    (const struct _protocol_list_t *)&_OBJC_CATEGORY_PROTOCOLS_$_Avery_$_Addition,
    (const struct _prop_list_t *)&_OBJC_$_PROP_LIST_Avery_$_Addition,
};

这个结构体的名字是按一定的规则生成的,中间的Avery是类名,后面的Addition是Category的名字,这也就是为什么同一个类的Category名不能冲突了。

实例方法:

static struct /*_method_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
    unsigned int method_count;
    struct _objc_method method_list[4];
} _OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_Avery_$_Addition __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_objc_method),
    4,
    {{(struct objc_selector *)"testInstanceMethod", "v16@0:8", (void *)_I_Avery_Addition_testInstanceMethod},
    {(struct objc_selector *)"testProtocol", "v16@0:8", (void *)_I_Avery_Addition_testProtocol},
    {(struct objc_selector *)"setAddress:", "v24@0:8@16", (void *)_I_Avery_Addition_setAddress_},
    {(struct objc_selector *)"address", "@16@0:8", (void *)_I_Avery_Addition_address}}
};

类方法:

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

协议方法:

static struct /*_protocol_list_t*/ {
    long protocol_count;  // Note, this is 32/64 bit
    struct _protocol_t *super_protocols[1];
} _OBJC_CATEGORY_PROTOCOLS_$_Avery_$_Addition __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    1,
    &_OBJC_PROTOCOL_AveryProtocol
};

属性列表:

static struct /*_prop_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _prop_t)
    unsigned int count_of_properties;
    struct _prop_t prop_list[1];
} _OBJC_$_PROP_LIST_Avery_$_Addition __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_prop_t),
    1,
    {{"address","T@\"NSString\",C,N"}}
};

这个类的Category生成了一个数组,存在了__DATA段下的"__objc_catlist" section里:

static struct _category_t *L_OBJC_LABEL_CATEGORY_$ [1] __attribute__((used, section ("__DATA, __objc_catlist,regular,no_dead_strip")))= {
    &_OBJC_$_CATEGORY_Avery_$_Addition,
};


那么Runtime又是怎么加载Category的

void _objc_init(void)
{
    static bool initialized = false;
    if (initialized) return;
    initialized = true;
    
    // fixme defer initialization until an objc-using image is found?
    environ_init();
    tls_init();
    static_init();
    lock_init();
    exception_init();

    _dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);
}

我们找到runtime的加载入口_objc_init方法,在library加载前由libSystem dyld调用,进行初始化操作;
首先调用map_images方法将文件中的image map到内存对其二进制内容进行解析,初始化里面的类的结构等。map_images中调用_read_images、_read_images方法初始化map后的image,这里面干了很多的事情,比如load所有的类、协议和category;然后调用load_images进行初始化操作。

_objc_init中的map_images方法

Class的初始化入口:(map_images -> map_images_nolock -> _read_images)

// _read_images函数中主要的方法:
 if (!doneOnce) {  // Disable nonpointer isa
     gdb_objc_realized_classes = NXCreateMapTable(NXStrValueMapPrototype, namedClassesSize);
 }
 for (EACH_HEADER) {  // Discover classes
     classref_t *classlist = _getObjc2ClassList(hi, &count);
 }
 for (EACH_HEADER) {  // Fix up remapped classes
     Class *classrefs = _getObjc2ClassRefs(hi, &count);
 }
 for (EACH_HEADER) {  // Fix up selector references
     SEL *sels = _getObjc2SelectorRefs(hi, &count);
 }
 for (EACH_HEADER) {  // Fix up old objc_msgSend_fixup call sites
     message_ref_t *refs = _getObjc2MessageRefs(hi, &count);
 }
 for (EACH_HEADER) {  // Discover protocols.
     protocol_t **protolist = _getObjc2ProtocolList(hi, &count);
 }
 for (EACH_HEADER) {   // Fix up protocol references
     protocol_t **protolist = _getObjc2ProtocolRefs(hi, &count);
 }
 for (EACH_HEADER) {  // Realize non-lazy classes (for +load methods and static instances)
     classref_t *classlist = _getObjc2NonlazyClassList(hi, &count);
 }
 realizeClass();   // 解析classes
 for (EACH_HEADER) {  // Discover categories.
     category_t **catlist = _getObjc2CategoryList(hi, &count);
 }
 
// 以上的操作都是获取编译后的 section 中数据的方法 (把对应 section 里的数据取出来然后再进行加工、最后添加到缓存中):
 Function name                          Content type        Section name
 GETSECT(_getObjc2SelectorRefs,         SEL,                "__objc_selrefs");
 GETSECT(_getObjc2MessageRefs,          message_ref_t,      "__objc_msgrefs");
 GETSECT(_getObjc2ClassRefs,            Class,              "__objc_classrefs");
 GETSECT(_getObjc2SuperRefs,            Class,              "__objc_superrefs");
 GETSECT(_getObjc2ClassList,            classref_t,         "__objc_classlist");
 GETSECT(_getObjc2NonlazyClassList,     classref_t,         "__objc_nlclslist");
 GETSECT(_getObjc2CategoryList,         category_t *,       "__objc_catlist");
 GETSECT(_getObjc2NonlazyCategoryList,  category_t *,       "__objc_nlcatlist");
 GETSECT(_getObjc2ProtocolList,         protocol_t *,       "__objc_protolist");
 GETSECT(_getObjc2ProtocolRefs,         protocol_t *,       "__objc_protorefs");

"__objc_classlist": 项目中全部类列表、对应全局变量 "gdb_objc_realized_classes"
"__objc_classrefs": 项目中被引用的类列表对应全局变量 "noClassesRemapped"


Class的初始化入口
classref_t *classlist = _getObjc2ClassList(hi, &count);
if (resolvedFutureClasses) {
    for (i = 0; i < resolvedFutureClassCount; i++) {
        realizeClass(resolvedFutureClasses[i]);
        resolvedFutureClasses[i]->setInstancesRequireRawIsa(false/*inherited*/);
    }
    free(resolvedFutureClasses);
}

realizeClass方法的实现如下(简化版):

/***********************************************************************
* realizeClass                                          实现类
* Performs first-time initialization on class cls,      在类cls上执行首次初始化
* including allocating its read-write data.             包括分配读写数据
* Returns the real class structure for the class.       返回类的实际类结构
* Locking: runtimeLock must be write-locked by the caller
**********************************************************************/
static Class realizeClass(Class cls)
{
    if (cls->isRealized()) return cls;

    ro = (const class_ro_t *)cls->data();   // 类的cls->data()函数得到的直接就是class_ro_t
    if (ro->flags & RO_FUTURE) {  // 如果rw已经分配了内存
        // This was a future class. rw data is already allocated.
        rw = cls->data();       // 将rw指向cls->data()
        ro = cls->data()->ro;   // 将初始的ro的指针指向rw中的ro
        cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE);
    } else {  // 如果rw还没有分配内存
        // Normal class. Allocate writeable class data.
        rw = (class_rw_t *)calloc(sizeof(class_rw_t), 1);
        rw->ro = ro;  // 将rw的ro指针指向初始的ro
        rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING;
        cls->setData(rw);  // 调整类的data()
    }

    isMeta = ro->flags & RO_META;

    // Attach categories
    methodizeClass(cls);

    return cls;
}

最开始的时候、在初始化之前Class是没有读写(rw)部分的,只有只读(ro)部分,即ro = (const class_ro_t *)cls->data();
初始化的时候才会分配空间给读写信息(即rw),然后通过"rw->ro = ro;"将class_rw_t自身的ro指针指向真正的ro信息。
再通过"cls->setData(rw);"对cls->data()进行修改。
当有了class_rw_t之后,才会去进行category的处理: 将Class本身的方法列表和Category里面的方法列表先后放到class_rw_t的method_array_t methods里面,Class自身的方法列表会被最先放入其中,并且置于列表的尾部,Category方法列表的加入顺序等同与category文件参与编译的顺序。
realizeClass方法中调用methodizeClass方法将方法列表、属性列表以及协议列表存放到rw中。
methodizeClass方法的主要作用:Fixes up cls's method list, protocol list, and property list;Attaches any outstanding categories。
methodizeClass的实现如下(简化版):

/***********************************************************************
* methodizeClass
* Fixes up cls's method list, protocol list, and property list.
* Attaches any outstanding categories.
* Locking: runtimeLock must be held by the caller
**********************************************************************/
static void methodizeClass(Class cls)
{
    // Install methods and properties that the class implements itself.
    method_list_t *list = ro->baseMethods();
    if (list) {
        prepareMethodLists(cls, &list, 1, YES, isBundleClass(cls));
        rw->methods.attachLists(&list, 1);
    }

    property_list_t *proplist = ro->baseProperties;
    if (proplist) {
        rw->properties.attachLists(&proplist, 1);
    }

    protocol_list_t *protolist = ro->baseProtocols;
    if (protolist) {
        rw->protocols.attachLists(&protolist, 1);
    }

    // Root classes get bonus method implementations if they don't have 
    // them already. These apply before category replacements.
    if (cls->isRootMetaclass()) {
        // root metaclass
        addMethod(cls, SEL_initialize, (IMP)&objc_noop_imp, "", NO);
    }

    // Attach categories.
    category_list *cats = unattachedCategoriesForClass(cls, true /*realizing*/);
    attachCategories(cls, cats, false /*don't flush caches*/);
}

当methodizeClass方法将方法列表、属性列表以及协议列表存放到rw中后调用unattachedCategoriesForClass方法并获得其返回值categories、调用attachCategories来追加调用unattachedCategoriesForClass方法返回的categories:

/***********************************************************************
* unattachedCategoriesForClass
* Returns the list of unattached categories for a class, and 
* deletes them from the list. 
* The result must be freed by the caller. 
* Locking: runtimeLock must be held by the caller.
**********************************************************************/
static category_list *
unattachedCategoriesForClass(Class cls, bool realizing)
{
    runtimeLock.assertLocked();
    return (category_list *)NXMapRemove(unattachedCategories(), cls);
}

attachCategories的实现如下(简化版):

// Attach method lists and properties and protocols from categories to a class.
// Assumes the categories in cats are all loaded and sorted by load order, 
// oldest categories first.
static void 
attachCategories(Class cls, category_list *cats, bool flush_caches)
{
    // 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);
}

这个方法把一个类所有的category_list的所有方法取出来组成一个method_list_t ** mlists,注意这里是倒序添加的,也就是说新生成的category的方法会先于旧的category的方法插入到mlists中。然后通过methods.attachLists方法将这个二维数组mlists添加到rw中。attachLists方法的实现如下:

void attachLists(List* const * addedLists, uint32_t addedCount) {
        if (addedCount == 0) return;

        if (hasArray()) {
            // many lists -> many lists
            uint32_t oldCount = array()->count;
            uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
            setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount)));
            array()->count = newCount;
            memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists, 
                    oldCount * sizeof(array()->lists[0]));
            memcpy(array()->lists, addedLists, 
                   addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        }
        else if (!list  &&  addedCount == 1) {
            // 0 lists -> 1 list
            list = addedLists[0];
        } 
        else {
            // 1 list -> many lists
            List* oldList = list;
            uint32_t oldCount = oldList ? 1 : 0;
            uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
            setArray((array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount)));
            array()->count = newCount;
            if (oldList) array()->lists[addedCount] = oldList;
            memcpy(array()->lists, addedLists, 
                   addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        }
    }

如上代码中、attachLists在操作addedLists的数据时会现将原先的数据往后挪动addedCount位然后再将addedLists添加到数组的前部。
也就是说如果原来类中包含有方法m_a, m_b, m_c,Category中包含方法c_1, c_2, c_3,那么插入之后的方法将会是c_1, c_2, c_3, m_a, m_b, m_c。



注意realizeClass方法中下面的这个判断

判断

bool isRealized() {
    return data()->flags & RW_REALIZED;
}

// Values for class_rw_t->flags
// These are not emitted by the compiler and are never used in class_ro_t. 
// Their presence should be considered in future ABI versions.
// class_t->data is class_rw_t, not class_ro_t
#define RW_REALIZED           (1<<31)

即如果已经初始化那么就会返回当前的cls、realizeClass方法就不会再去调用" methodizeClass -> attachCategories"等方法。
那么在这种情况下是怎么加载category的呢?
map_images -> map_images_nolock -> _read_images ->
_getObjc2ClassList & _getObjc2ProtocolList & _getObjc2NonlazyClassList & _getObjc2CategoryList
category的初始化方法中循环调用了_getObjc2CategoryList方法 (获取"__objc_catlist"中或得到的categories):

category_t **catlist = _getObjc2CategoryList(hi, &count);
GETSECT(_getObjc2CategoryList,        category_t *,    "__objc_catlist");

"__objc_catlist"就是上面编译后category存放的数据段了,在调用完_getObjc2CategoryList后,runtime便开始了对category的处理:

// Discover categories. 
    for (EACH_HEADER) {
        category_t **catlist = _getObjc2CategoryList(hi, &count);
        bool hasClassProperties = hi->info()->hasCategoryClassProperties();

        for (i = 0; i < count; i++) {
            category_t *cat = catlist[i];
            Class cls = remapClass(cat->cls);

            // Process this category. 
            // First, register the category with its target class. 
            // Then, rebuild the class's method lists (etc) if the class is realized.
            bool classExists = NO;
            if (cat->instanceMethods || cat->protocols || cat->instanceProperties)
            {
                addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi);  // Records an unattached category of cls.
                if (cls->isRealized()) {
                    remethodizeClass(cls);
                    classExists = YES;
                }
            }

            if (cat->classMethods || cat->protocols ||  (hasClassProperties && cat->_classProperties))
            {
                addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->ISA(), hi);  // Records an unattached category of cls.
                if (cls->ISA()->isRealized()) {
                    remethodizeClass(cls->ISA());
                }
            }
        }
    }

总共分成两部分来进行处理:
首先是处理category中的实例方法、通过addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi)实现;
然后是处理category中的类方法、通过addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->ISA(), hi)实现;
如果Class已初始化那么则会在remethodizeClass方法中调用attachCategories方法去追加所有的Category中的方法到rw的方法列表中去。
remethodizeClass方法的主要功能:
Attach outstanding categories to an existing class;
Fixes up cls's method list, protocol list, and property list;
Updates method caches for cls and its subclasses.
remethodizeClass方法的实现如下:

/***********************************************************************
* remethodizeClass
* Attach outstanding categories to an existing class.
* Fixes up cls's method list, protocol list, and property list.
* Updates method caches for cls and its subclasses.
* Locking: runtimeLock must be held by the caller
**********************************************************************/
static void remethodizeClass(Class cls)
{
    category_list *cats;
    bool isMeta;
    runtimeLock.assertLocked();
    isMeta = cls->isMetaClass();
    // Re-methodizing: check for more categories
    if ((cats = unattachedCategoriesForClass(cls, false/*not realizing*/))) {
        attachCategories(cls, cats, true /*flush caches*/);        
        free(cats);
    }
}


_objc_init中的load_images方法

void
load_images(const char *path __unused, const struct mach_header *mh)
{
    // Return without taking locks if there are no +load methods here.
    if (!hasLoadMethods((const headerType *)mh)) return;

    recursive_mutex_locker_t lock(loadMethodLock);

    // Discover load methods
    {
        mutex_locker_t lock2(runtimeLock);
        prepare_load_methods((const headerType *)mh);
    }

    // Call +load methods (without runtimeLock - re-entrant)
    call_load_methods();
}

load_images方法的实现共分为3个部分:
(1) 判断是否有Load方法,没有直接返回; (hasLoadMethods)
(2) 查找所有的Load方法; (prepare_load_methods)
(3) 调用所有Load方法; (call_load_methods)

判断是否有Load方法

bool hasLoadMethods(const headerType *mhdr)
{
    size_t count;
    if (_getObjc2NonlazyClassList(mhdr, &count)  &&  count > 0) return true;
    if (_getObjc2NonlazyCategoryList(mhdr, &count)  &&  count > 0) return true;
    return false;
}
GETSECT(_getObjc2NonlazyClassList,    classref_t,      "__objc_nlclslist");
GETSECT(_getObjc2NonlazyCategoryList, category_t *,    "__objc_nlcatlist");

_getObjc2NonlazyClassList和_getObjc2NonlazyCategoryList方法都是最终调用getDataSection方法,这个方法是从镜像文件中读取响应的代码段,判断具体的是否有load方法,__objc_nlclslist标识的是类 +load 函数列表,__objc_nlcatlist标识的是分类中+load 函数列表。

template <typename T>
T* getDataSection(const headerType *mhdr, const char *sectname, 
                  size_t *outBytes, size_t *outCount)
{
    unsigned long byteCount = 0;
    T* data = (T*)getsectiondata(mhdr, "__DATA", sectname, &byteCount);
    if (!data) {
        data = (T*)getsectiondata(mhdr, "__DATA_CONST", sectname, &byteCount);
    }
    if (!data) {
        data = (T*)getsectiondata(mhdr, "__DATA_DIRTY", sectname, &byteCount);
    }
    if (outBytes) *outBytes = byteCount;
    if (outCount) *outCount = byteCount / sizeof(T);
    return data;
}

#define GETSECT(name, type, sectname)                                   \
    type *name(const headerType *mhdr, size_t *outCount) {              \
        return getDataSection<type>(mhdr, sectname, nil, outCount);     \
    }                                                                   \
    type *name(const header_info *hi, size_t *outCount) {               \
        return getDataSection<type>(hi->mhdr(), sectname, nil, outCount); \
    }


查找所有的Load方法

void prepare_load_methods(const headerType *mhdr)
{
    size_t count, i;

    runtimeLock.assertLocked();

    classref_t *classlist = _getObjc2NonlazyClassList(mhdr, &count);
    for (i = 0; i < count; i++) {
        schedule_class_load(remapClass(classlist[i]));
    }

    category_t **categorylist = _getObjc2NonlazyCategoryList(mhdr, &count);
    for (i = 0; i < count; i++) {
        category_t *cat = categorylist[i];
        Class cls = remapClass(cat->cls);
        if (!cls) continue;  // category for ignored weak-linked class
        realizeClass(cls);
        assert(cls->ISA()->isRealized());
        add_category_to_loadable_list(cat);
    }
}

查找所有的load方法共分2步:
(1) 获取所有类的Load方法,添加到列表(loadable_classes)中。
(2) 获取Category类的Load方法,添加到列表(loadable_categories)中。

获取所有类的Load方法并添加到列表 (loadable_classes) 中

static void schedule_class_load(Class cls)
{
    if (!cls) return;
    assert(cls->isRealized());  // _read_images should realize

    if (cls->data()->flags & RW_LOADED) return;

    // Ensure superclass-first ordering
    schedule_class_load(cls->superclass);

    add_class_to_loadable_list(cls);
    cls->setInfo(RW_LOADED); 
}

schedule_class_load中主要做了2件事情:判断类中的load方法是否添加过;递归调用父类,保证父类先于子类通过add_class_to_loadable_list添加到loadable_classes中。

void add_class_to_loadable_list(Class cls)
{
    IMP method;

    loadMethodLock.assertLocked();

    method = cls->getLoadMethod();
    if (!method) return;  // Don't bother if cls has no +load method
    
    if (PrintLoading) {
        _objc_inform("LOAD: class '%s' scheduled for +load", 
                     cls->nameForLogging());
    }
    
    if (loadable_classes_used == loadable_classes_allocated) {
        loadable_classes_allocated = loadable_classes_allocated*2 + 16;
        loadable_classes = (struct loadable_class *)
            realloc(loadable_classes,
                              loadable_classes_allocated *
                              sizeof(struct loadable_class));
    }
    
    loadable_classes[loadable_classes_used].cls = cls;
    loadable_classes[loadable_classes_used].method = method;
    loadable_classes_used++;
}

获取类的load方法的IMP:

IMP 
objc_class::getLoadMethod()
{
    runtimeLock.assertLocked();

    const method_list_t *mlist;

    assert(isRealized());
    assert(ISA()->isRealized());
    assert(!isMetaClass());
    assert(ISA()->isMetaClass());

    mlist = ISA()->data()->ro->baseMethods();
    if (mlist) {
        for (const auto& meth : *mlist) {
            const char *name = sel_cname(meth.name);
            if (0 == strcmp(name, "load")) {
                return meth.imp;
            }
        }
    }

    return nil;
}



获取Category中的Load方法并添加到列表 (loadable_categories)中

void add_category_to_loadable_list(Category cat)
{
    IMP method;
    loadMethodLock.assertLocked();
    method = _category_getLoadMethod(cat);
    // Don't bother if cat has no +load method
    if (!method) return;

    if (loadable_categories_used == loadable_categories_allocated) {
        loadable_categories_allocated = loadable_categories_allocated*2 + 16;
        loadable_categories = (struct loadable_category *)
            realloc(loadable_categories,
                              loadable_categories_allocated *
                              sizeof(struct loadable_category));
    }

    loadable_categories[loadable_categories_used].cat = cat;
    loadable_categories[loadable_categories_used].method = method;
    loadable_categories_used++;
}


调用所有Load方法

void call_load_methods(void)
{
    static bool loading = NO;
    bool more_categories;

    loadMethodLock.assertLocked();

    // Re-entrant calls do nothing; the outermost call will finish the job.
    if (loading) return;
    loading = YES;

    void *pool = objc_autoreleasePoolPush();

    do {
        // 1. Repeatedly call class +loads until there aren't any more
        while (loadable_classes_used > 0) {
            call_class_loads();
        }

        // 2. Call category +loads ONCE
        more_categories = call_category_loads();

        // 3. Run more +loads if there are classes OR more untried categories
    } while (loadable_classes_used > 0  ||  more_categories);

    objc_autoreleasePoolPop(pool);

    loading = NO;
}

从上面的代码中可看出"call_class_loads();" 先于 "call_category_loads();"调用、即类的load方法先于Category中的load方法。另外也可以看出load方法中的代码在执行时被autoreleasePool包含了。


父类的load方法会先于子类调用、如何实现的 ?

call_load_methods -> call_class_loads

static void call_class_loads(void)
{
    int i;
    
    // Detach current loadable list.
    struct loadable_class *classes = loadable_classes;
    int used = loadable_classes_used;
    loadable_classes = nil;
    loadable_classes_allocated = 0;
    loadable_classes_used = 0;
    
    // Call all +loads for the detached list.
    for (i = 0; i < used; i++) {
        Class cls = classes[i].cls;
        load_method_t load_method = (load_method_t)classes[i].method;
        if (!cls) continue; 

        if (PrintLoading) {
            _objc_inform("LOAD: +[%s load]\n", cls->nameForLogging());
        }
        (*load_method)(cls, SEL_load);
    }
    
    // Destroy the detached list.
    if (classes) free(classes);
}

从call_class_loads的代码中可以看出call_class_loads通过获取loadable_classes表中的数据来进行顺序调用的,所以类和父类的调用顺序与loadable_classes创建时的添加顺序有关。
prepare_load_methods -> schedule_class_load

static void schedule_class_load(Class cls)
{
    if (!cls) return;
    assert(cls->isRealized());  // _read_images should realize

    if (cls->data()->flags & RW_LOADED) return;

    // Ensure superclass-first ordering
    schedule_class_load(cls->superclass);

    add_class_to_loadable_list(cls);
    cls->setInfo(RW_LOADED); 
}

从上面代码可以看出,当cls有父类时、即cls->superclass不为空时就会先添加父类Load方法到loadable_classes中。
所以在loadable_classes列表中父类会位于子类的前面、所以当调用call_class_loads方法时父类的load会先于子类被调用。


如果category的镜像先于类的镜像加载,那么怎么保证类先于分类加载呢 ?

call_load_methods -> call_category_loads

static bool call_category_loads(void)
{
    ........ 
        cls = _category_getClass(cat);
        if (cls  &&  cls->isLoadable()) {
            (*load_method)(cls, SEL_load);
            cats[i].cat = nil;
        }
    ........
}

从上面的call_category_loads代码可以看出,在加载Category的load方法时,会判断类的load方法是否已经调用, 从而保证类优先于分类调用。


Category中的方法是如何"覆盖"原始方法的?

方法查找的流程: lookUpImpOrForward -> getMethodNoSuper_nolock

static method_t *
getMethodNoSuper_nolock(Class cls, SEL sel)
{
    runtimeLock.assertLocked();
    assert(cls->isRealized());
    for (auto mlists = cls->data()->methods.beginLists(), 
              end = cls->data()->methods.endLists(); 
         mlists != end;
         ++mlists)
    {
        method_t *m = search_method_list(*mlists, sel);
        if (m) return m;
    }

    return nil;
}

    List** beginLists() {
        if (hasArray()) {
            return array()->lists;
        } else {
            return &list;
        }
    }

    List** endLists() {
        if (hasArray()) {
            return array()->lists + array()->count;
        } else if (list) {
            return &list + 1;
        } else {
            return &list;
        }
    }

方法的查找是从array()->lists开始顺序查找的、一旦找到了就会return。因此 category 中定义的同名方法不会替换类中原有的方法,但是对原方法的调用实际上会调用 category 中的方法。


在类的load方法中可以调用在Category中声明的方法吗?

可以调用,因为附加category到类的工作会先于+load方法的执行。
_objc_init -> map_images的时候会将category中的方法列表、协议列表等添加到cls的rw中去;
+load方法的调用是在_objc_init -> load_images中进行的。



最后来张图来看下load方法的调用栈:

调用栈



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