OC中Category到底是怎么回事?

前言

  • 发布此文章主要是对自己所学知识的总结
  • 通过文章的方式可以让自己对所学知识加深印象
  • 方便日后需要的时候查看,如果有不对的地方欢迎指出
  • 文笔不行,多多见谅

一直都是用印象笔记来记录自己的学习过程,但是笔记做完很久不看的话,就会忘记很多细节,所以才会选择再写一遍,加深一下印象,书读百遍其义自见.这段时间没有新需求,利用空闲时间巩固一下知识,免得空度时光

前面几篇中分别对对象和类的结构,以及消息发送转发的流程进行了解说,今天就和大家分享一下Category,虽然网上已经有很多这样的文章,但人家的终归是人家的,只看不写印象还是不会深刻

一 : Category能干点啥?需要注意什么?

分类的作用:

  • 在不改变原来类的基础上,让类可以有更多的功能
  • 可以减少单个文件的体积,一个类可以分成很多模块,每个分类负责一个模块,不用把代码全堆到一个地方,方便管理,代码清晰

分类的使用注意:

  • 分类只能添加方法,不能添加成员变量;
  • 在分类中可以去访问本类中的成员变量
  • 可以重写本类的方法,记住一点尽量不要去重写系统类的方法,很容易出现问题
  • 可以为分类添加属性,不过需要手动set,get方法进行对象关联

二 : Category的内部结构

Category内部长啥样啊?源码中objc-runtime-new.h中体现如下:

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.从这个位置往下的几个字段不会总是出现在磁盘上,先不用去管它了
    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);
};

先不解释上面字段的意思,我们通过clang编译成c++代码后看看再进行分析
先定义一个Person类,添加一个Person+TestOne的分类,只添加了一个doSomeThing的实例方法,代码就不贴了
编译成c++代码如下:

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;
};
static struct _category_t _OBJC_$_CATEGORY_Person_$_TestOne __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = 
{
    "Person",
    0, // &OBJC_CLASS_$_Person,
    (const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_Person_$_TestOne,
    (const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_CLASS_METHODS_Person_$_TestOne,
    (const struct _protocol_list_t *)&_OBJC_CATEGORY_PROTOCOLS_$_Person_$_TestOne,
    0,
};
static void OBJC_CATEGORY_SETUP_$_Person_$_TestOne(void ) {
    _OBJC_$_CATEGORY_Person_$_TestOne.cls = &OBJC_CLASS_$_Person;
}
#pragma section(".objc_inithooks$B", long, read, write)
__declspec(allocate(".objc_inithooks$B")) static void *OBJC_CATEGORY_SETUP[] = {
    (void *)&OBJC_CATEGORY_SETUP_$_Person_$_TestOne,
};
static struct _category_t *L_OBJC_LABEL_CATEGORY_$ [1] __attribute__((used, section ("__DATA, __objc_catlist,regular,no_dead_strip")))= {
    &_OBJC_$_CATEGORY_Person_$_TestOne,
};

从上面代码可以看出这个分类就是一个_category_t结构体指针,结构体名字是_OBJC_$_CATEGORY_Person_$_TestOne,如果再创建一个Person的分类test,它的名字和上面一个就是把TestOne换成test,
_OBJC_$_CATEGORY_Person_$_TestOne结构体初赋值操作,对应的是_category_t里面的字段
_category_t中字段的意义:
name : 类名
cls : 所属类,&OBJC_CLASS_$_Person
instance_methods: 对象方法列表
class_methods : 类方法列表
protocols : 协议列表
properties : 属性列表(这个地方我没有写属性,所以赋值的时候为0)

接下来先看看方法列表(实例方法和类方法)

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

static struct /*_method_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
    unsigned int method_count;
    struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_$_CATEGORY_CLASS_METHODS_Person_$_TestOne __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_objc_method),
    1,
    {{(struct objc_selector *)"classMethod", "v16@0:8", (void *)_C_Person_TestOne_classMethod}}
};
struct _objc_method {
    struct objc_selector * _cmd;
    const char *method_type;
    void  *_imp;
};

method_list_t: 内部包括,方法占用内存大小,列表中发方法数量,方法的IMP,参数,SEL

小节一下 : 分类也是一个结构体,内部保存了类的名字,方法列表,协议列表,属性列表,但是没有成员变量之类的东西,所以上面说分类中是不能添加成员变量的

三 : Category源码实现

在objc_os.mm中搜索_objc_init

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);
}

& map_images:处理dyld映射来的数据
在map_images_nolock中找到读取映射数据的函数_read_images(hList, hCount, totalClasses, unoptimizedTotalClasses);

 // 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];//从二维数组中取出第i个元素,也是一个数组,数组元素是category_t *cat类型的
            Class cls = remapClass(cat->cls);//获取已经重新组织的类
            //如果cls为空退出当前循环
            if (!cls) {
                // Category's target class is missing (probably weak-linked).
                // Disavow any knowledge of this category.
                catlist[i] = nil;
                if (PrintConnecting) {
                    _objc_inform("CLASS: IGNORING category \?\?\?(%s) %p with "
                                 "missing weak-linked target class", 
                                 cat->name, cat);
                }
                continue;
            }

            // Process this category. 
            // First, register the category with its target class. 
            // Then, rebuild the class's method lists (etc) if 
            // the class is realized.
            /*首先使用目标类注册分类  然后重新组建这个类的方法列表*/
            bool classExists = NO;
            if (cat->instanceMethods ||  cat->protocols  
                ||  cat->instanceProperties) 
            {
                addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi);
                if (cls->isRealized()) {
                    remethodizeClass(cls);
                    classExists = YES;
                }
                if (PrintConnecting) {
                    _objc_inform("CLASS: found category -%s(%s) %s", 
                                 cls->nameForLogging(), cat->name, 
                                 classExists ? "on existing class" : "");
                }
            }

            if (cat->classMethods  ||  cat->protocols  
                ||  (hasClassProperties && cat->_classProperties)) 
            {
                addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->ISA(), hi);
                if (cls->ISA()->isRealized()) {
                    remethodizeClass(cls->ISA());
                }
                if (PrintConnecting) {
                    _objc_inform("CLASS: found category +%s(%s)", 
                                 cls->nameForLogging(), cat->name);
                }
            }
        }
    }

以上代码主要作用:

  • 把Category中的实例方法,协议,属性合并到类中
  • 把Category中类方法合并到这个类的元类中
    接下来我们看一下分类的数据是怎么合并到类中的,主要代码在remethodizeClass这个函数中的attachCategories 
static void remethodizeClass(Class cls)
{
    category_list *cats;
    if ((cats = unattachedCategoriesForClass(cls, false/*not realizing*/))) {
        attachCategories(cls, cats, true /*flush caches*/);        
        free(cats);
    }
}
static void 
attachCategories(Class cls, category_list *cats, bool flush_caches)
{
    if (!cats) return;
    if (PrintReplacedMethods) printReplacements(cls, cats);

    bool isMeta = cls->isMetaClass();

    // fixme rearrange to remove these intermediate allocations
    //分配内存
    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];//遍历拿到每一个分类
        //将分类中的方法存储到mlist中
        method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
        if (mlist) {
            mlists[mcount++] = mlist;
            fromBundle |= entry.hi->isBundle();
        }
        //将分类中的属性存储到proplists中
        property_list_t *proplist = 
            entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);
        if (proplist) {
            proplists[propcount++] = proplist;
        }
        //将分类中的协议存储到protolists中
        protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocols;
        if (protolist) {
            protolists[protocount++] = protolist;
        }
    }

    auto rw = cls->data();//获取class中的class_rw_t结构体

    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);
}
void attachLists(List* const * addedLists, uint32_t addedCount) {
        if (addedCount == 0) return;
/*
 addedLists :传入的分类的方法列表,协议列表或者属性列表
 array()->lists 原来的方法列表,协议列表或者属性列表
 memmove:内存移动
 memcpy:内存拷贝
 把分类的数据移动到原来数组的第一位,
 */
        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]));
        }
    }

通过上面的代码,把分类的方法放在了类的最前面,这也就验证了分类的方法不会覆盖原来类的方法,只是每次方法调用的时候,会在方法列表中查找,而分类的方法在最前头,找到了以后就直接返回了,不会再继续执行!这也是为什么分类和原来类都有相同的方法,却只会调用分类的方法的原因
源码不能运行,很多地方也只是猜测,只需要大概知道一下流程就行,没必要去研究每一行的代码是什么意思
后面的文章会说一下load 和 initialize在分类中的调用顺序,敬请期待...

本次分享到此为止,天天学习,好好向上!!

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