iOS底层原理之七：category的实现

题记

作为iOS开发者，对category肯定不会陌生，category一般又叫分类，当我们需要为一个类增加额外的方法属性等时，分类便是我们的首选。根据前文可知，我们对象方法是存放在类中，类方法是存放在元类对象中，那么如果我们在category增加了方法属性等，它们又是怎么存放的？苹果内部是怎么实现的呢？

准备工作

老规矩我们准备一个继承自NSObject的JJPerson类，然后为它增加一个分类JJPerson+run，增加一个age属性，一个run对象方法以及一个eat类方法。

为了方便我们去了解它的底层实现，我们可以先把它的.m文件转成c++，并拽入Xcode方便查看，为了避免不必要的报错，我们不让这个.cpp文件参与编译，前文有详细操作步骤

准备工作到此完毕，下面我们可以进入分析阶段

编译文件分析

底层结构
我们搜索“_category_t”可以看到，一个分类在编译后转成C++文件，就是以上图这种结构体的方式存在。我们每增加一个分类，编译后就会多一个这样的结构体，然后在运行时阶段，把所有分类的结构体全部动态合并到我们JJPerson类里面去。
结构体分析
我们看到结构体包含下面几种常见数据类型

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;

（1）instance_methods是我们为分类增加的实例方法列表
（2）class_methods是我们为分类增加的类方法列表
（3）protocols是分类遵守的协议列表
（4）properties则是我们增加的属性列表
（5）对于结构体前面的name和class，我们可以猜测这个是类名和分类的名称相关的内容

我们可以看到最下面红色框内就是编译后的结构体数据，也就是我们所说“ _category_t”的结构，箭头两个参数对应着实例方法和类方法，而且这两个方法编译后也是以结构体的形式存在在上面。最后两个参数为0，是因为我们的分类没有遵守协议也没有添加属性。
我们每增加一个分类，编译后就会增加一个这样的结构体，格式一样，但是命名和参数以各自为准。
在运行时阶段，才会真正的把结构体里面的数据合并到我们的类里面去，也就是前面文章提到的，类方法存放在元类对象里，属性，协议，实例方法等存放在类对象里

源码分析

我们尝试从运行时源码去分析，看看苹果是怎么对分类进行处理

（1）首先我们打开下载好的objc源码，专题文章第一篇有介绍，这里不再赘述
（2）选择 objc-os.mm 文件，这里是运行时方法的入口
（3）搜索 _objc_init 方法，点击 &map_images 参数

（4）再点击 map_images_nolock 方法进入

（5）注释提到，hCount 是用来查找所有oc元数据模块的，那我们可以专门留意一下它

（6）通过搜索 hCount ，我们可以看到一个叫 _read_images（加载模块） 的方法里面有个参数是传入 totalClasses（所有类），我们可以点击进入作进一步查看

（7）然后我们往下拉可以看到一个关键注释，Discover categories，很明显接下来部分就是对找到的分类进行处理。尤其红色框框内我们还能看到熟悉的 category_t 类型，甚至还能看到方法名是叫做 _getObjc2CategoryList（获取分类列表），那么我们接下来就重点看这里的处理

（8）首先我们可以看到这里有两个是对类重新方法化的处理，分别把class和isa传了进去，这就符合了我们前面提到的，把类方法添加到元类对象的方法列表，把实例方法等添加到类对象的方法列表。所以我们需要看看这个方法的内部实现

（9）我们又看到一个名为附加协议的方法 attachCategories，再次点进去，我们就能看到真正的实现

（10）为了方便阅读，我在这里加了一些中文注释。这里会有一个参数 isMeta 记录传进来的是否是元类对象。然后调用malloc函数开辟存储空间创建一个方法列表的二维数组（属性列表和协议列表同理），然后用 while 循环，根据是否为元类对象，取出对应的类方法或者实例方法，然后把方法数组添加到前面创建的二维数组中（属性和协议处理方法同理）。

（11）最后获取类数据，把分类中所有的方法，属性，协议全部添加到类中去。我们可以再进一步看看 attachLists 这个方法里面做了什么，因为这里将是内存分配最重要一环

（12）我们可以看到，在这个方法里重新计算了列表新的长度，并且调用 realloc 重新分配了新的内存空间。接下来调用 memmove 方法，把原来的方法列表向后移动，前面留出了新列表的长度，再调用 memcpy 方法，把新方法列表插入到整个列表最前面。

（13）这一步内存移动的体现是，如果我们在分类中添加和原类中同名的方法时，我们调用该方法时会优先调用分类的方法，究其原因就是我们分类的方法在方法列表中重新插入在最前面，所以会优先调用，这也是我们常说的分类方法会覆盖原方法的原因。

总结

每创建一个分类，编译时就会生成一个 _category_t 的结构体，里面包含着分类的所有信息（方法，属性，协议）
在运行时阶段，分类的所有信息（方法，属性，协议）会被分别读取，并且逐一添加到类里面去
由于内存操作的原因，分类的方法会排在方法列表最前面，所以分类方法会优先于原类方法的调用（所谓的分类方法覆盖，本质是排序超前）