什么是Category?
category是Objective-C 2.0之后添加的语言特性，别人口中的分类、类别其实都是指的category。category的主要作用是为已经存在的类添加方法。除此之外，apple还推荐了category的另外两个使用场景。
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。
- 可以减少单个文件的体积
- 可以把不同的功能组织到不同的category里
- 可以由多个开发者共同完成一个类
- 可以按需加载想要的category
- 声明私有方法
apple 的SDK中就大面积的使用了category这一特性。比如UIKit中的UIView。apple把不同的功能API进行了分类，这些分类包括UIViewGeometry、UIViewHierarchy、UIViewRendering等。
不过除了apple推荐的使用场景，广大开发者脑洞大开，还衍生出了category的其他几个使用场景：
- 模拟多继承（另外可以模拟多继承的还有protocol）
- 把framework的私有方法公开
category和extension的区别
extension看起来很像一个匿名的category，但是extension和有名字的category几乎完全是两个东西。
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比如NSString添加extension。
但是category则完全不一样，它是在运行期决议的。
就category和extension的区别来看，我们可以推导出一个明显的事实，extension可以添加实例变量，而category是无法添加实例变量的（因为在运行期，对象的内存布局已经确定，如果添加实例变量就会破坏类的内部布局，这对编译型语言来说是灾难性的）。
extension和category都可以添加属性，但是category的属性不能生成成员变量和getter、setter方法的实现。
运行时如何load的类别与类
APP启动主要流程: 点击icon -> 加载动态链接库等 -> 映像文件加载imageLoader -> runtime -> load -> main -> delegate.
runtime的初始化函数在objc-os.mm中的_objc_init中, 这个方法在old-ABI中是由dylb在初始化动态链接库的时候调用的，现在是由libSystem在动态链接库初始化之前调用的：
/***********************************************************************
* _objc_init
* Bootstrap initialization. Registers our image notifier with dyld.
* Old ABI: called by dyld as a library initializer
* New ABI: called by libSystem BEFORE library initialization time
**********************************************************************/
void _objc_init(void)
{
......
// Register for unmap first, in case some +load unmaps something
_dyld_register_func_for_remove_image(&unmap_image);
dyld_register_image_state_change_handler(dyld_image_state_bound,
1/*batch*/, &map_2_images);
dyld_register_image_state_change_handler(dyld_image_state_dependents_initialized, 0/*not batch*/, &load_images);
}
在image（映像文件）加载完成后，会回调运行时的load_images方法：
const char *load_images(enum dyld_image_states state, uint32_t infoCount, const struct dyld_image_info infoList[])
{
bool found;
// Return without taking locks if there are no +load methods here.
found = false;
......
// Discover load methods
{
rwlock_writer_t lock2(runtimeLock);
//先load images
found = load_images_nolock(state, infoCount, infoList);
}
// Call +load methods (without runtimeLock - re-entrant)
if (found) {
//然后调用类的+load方法
call_load_methods();
}
return nil;
}
load_images在这个方法里先是调用load_images_nolock方法, 在这个方法里会调用prepare_load_methods方法去准备好要被调用的+load方法，我们先来看下prepare_load_methods方法的实现：
void prepare_load_methods(const headerType *mhdr)
{
size_t count, i;
runtimeLock.assertWriting();
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);
}
}
在这里，先是schedule_class_load(Class cls)方法去准备好所有满足＋load方法调用条件的类，这个方法会对入参的父类进行递归调用，以确保父类优先的顺序：
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);
}
当prepare_load_methods函数执行完之后，所有满足+load方法调用条件的类和分类就被分别保存在全局变量loadable_classes和loadable_categories中了。
准备好类和分类之后，接下来就是对他们的＋load方法进行调用了，找到call_load_methods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;
}
在这个方法里，会以类优先于分类的顺序调用+load方法，这里有两个关键的函数call_class_loads()和call_category_loads,这两个函数会遍历上一步中准备好的loadable_classes和loadable_categories的＋load方法，需要注意的是他们都是以函数内存地址的方式((*load_method)(cls, SEL_load))对＋load方法进行调用的，而不是使用发送消息objc_msgSend的方式.
这样，类和类别都实现加载，且load方法只要实现（不管分别在类、类别，或同时在类、类别里）都会被执行，而且因为直接调用的函数地址，因此如果子类未实现load方法，是不会调用父类的方法的。
那如果多个类别和类本身实现了load方法，执行顺序是：
1、类本身；
2、类别，按编译顺序，越前面的越先执行，查看编译顺序可以xcode - >project ->buld phases -> compile sources
Category增加方法原理
_objc_init里面的调用的map_images最终会调用objc-runtime-new.mm里面的_read_images方法，而在_read_images方法的结尾，有以下的代码片段：
// Discover categories.
for (EACH_HEADER) {
category_t **catlist =
_getObjc2CategoryList(hi, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
category_t *cat = catlist[i];
class_t *cls = remapClass(cat->cls);
if (!cls) {
// Category's target class is missing (probably weak-linked).
// Disavow any knowledge of this category.
catlist[i] = NULL;
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.
BOOL classExists = NO;
if (cat->instanceMethods || cat->protocols
|| cat->instanceProperties)
{
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi);
if (isRealized(cls)) {
remethodizeClass(cls);
classExists = YES;
}
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: found category -%s(%s) %s",
getName(cls), cat->name,
classExists ? "on existing class" : "");
}
}
if (cat->classMethods || cat->protocols
/* || cat->classProperties */)
{
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->isa, hi);
if (isRealized(cls->isa)) {
remethodizeClass(cls->isa);
}
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: found category +%s(%s)",
getName(cls), cat->name);
}
}
}
}
这段代码主要是：
1)、把category的实例方法、协议以及属性添加到类上
2)、把category的类方法和协议添加到类的metaclass上
category的各种列表是怎么最终添加到类上的，就拿实例方法列表来说吧：
在上述的代码片段里，addUnattachedCategoryForClass只是把类和category做一个关联映射，而remethodizeClass才是真正去处理添加事宜的功臣。
static void remethodizeClass(class_t *cls)
{
category_list *cats;
BOOL isMeta;
rwlock_assert_writing(&runtimeLock);
isMeta = isMetaClass(cls);
// Re-methodizing: check for more categories
if ((cats = unattachedCategoriesForClass(cls))) {
chained_property_list *newproperties;
const protocol_list_t **newprotos;
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: attaching categories to class '%s' %s",
getName(cls), isMeta ? "(meta)" : "");
}
// Update methods, properties, protocols
BOOL vtableAffected = NO;
attachCategoryMethods(cls, cats, &vtableAffected);
newproperties = buildPropertyList(NULL, cats, isMeta);
if (newproperties) {
newproperties->next = cls->data()->properties;
cls->data()->properties = newproperties;
}
newprotos = buildProtocolList(cats, NULL, cls->data()->protocols);
if (cls->data()->protocols && cls->data()->protocols != newprotos) {
_free_internal(cls->data()->protocols);
}
cls->data()->protocols = newprotos;
_free_internal(cats);
// Update method caches and vtables
flushCaches(cls);
if (vtableAffected) flushVtables(cls);
}
}
而对于添加类的实例方法而言，又会去调用attachCategoryMethods这个方法，我们去看下attachCategoryMethods：
static void
attachCategoryMethods(class_t *cls, category_list *cats,
BOOL *inoutVtablesAffected)
{
if (!cats) return;
if (PrintReplacedMethods) printReplacements(cls, cats);
BOOL isMeta = isMetaClass(cls);
method_list_t **mlists = (method_list_t **)
_malloc_internal(cats->count * sizeof(*mlists));
// Count backwards through cats to get newest categories first
int mcount = 0;
int i = cats->count;
BOOL fromBundle = NO;
while (i--) {
method_list_t *mlist = cat_method_list(cats->list[i].cat, isMeta);
if (mlist) {
mlists[mcount++] = mlist;
fromBundle |= cats->list[i].fromBundle;
}
}
attachMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle, inoutVtablesAffected);
_free_internal(mlists);
}
attachCategoryMethods做的工作相对比较简单，它只是把所有category的实例方法列表拼成了一个大的实例方法列表，然后转交给了attachMethodLists方法（我发誓，这是本节我们看的最后一段代码了_），这个方法有点长，我们只看一小段：
for (uint32_t m = 0;
(scanForCustomRR || scanForCustomAWZ) && m < mlist->count;
m++)
{
SEL sel = method_list_nth(mlist, m)->name;
if (scanForCustomRR && isRRSelector(sel)) {
cls->setHasCustomRR();
scanForCustomRR = false;
} else if (scanForCustomAWZ && isAWZSelector(sel)) {
cls->setHasCustomAWZ();
scanForCustomAWZ = false;
}
}
// Fill method list array
newLists[newCount++] = mlist;
.
.
.
// Copy old methods to the method list array
for (i = 0; i < oldCount; i++) {
newLists[newCount++] = oldLists[i];
}
需要注意的有两点：
category的方法没有“完全替换掉”原来类已经有的方法，也就是说如果category和原来类都有methodA，那么category附加完成之后，类的方法列表里会有两个methodA
category的方法被放到了新方法列表的前面，而原来类的方法被放到了新方法列表的后面，这也就是我们平常所说的category的方法会“覆盖”掉原来类的同名方法，这是因为运行时在查找方法的时候是顺着方法列表的顺序查找的，它只要一找到对应名字的方法，就会罢休_，殊不知后面可能还有一样名字的方法。
