二、oc中 Category的原理分析

分类的底层结构

分类中的对象方法依然是存储在类对象中的,同本类对象方法在同一个地方,调用步骤也同调用对象方法一样。如果是类方法的话,也同样是存储在元类对象中。

struct category_t {
    const char *name;
    classref_t cls;
    struct method_list_t *instanceMethods; // 对象方法
    struct method_list_t *classMethods; // 类方法
    struct protocol_list_t *protocols; // 协议
    struct property_list_t *instanceProperties; // 属性
    // 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);
};

从源码基本可以看出我们平时使用categroy的方式,对象方法,类方法,协议,和属性都可以找到对应的存储方式。并且我们发现分类结构体中是不存在成员变量的,因此分类中是不允许添加成员变量的。分类中添加的属性并不会帮助我们自动生成成员变量,只会生成get set方法的声明,需要我们自己去实现。
通过源码我们发现,分类的方法,协议,属性等好像确实是存放在categroy结构体里面的,那么他又是如何存储在类对象中的呢?
底层代码中attachCategories函数接收了类对象cls和分类数组cats,如我们一开始写的代码所示,一个类可以有多个分类。之前我们说到分类信息存储在category_t结构体中,那么多个分类则保存在category_list中。

我们来到attachCategories函数内部。


image.png

上述源码中可以看出,首先根据方法列表,属性列表,协议列表,malloc分配内存,根据多少个分类以及每一块方法需要多少内存来分配相应的内存地址。之后从分类数组里面往三个数组里面存放分类数组里面存放的分类方法,属性以及协议放入对应mlist、proplists、protolosts数组中,这三个数组放着所有分类的方法,属性和协议。
之后通过类对象的data()方法,拿到类对象的class_rw_t结构体rw,在class结构中我们介绍过,class_rw_t中存放着类对象的方法,属性和协议等数据,rw结构体通过类对象的data方法获取,所以rw里面存放这类对象里面的数据。
之后分别通过rw调用方法列表、属性列表、协议列表的attachList函数,将所有的分类的方法、属性、协议列表数组传进去,我们大致可以猜想到在attachList方法内部将分类和本类相应的对象方法,属性,和协议进行了合并。
我们来看一下attachLists函数内部。


image.png
上述源代码中有两个重要的数组
array()->lists: 类对象原来的方法列表,属性列表,协议列表。
addedLists:传入所有分类的方法列表,属性列表,协议列表。
attachLists函数中最重要的两个方法为memmove内存移动和memcpy内存拷贝。

下面我们图示经过memmove和memcpy方法过后的内存变化。


image.png

经过memmove方法之后,我们发现,虽然本类的方法,属性,协议列表会分别后移,但是本类的对应数组的指针依然指向原始位置。


image.png

memcpy方法之后
image.png

我们发现原来指针并没有改变,至始至终指向开头的位置。并且经过memmove和memcpy方法之后,分类的方法,属性,协议列表被放在了类对象中原本存储的方法,属性,协议列表前面。

那么为什么要将分类方法的列表追加到本来的对象方法前面呢,这样做的目的是为了保证分类方法优先调用,我们知道当分类重写本类的方法时,会覆盖本类的方法。其实经过上面的分析我们知道本质上并不是覆盖,而是优先调用。本类的方法依然在内存中的。

总结:

问: Category的实现原理,以及Category为什么只能加方法不能加属性?
答:分类的实现原理是将category中的方法,属性,协议数据放在category_t结构体中,然后将结构体内的方法列表拷贝到类对象的方法列表中。
Category可以添加属性,但是并不会自动生成成员变量及set/get方法。因为category_t结构体中并不存在成员变量。通过之前对对象的分析我们知道成员变量是存放在实例对象中的,并且编译的那一刻就已经决定好了。而分类是在运行时才去加载的。那么我们就无法再程序运行时将分类的成员变量中添加到实例对象的结构体中。因此分类中不可以添加成员变量。

load 和 initialize

问:Category中有load方法吗?load方法是什么时候调用的?load 方法能继承吗?
答:Category中有load方法,load方法在程序启动装载类信息的时候就会调用。load方法可以继承。调用子类的load方法之前,会先调用父类的load方法
问:load、initialize的区别,以及它们在category重写的时候的调用的次序。
答:区别在于调用方式和调用时刻
调用方式:load是根据函数地址直接调用,initialize是通过objc_msgSend调用
调用时刻:load是runtime加载类、分类的时候调用(只会调用1次),initialize是类第一次接收到消息的时候调用,每一个类只会initialize一次(父类的initialize方法可能会被调用多次)
调用顺序:先调用类的load方法,先编译那个类,就先调用load。在调用load之前会先调用父类的load方法。分类中load方法不会覆盖本类的load方法,先编译的分类优先调用load方法。initialize先初始化父类,之后再初始化子类。如果子类没有实现+initialize,会调用父类的+initialize(所以父类的+initialize可能会被调用多次),如果分类实现了+initialize,就覆盖类本身的+initialize调用。

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