学习写简书博客，每次写简书都是对过往的回顾
前言
这段时间换工作，发现面试经常会问到一个问题：
分类中能不能定义实例变量，为什么？
答案：不能。类的内存布局在编译时期就已经确定了，category是运行时才加载的早已经确定了内存布局所以无法添加实例变量，如果添加实例变量就会破坏category的内部布局。
继续追问：
1:为什么说category是在运行时加载的？
2：不能添加实例变量，那为什么能添加属性？
参考了一些大神的说法之后，最终在runtime源码里找到了答案。
先来看看在runtime中的结构体的样子
在分类转化为c++文件中可以看出_category_t结构体中，存放着类名，对象方法列表，类方法列表，协议列表，以及属性列表。
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc CategoryName.m
1:category小括号里写的名字
2:要扩展的类对象，编译期间这个值是不会有的，在app被runtime加载时才会根据name对应到类对象
3:这个category所有的-方法
4:这个category所有的+方法
5:这个category实现的protocol，比较不常用在category里面实现协议，但是确实支持的
6:这个category所有的property，这也是category里面可以定义属性的原因，不过这个property不会@synthesize实例变量，一般有需求添加实例变量属性时会采用objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject方法绑定方法绑定，不过这种方法生成的与一个普通的实例变量完全是两码事。
这里已经可以回答第二个问题了。
再看catagory如何添加进runtime
runtime源码下载链接:
链接: https://pan.baidu.com/s/11GLMCKU64trxksQaK9ZBvg 提取码: xu23
其实在main函数之前，将runtime通过dyld动态加载进来的时候生效的。怎么验证，再来看runtime源码：
先从objc_init开始，其中大量出现的image并不是图片，而是一个二进制文件（可执行文件或 so 文件），里面是被编译过的符号、代码等，所以 ImageLoader 作用是将这些文件加载进内存，且每一个文件对应一个ImageLoader实例来负责加载。
void _objc_init(void)
{
// fixme defer initialization until an objc-using image is found?
environ_init();
tls_init();
lock_init();
exception_init();
// 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_images);
dyld_register_image_state_change_handler(dyld_image_state_dependents_initialized, 0/*not batch*/, &load_images);
}
在load_images之后调用_read_images方法初始化map后的image，这里面干了很多的事情，像load所有的类、协议和category。
再仔细看category的初始化：
// 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);
// 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 (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);
}
}
}
}
__objc_catlist，就是上面category存放的数据段。
以上代码做的事：
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。
具体怎么做，主要是两个方法addUnattachedCategoryForClass和remethodizeClass。
addUnattachedCategoryForClass实现映射，remethodizeClass去做具体操作。
再往下看category的各种列表是怎么最终添加到类上的。
点开attachCategoryMethods方法可以看到它将所有category的实例方法列表拼成了一个大的实例方法列表，再通过attachMethodLists去加到方法列表里
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);
}
结论：
1)category的方法并没有“完全替换掉”原来类已经有的方法，而是把扩展的方法放入到方法列表的前头，举个栗子(原来的方法列表<a,b,c,>，扩展的方法是<1,2,3>，会变成<1,2,3,a,b,c>。)
2)为什么平常所说的category的方法会“覆盖”掉原来类的同名方法，就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，而且只要一找到对应名字的方法，就会结束查找。
另外的一些疑问
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。
反观扩展(extension)，作用是为一个已知的类添加一些私有的信息，必须有这个类的源码，才能扩展，它是在编译器生效的，所以能直接为类添加属性或者实例变量。
由此推想protocol添加属性会怎么？
由上面的分析是不是想到了protocol中添加属性？其实由protocol的用途也能猜测出：protocol是一系列的协议，要求代理去实现，自己并没有实现，方法或属性都是这样，只是做了声明要求代理去实现。所以添加的属性也只是声明其代理有实现这个属性，自身并没有实现其getter、setter以及ivar。有兴趣的朋友可以实践看看。
