Objective-C Category 的实现原理[转]

对设计模式有必定了解的朋友应该据说过装饰模式，Objective-C 中的 Category 就是对装饰模式的一种具体实现。它的主要做用是在不改变原有类的前提下，动态地给这个类添加一些方法。在 Objective-C 中的具体体现为：实例（类）方法、属性和协议。是的，在 Objective-C 中能够用 Category 来实现协议。本文将结合 runtime（我下载的是当前的最新版本 objc4-646.tar.gz) 的源码来探究它实现的原理。html

使用场景

根据苹果官方文档对 Category 的描述，它的使用场景主要有三个：ios

给现有的类添加方法；
将一个类的实现拆分红多个独立的源文件；
声明私有的方法。

其中，第 1 个是最典型的使用场景，应用最普遍。git

注：Category 有一个很是容易误用的场景，那就是用 Category 来覆写父类或主类的方法。虽然目前 Objective-C 是容许这么作的，可是这种使用场景是很是不推荐的。使用 Category 来覆写方法有不少缺点，好比不能覆写 Category 中的方法、没法调用主类中的原始实现等，且很容易形成没法预估的行为。github

实现原理

咱们知道，不管咱们有没有主动引入 Category 的头文件，Category 中的方法都会被添加进主类中。咱们能够经过 - performSelector: 等方式对 Category 中的相应方法进行调用，之因此须要在调用的地方引入 Category 的头文件，只是为了“照顾”编译器同窗的感觉。objective-c

下面，咱们将结合 runtime 的源码探究下 Category 的实现原理。打开 runtime 源码工程，在文件 objc-runtime-new.mm 中找到如下函数：设计模式

 
      void _read_images(header_info **hList, uint32_t hCount) {  ...  _free_internal(resolvedFutureClasses);  }   // Discover categories.  for (EACH_HEADER) {  category_t **catlist =  _getObjc2CategoryList(hi, &count);  for (i = 0; i < count; i++) {  category_t *cat = catlist[i];  Class cls = remapClass(cat->cls);   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.  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 /* || 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); } } } } // Category discovery MUST BE LAST to avoid potential races // when other threads call the new category code before // this thread finishes its fixups. // +load handled by prepare_load_methods() ... }

从第 27-58 行的关键代码，咱们能够知道在这个函数中对 Category 作了以下处理：数组

将 Category 和它的主类（或元类）注册到哈希表中；
若是主类（或元类）已实现，那么重建它的方法列表。

在这里分了两种状况进行处理：Category 中的实例方法和属性被整合到主类中；而类方法则被整合到元类中（关于对象、类和元类的更多细节，能够参考我前面的博文《Objective-C 对象模型》）。另外，对协议的处理比较特殊，Category 中的协议被同时整合到了主类和元类中。app

咱们注意到，不论是哪一种状况，最终都是经过调用 static void remethodizeClass(Class cls) 函数来从新整理类的数据的。函数

 
      static void remethodizeClass(Class cls) {  ...  cls->nameForLogging(), isMeta ? "(meta)" : "");  }   // Update methods, properties, protocols   attachCategoryMethods(cls, cats, YES);   newproperties = buildPropertyList(nil, cats, isMeta);  if (newproperties) {  newproperties->next = cls->data()->properties;  cls->data()->properties = newproperties;  }   newprotos = buildProtocolList(cats, nil, cls->data()->protocols);  if (cls->data()->protocols && cls->data()->protocols != newprotos) {  _free_internal(cls->data()->protocols);  }  cls->data()->protocols = newprotos;   _free_internal(cats);  } }

这个函数的主要做用是将 Category 中的方法、属性和协议整合到类（主类或元类）中，更新类的数据字段 data() 中 method_lists（或 method_list）、properties 和 protocols 的值。进一步，咱们经过 attachCategoryMethods 函数的源码能够找到真正处理 Category 方法的 attachMethodLists 函数：ui

 
      static void attachMethodLists(Class cls, method_list_t **addedLists, int addedCount,  bool baseMethods, bool methodsFromBundle,  bool flushCaches) {  ...  newLists[newCount++] = mlist;  }   // Copy old methods to the method list array  for (i = 0; i < oldCount; i++) {  newLists[newCount++] = oldLists[i];  }  if (oldLists && oldLists != oldBuf) free(oldLists);   // nil-terminate  newLists[newCount] = nil;   if (newCount > 1) {  assert(newLists != newBuf);  cls->data()->method_lists = newLists;  cls->setInfo(RW_METHOD_ARRAY);  } else {  assert(newLists == newBuf);  cls->data()->method_list = newLists[0];  assert(!(cls->data()->flags & RW_METHOD_ARRAY));  } }

这个函数的代码量看上去比较多，可是咱们并不难理解它的目的。它的主要做用就是将类中的旧有方法和 Category 中新添加的方法整合成一个新的方法列表，并赋值给 method_lists 或 method_list 。经过探究这个处理过程，咱们也印证了一个结论，那就是主类中的方法和 Category 中的方法在 runtime 看来并无区别，它们是被同等对待的，都保存在主类的方法列表中。

不过，类的方法列表字段有一点特殊，它的结构是联合体，method_lists 和 method_list 共用同一块内存地址。当 newCount 的个数大于 1 时，使用 method_lists 来保存 newLists ，并将方法列表的标志位置为 RW_METHOD_ARRAY ，此时类的方法列表字段是 method_list_t 类型的指针数组；不然，使用 method_list 来保存 newLists ，并将方法列表的标志位置空，此时类的方法列表字段是 method_list_t 类型的指针。

 
      // class's method list is an array of method lists #define RW_METHOD_ARRAY (1<<20)  union {  method_list_t **method_lists; // RW_METHOD_ARRAY == 1  method_list_t *method_list; // RW_METHOD_ARRAY == 0 };

看过我上一篇博文《Objective-C +load vs +initialize》的朋友可能已经有所察觉了。咱们注意到 runtime 对 Category 中方法的处理过程并无对 +load 方法进行什么特殊地处理。所以，严格意义上讲 Category 中的 +load 方法跟普通方法同样也会对主类中的 +load 方法形成覆盖，只不过 runtime 在自动调用主类和 Category 中的 +load 方法时是直接使用各自方法的指针进行调用的。因此才会使咱们以为主类和 Category 中的 +load 方法好像互不影响同样。所以，当咱们手动给主类发送 +load 消息时，调用的一直会是分类中的 +load 方法，you should give it a try yourself 。

总结

Category 是 Objective-C 中很是强大的技术之一，使用得当的话能够给咱们的开发带来极大的便利。不少著名的开源库或多或少都会经过给系统类添加 Category 的方式提供强大功能，好比 AFNetworking 、ReactiveCocoa 、 SDWebImage 等。可是凡事有利必有弊，正由于 Category 很是强大，因此一旦误用就极可能会形成很是严重的后果。好比覆写系统类的方法，这是 iOS 开发新手常常会犯的一个错误，无论在任何状况下，切记必定不要这么作，No zuo no die 。

参考连接

https://developer.apple.com/library/ios/documentation/General/Conceptual/DevPedia-CocoaCore/Category.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008195-CH5-SW1 http://stackoverflow.com/questions/5272451/overriding-methods-using-categories-in-objective-c