hello category

事由：以前去面试，而后面试官问了我一些关于runtime的用法，我有说到Method Swizzling。经过在category的load中去修改咱们调用的方法，来达到全局修改的目的。随后面试官问到关于category的实现，哇！ 尴尬，我好像历来没有想过这个问题。如今有时间就给整理一下，水平有限，确定会有不少不足。但愿你们多多指点！多谢 zzz

category是Objective-C 2.0以后添加的语言特性. 通常咱们使用它有如下两种场景

• 给系统类添加方法和属性
• 经过组合的设计模式把类的实现分开成多个category在几个不一样的文件里面
  • 能够减小单个文件的体积
  • 能够把不一样的功能组织到不一样的category里
  • 能够由多个开发者共同完成一个类
  • 能够只加载本身想要的category，达到业务分离

关于问题（由于确实不知道该从什么地方开始看起，因此强迫试的给本身定了几个问题。让本身去弄明白）

• category是什么东西
• category是怎样加载的
• category方法为何能够覆盖宿主类的方法
• category的属性跟方法是怎么添加到宿主类的
• category为何能够添加属性，方法，协议。缺不能添加成员变量

category是什么东西

objc全部类和对象都是c结构体，category也同样。咱们能够经过clang去看一下

struct _category_t {
	const char *name;
	struct _class_t *cls;
	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;
};
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_category_t里面有名字、宿主类的对象、实例方法列表、类方法列表、协议方法列表、属列表性。能够看到是没有成员变量列表的，由于category是依赖runtime的，而在运行时对象的内存布局已经肯定，若是添加实例变量就会破坏类的内部布局，这对编译型语言来讲是灾难性的。这就是为何咱们没有在_category_t里面找到成员变量列表和category不能够添加成员变量的缘由

category是怎样加载的

上面咱们提到过category是依赖runtime的。那咱们来看一下runtime的加载过程。下面用到的runtime源码都来自于点这！ 我下载的是723最新的版本

void _objc_init(void)
{
    static bool initialized = false;
    if (initialized) return;
    initialized = true;
    
    // fixme defer initialization until an objc-using image is found?
    environ_init();
    tls_init();
    static_init();
    lock_init();
    exception_init();
    _dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);
}
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开始是一些初始化方法

map_images方法表示将文件中的二进制文件映射到内存，category被添加到宿主类就发生在这个方法里面。咱们来看一下这个方法实现

void
map_images(unsigned count, const char * const paths[],
           const struct mach_header * const mhdrs[])
{
    // 加锁操做 保证在映射到dyld过程调用ABI是安全的
    rwlock_writer_t lock(runtimeLock);
    //函数在加锁后就转向了 map_images_nolock 函数
    return map_images_nolock(count, paths, mhdrs);
}
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map_images_nolock方法代码太长，我就不粘过来了。它主要作的操做是在函数中，它检查传入的每一个 image，若是 image有须要的信息，就将它记录在hList中，并将hCount 加一，最终判断 hCount>0来调用_read_images读取 image 中的数据 。

咱们再来看_read_images，方法有点长。我给跟category相关代码截取出来了

for (EACH_HEADER) {
        // 获取 镜像中的全部分类
        category_t **catlist = 
            _getObjc2CategoryList(hi, &count);
        bool hasClassProperties = hi->info()->hasCategoryClassProperties();

        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;
            // 从这开始，正式对category开始处理
            if (cat->instanceMethods ||  cat->protocols  
                ||  cat->instanceProperties) 
            {
                //为类添加未依附的分类,把Category和类关联起来
                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  
                ||  (hasClassProperties && cat->_classProperties)) 
            {
                //为类添加未依附的分类,把Category和metaClass关联起来。由于类方法是存在元类中的
                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);
                }
            }
        }
    }
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哇！ 终于 终于 到了最关键的方法了

首先。咱们调用remethodizeClass来调用category的幕后大佬----attachCategories方法,从名字就能够看出来它的做用，添加category

plz show me the code !!!

static void 
attachCategories(Class cls, category_list *cats, bool flush_caches)
{
    if (!cats) return;
    if (PrintReplacedMethods) printReplacements(cls, cats);

    bool isMeta = cls->isMetaClass();

    // fixme rearrange to remove these intermediate allocations
    method_list_t **mlists = (method_list_t **)
        malloc(cats->count * sizeof(*mlists));
    property_list_t **proplists = (property_list_t **)
        malloc(cats->count * sizeof(*proplists));
    protocol_list_t **protolists = (protocol_list_t **)
        malloc(cats->count * sizeof(*protolists));

    // Count backwards through cats to get newest categories first
    /*
     #warning attachCategories
     
     category的加载顺序是经过编译顺序决定的
     
     这样倒序遍历，保证先将数组内元素（category）的方法从后往前添加到新数组
     
     这样编译在后面的category方法会在数组的前面
     
     */
    int mcount = 0;
    int propcount = 0;
    int protocount = 0;
    int i = cats->count;
    bool fromBundle = NO;
    while (i--) {
        auto& entry = cats->list[i];

        method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
        if (mlist) {
            mlists[mcount++] = mlist;
            fromBundle |= entry.hi->isBundle();
        }

        property_list_t *proplist = 
            entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);
        if (proplist) {
            proplists[propcount++] = proplist;
        }

        protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocols;
        if (protolist) {
            protolists[protocount++] = protolist;
        }
    }

    auto rw = cls->data();

    prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
    rw->methods.attachLists(mlists, mcount);
    free(mlists);
    if (flush_caches  &&  mcount > 0) flushCaches(cls);

    rw->properties.attachLists(proplists, propcount);
    free(proplists);

    rw->protocols.attachLists(protolists, protocount);
    free(protolists);
}
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获得从新组合的数组在调用attachLists方法

void attachLists(List* const * addedLists, uint32_t addedCount) {
    if (addedCount == 0) return;

    if (hasArray()) {
        // many lists -> many lists
        uint32_t oldCount = array()->count;
        uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
        
        //C 库函数 void *realloc(void *ptr, size_t size) 尝试从新调整以前调用 malloc 或 calloc 所分配的 ptr 所指向的内存块的大小
        setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount)));
        array()->count = newCount;
        /*
         1.memmove
         
         函数原型：void *memmove(void *dest, const void *source, size_t count)
         
         返回值说明：返回指向dest的void *指针
         
         参数说明：dest,source分别为目标串和源串的首地址。count为要移动的字符的个数
         
         函数说明：memmove用于从source拷贝count个字符到dest，若是目标区域和源区域有重叠的话，memmove可以保证源串在被覆盖以前将重叠区域的字节拷贝到目标区域中。
         
         
         
         2.memcpy
         
         
         
         函数原型：void *memcpy(void *dest, const void *source, size_t count);
         
         返回值说明：返回指向dest的void *指针
         
         函数说明：memcpy功能和memmove相同，可是memcpy中dest和source中的区域不能重叠，不然会出现未知结果。
 
         3.二者区别
         
         函数memcpy()   从source  指向的区域向dest指向的区域复制count个字符，若是两数组重叠，不定义该函数的行为。
         而memmove(),若是两函数重叠，赋值仍正确进行。
         
         memcpy函数假设要复制的内存区域不存在重叠，若是你能确保你进行复制操做的的内存区域没有任何重叠，能够直接用memcpy；
         若是你不能保证是否有重叠，为了确保复制的正确性，你必须用memmove。
         */
        
        /*
         这样就完成将category方法列表里面的方法 加到 class的方法列表里面并且是前面。等到咱们再去调用class的方法时候，咱们经过去遍历class的方法列表去查到SEL，找到就会调用相应方法。因为category的方法在前面---致使因此会覆盖宿主类原本的方法（这就是为何category方法的优先级高于宿主类方法）
         属性和协议同理！！！！！！！！！！！
         */
        
        //至关于给array()->lists 从新放在起始地址 = array()->lists的起始地址 + addedCount
        memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists, 
                oldCount * sizeof(array()->lists[0]));
        
        //至关于给addedLists 这个category新数组加到array()->的起始地址
        memcpy(array()->lists, addedLists, 
               addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        
    }
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以上应该能够回答，以前提的全部问题。若有疑问，能够联系我。

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笔者是一个刚入门iOSer

此次关于category的管中窥豹，必定有不少的不足，但愿你们不吝赐教！

有任何问题能够留言，或者直接联系QQ：346658618

但愿能够相互学习，一块儿进步！