Categroy底层原理

一、Category概念?

Category是Objective-C 2.0之后添加的语言特性,分类、类别其实都是指的CategoryCategory的主要作用是为已经存在的类添加方法。

可以把类的实现分开在几个不同的文件里面,这样做有几个好处,如下
  • 1.减少单个文件的体积
  • 2.把不同的功能组织到不同的category里
  • 3.由多个开发者共同完成一个类
  • 4.按需加载想要的category
  • 5.声明私有方法

二、Category源码分析

RMPerson

#import <Foundation/Foundation.h>
@interface RMPerson : NSObject
@end

#import "RMPerson.h"
@implementation RMPerson
@end

RMPerson+(Test)

#import "RMPerson.h"

@interface RMPerson (Test) <NSCopying>
- (void)text;

+ (void)text1;

@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) double weight;
@end
----------------------------------------------------------
#import "RMPerson+Test.h"
@implementation RMPerson (Test)
- (void)text {
    NSLog(@"TEST---111111111111");
}

+ (void)text1 {
    NSLog(@"TEST---222222222222");
}
@end

RMPerson类和RMPerson分类-RMPerson+(Test),我们通过xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc RMPerson+(Test).mRMPerson+(Test)转换成C/C++源码。窥探下源码的内容(由于内容比较多,上重要的部分)

分类结构体
struct _category_t {
    const char *name;  //类名称
    struct _class_t *cls;  //类指针
    const struct _method_list_t *instance_methods; //对象方法列表
    const struct _method_list_t *class_methods; //类方法列表
    const struct _protocol_list_t *protocols; //协议方法列表
    const struct _prop_list_t *properties; //属性列表
};
void _read_images(header_info **hList, uint32_t hCount, int totalClasses, int unoptimizedTotalClasses)
{
        // Discover categories. 
    for (EACH_HEADER) {
        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;
            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 || (hasClassProperties && 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);
                }
            }
        }
    }
}

由上面源码我们阅读可得出

  • 1.将分类的对象方法、对象协议方法、对象属性整理到类对象中
  • 2.将分类的类方法整理到元类对象中
    而从源码中,我们可注意到,无论哪种整理都是通过调用static void remethodizeClass(Class cls)函数来重新整理类的数据,下面我们来看看remethodizeClass函数如何整理类信息
static void remethodizeClass(Class cls)
{
    category_list *cats;
    bool isMeta;

    runtimeLock.assertWriting();

    isMeta = cls->isMetaClass();

    // Re-methodizing: check for more categories
    if ((cats = unattachedCategoriesForClass(cls, false/*not realizing*/))) {
        if (PrintConnecting) {
            _objc_inform("CLASS: attaching categories to class '%s' %s", 
                         cls->nameForLogging(), isMeta ? "(meta)" : "");
        }
        // 附加分类
        attachCategories(cls, cats, true /*flush caches*/);        
        free(cats);
    }
}

这个函数的主要作用是将 Category 中的方法、属性和协议整合到类(主类或元类)中,然后通过数据字段 data() 得到类对象里面的数据,将 所有分类的对象方法、属性、协议,通过attachCategoryMethods函数附加到类对象的方法列表中,而attachCategoryMethods 函数才是正在处理Category方法的

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)); // 方法列表
    property_list_t **proplists = (property_list_t **) 
        malloc(cats->count * sizeof(*proplists)); // 属性列表
    protocol_list_t **protolists = (protocol_list_t **)
        malloc(cats->count * sizeof(*protolists)); // 协议列表
    
    // Count backwards through cats to get newest categories first
    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;  // 从最后编译的分类开始取出
            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;
        }
    }
    
    // 得到类对象里面的数据
    auto rw = cls->data();

    prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
    // 将所有分类的对象方法,附加到类对象的方法列表中
    rw->methods.attachLists(mlists, mcount);
    free(mlists);
    if (flush_caches  &&  mcount > 0) flushCaches(cls);
    
    // 将所有分类的属性,附加到类对象的属性列表中
    rw->properties.attachLists(proplists, propcount);
    free(proplists);
    
    //将所有分类的协议,附加到类对象的协议中
    rw->protocols.attachLists(protolists, protocount);
    free(protolists);
}

attachLists函数里主要的是memmove函数memcpy函数memmove函数将原来的方法往后移动了addedCount(分类的方法数量)个位置,memcpy函数将分类的方法添加到原来类方法列表的位置,这样就完美将分类的方法、协议、属性添加到了类信息中

    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;
            setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount)));
            array()->count = newCount;
            // array()->lists 原来的方法列表
            memmove(array()->lists + addedCount,
                    array()->lists,
                    oldCount * sizeof(array()->lists[0]));
            // addedLists 所有分类的方法列表
            memcpy(array()->lists,
                   addedLists, 
                   addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        }
        else if (!list  &&  addedCount == 1) {
            // 0 lists -> 1 list
            list = addedLists[0];
        } 
        else {
            // 1 list -> many lists
            List* oldList = list;
            uint32_t oldCount = oldList ? 1 : 0;
            uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
            setArray((array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount)));
            array()->count = newCount;
            if (oldList) array()->lists[addedCount] = oldList;
            memcpy(array()->lists, addedLists, 
                   addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        }
    }

贴一下源码的阅读顺序,有兴趣的同学可以下载源码阅读一下:
源码解读顺序,如下

  • objc-os.mm
  • _objc_init
  • map_images
  • map_images_nolock
  • objc-runtime-new.mm
  • _read_images
  • remethodizeClass
  • attachCategories
  • attachLists
  • realloc、memmove、 memcpy

总结:

1.通过runtime加载某个类的所有Category数据
2.把所有Category的方法、属性、协议数据,合并到一个大数组中,后面参与编辑的Category,会在数组的前面。
3.将合并后的分类数据(方法、属性、协议),插入到类原来数据的前面
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