iOS RunTime之六：Category

Category 是 Objective-C 2.0 之后添加的特性，一般我们使用 Category 的场景主要可以动态地为已经存在的类扩展新的属性和方法。这样做的好处就是：

• 可以减少臃肿的代码。
• 可以把不同的功能拆开，方便以后的维护。

在runtime.h中查看定义中：

typedef struct objc_category *Category;

同样也是一个 objc_category 结构体，定义如下:

struct objc_category {
    char *category_name                                      OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *class_name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list *instance_methods                OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list *class_methods                   OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;

打开 objc 源代码，在objc-runtime-new.h中我们可以发现：

struct category_t { 
    const char *name; 
    classref_t cls; 
    struct method_list_t *instanceMethods; 
    struct method_list_t *classMethods;
    struct protocol_list_t *protocols;
    struct property_list_t *instanceProperties;
};

name：是指 class_name 而不是 category_name。
cls：要扩展的类对象，编译期间是不会定义的，而是在Runtime阶段通过name对应到对应的类对象。
instanceMethods：category中所有给类添加的实例方法的列表。
classMethods：category中所有添加的类方法的列表。
protocols：category实现的所有协议的列表。
instanceProperties：表示Category里所有的properties，这就是我们可以通过objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject增加实例变量的原因。

注意：

• OBJC2_UNAVAILABLE 之类的宏定义是苹果在 OC 中对系统运行版本进行约束的黑魔法，为的是兼容非 `Objective-C 2.0 的遗留逻辑，但我们仍能从中获得一些有价值的信息，有兴趣的可以查看源代码。
• 从上面的 category_t 的结构体中可以看出，分类中可以添加实例方法，类方法，甚至可以添加协议，添加属性，但是不可以添加成员变量。

下面看一个例子

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使用 clang 的命令去看看 category 到底会变成什么：

clang -rewrite-objc Person+Student.m

注意：

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解决方法 在终端中输入下面的命令：

sudo xcode-select --switch /Applications/Xcode.app/Contents/Developer

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然后打开文件目录，会发现多了一个 10w 多行的 .cpp 文件。

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通过 .cpp 文件中红我们可以看到：

• 首先编译器生成了实例方法列 _OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_Person_$_Student 和属性列表 _OBJC_$_PROP_LIST_Person_$_Student，两者的命名都遵循了公共前缀+类名+category名字的命名方式。
• 而且实例方法列表里面填充的正是我们在 Student 这个 category 里面写的方法 study，而属性列表里面填充的也正是我们在 Student 里添加的 age 属性。
• 还有一个需要注意到的事实就是 category 的名字用来给各种列表以及后面的 category 结构体本身命名，而且有 static 来修饰，所以在同一个编译单元里我们的 category 名不能重复，否则会出现编译错误。
• 其次，编译器生成了 category 本身 _OBJC_$_CATEGORY_Person_$_Student，并用前面生成的列表来初始化 category 本身。

Category的原理

想深入了解 Category 的原理，请查看苹果的源码，这里是 objc4-680/ 我们知道，Objective-C 的运行是依赖 runtime，而 runtime 则依赖于 dyld 动态加载，在 objc-os.mm 文件中可以找到入口，它的调用栈简单整理如下:

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Category 被附加到类上面是在 map_images 的时候发生的，在 new-ABI 的标准下，_objc_init 里面的调用的 map_images 最终会调用 objc-runtime-new.mm 里面的 _read_images 方法，而在 _read_images 方法的结尾，有以下的代码片段：

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从上面的代码中可以看出：

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

在这里分了两种情况进行处理：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。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。

值得注意的是，在代码中有一小段注释 /* || cat->classProperties */，根据注释可见苹果曾经计划利用 Category 来添加属性。addUnattachedCategoryForClass 只是把类和 category 做一个关联映射，然后在 remethodizeClass 真正的去做处理。

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通过 remethodizeClass 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，查看 attachCategories 这个函数：

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首先，通过 while 循环，遍历所有的 Category，也就是参数 cats 中的 list 属性。对于每一个 Category，得到它的方法列表 mlist 、proplist 和 protolist 并存入 mlists 、proplists 和 protolists 中。换句话说，它的主要作用就是将 Category 中的方法、属性和协议拼接到类（主类或元类）中，更新类的数据字段 data() 中 mlist、proplist 和 protolist 的值。

通过以上可以看出：

• Category 的方法没有“完全替换掉”原来类已经有的方法，也就是说如果 Category 和原来类都有 methodA，那么 category 附加完成之后，类的方法列表里会有两个 methodA。
• Category 的方法被放到了新方法列表的前面，而原来类的方法被放到了新方法列表的后面，这也就是我们平常所说的 Category 的方法会“覆盖”掉原来类的同名方法，这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，它只要一找到对应名字的方法，就会罢休，殊不知后面可能还有一样名字的方法。