hello category-优快云博客

事由：之前去面试，然后面试官问了我一些关于runtime的用法，我有说到Method Swizzling。通过在category的load中去修改我们调用的方法，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，我好像从来没有想过这个问题。现在有时间就给整理一下，水平有限，肯定会有很多不足。希望大家多多指点！多谢 zzz

category是Objective-C 2.0之后添加的语言特性. 一般我们使用它有以下两种场景

给系统类添加方法和属性
通过组合的设计模式把类的实现分开成多个category在几个不同的文件里面
- 可以减少单个文件的体积
- 可以把不同的功能组织到不同的category里
- 可以由多个开发者共同完成一个类
- 可以只加载自己想要的category，达到业务分离

关于问题（因为确实不知道该从什么地方开始看起，所以强迫试的给自己定了几个问题。让自己去弄明白）

category是什么东西
category是怎样加载的
category方法为什么可以覆盖宿主类的方法
category的属性跟方法是怎么添加到宿主类的
category为什么可以添加属性，方法，协议。缺不能添加成员变量

`category`是什么东西

objc所有类和对象都是c结构体，category也一样。我们可以通过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。可以看到是没有成员变量列表的，因为category是依赖runtime的，而在运行时对象的内存布局已经确定，如果添加实例变量就会破坏类的内部布局，这对编译型语言来说是灾难性的。这就是为什么我们没有在_category_t里面找到成员变量列表和category不可以添加成员变量的原因

`category`是怎样加载的

上面我们提到过category是依赖runtime的。那我们来看一下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。我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[])
{
    // 加锁操作 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。它主要做的操作是在函数中，它检查传入的每个 image，如果 image有需要的信息，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。

我们再来看_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 镜像中的所有分类
        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。因为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。我们调用remethodizeClass来调用category的幕后大佬----attachCategories方法,从名字就可以看出来它的作用，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的加载顺序是通过编译顺序决定的
     
     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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得到重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) 尝试重新调整之前调用 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，如果目标区域和源区域有重叠的话，memmove能够保证源串在被覆盖之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，但是memcpy中dest和source中的区域不能重叠，否则会出现未知结果。
 
         3.两者区别
         
         函数memcpy()   从source  指向的区域向dest指向的区域复制count个字符，如果两数组重叠，不定义该函数的行为。
         而memmove(),如果两函数重叠，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，如果你能确保你进行复制操作的的内存区域没有任何重叠，可以直接用memcpy；
         如果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的方法列表里面而且是前面。等到我们再去调用class的方法时候，我们通过去遍历class的方法列表去查到SEL，找到就会调用相应方法。由于category的方法在前面---导致所以会覆盖宿主类本来的方法（这就是为什么category方法的优先级高于宿主类方法）
         属性和协议同理！！！！！！！！！！！
         */
        
        //相当于给array()->lists 重新放在起始地址 = array()->lists的起始地址 + addedCount
        memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists, 
                oldCount * sizeof(array()->lists[0]));
        
        //相当于给addedLists 这个category新数组加到array()->的起始地址
        memcpy(array()->lists, addedLists, 
               addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        
    }
复制代码