【Objective-C】探索Category底层的实质
无论一个类设计的多么完美,在未来的需求演进中,都有可能会碰到一些无法预测的情况。那怎么扩展已有的类呢?一般而言,继承和组合是不错的选择。但是在Objective-C 2.0中,又提供了category这个语言特性,可以动态地为已有类添加新行为。如今category已经遍布于Objective-C代码的各个角落,从Apple官方的framework到各个开源框架,从功能繁复的大型APP到简单的应用,catagory无处不在。本文对category做了比较全面的整理,希望对读者有所裨益。
Objective-C中类别特性的作用如下:
(1)可以将类的实现分散到多个不同文件或多个不同框架中(补充新的方法)。
(2)可以创建私有方法的前向引用。
(3)可以向对象添加非正式协议。
Objective-C中类别特性的局限性如下:
(1)类别只能想原类中添加新的方法,且只能添加而不能删除或修改原方法,不能向原类中添加新的属性。
(2)类别向原类中添加的方法是全局有效的而且优先级最高,如果和原类的方法重名,那么会无条件覆盖掉原来的方法。
一、Category的底层实现
Objective-C 通过 Runtime 运行时来实现动态语言这个特性,所有的类和对象,在 Runtime 中都是用结构体来表示的,Category 在 Runtime 中是用结构体 category_t 来表示的,下面是结构体 category_t 具体表示:
typedef struct category_t {
const char *name;//类的名字 主类名字
classref_t cls;//类
struct method_list_t *instanceMethods;//实例方法的列表
struct method_list_t *classMethods;//类方法的列表
struct protocol_list_t *protocols;//所有协议的列表
struct property_list_t *instanceProperties;//添加的所有属性
} category_t;
从category的定义也可以看出category的可为(可以添加实例方法,类方法,甚至可以实现协议,添加属性)和不可为(无法添加实例变量)。
我们将结合 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
中找到以下函数:
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 = ; 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() ...
}
我们可以知道在这个函数中对 Category 做了如下处理:
(1)将 Category 和它的主类(或元类)注册到哈希表中;
(2)如果主类(或元类)已实现,那么重建它的方法列表;
Category的实现原理:
- 在编译时期,会将分类中实现的方法生成一个结构体 method_list_t 、将声明的属性生成一个结构体 property_list_t ,然后通过这些结构体生成一个结构体 category_t 。
- 然后将结构体 category_t 保存下来
- 在运行时期,Runtime 会拿到编译时期我们保存下来的结构体 category_t
- 然后将结构体 category_t 中的实例方法列表、协议列表、属性列表添加到主类中
- 将结构体 category_t 中的类方法列表、协议列表添加到主类的 metaClass 中
二、为何Category中的方法优先级高于原类中的方法?
// 这里大概就类似这样子插入
newproperties->next = cls->data()->properties;
cls->data()->properties = newproperties;,
三、为何Category中不能添加实例变量?
通过结构体 category_t ,我们就可以知道,在 Category 中我们可以增加实例方法、类方法、协议、属性。这里没有 objc_ivar_list 结构体,代表我们不可以在分类中添加实例变量。
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