對設計模式有必定了解的朋友應該據說過裝飾模式，Objective-C 中的 Category 就是對裝飾模式的一種具體實現。它的主要做用是在不改變原有類的前提下，動態地給這個類添加一些方法。在 Objective-C 中的具體體現爲：實例（類）方法、屬性和協議。是的，在 Objective-C 中能夠用 Category 來實現協議。本文將結合 runtime（我下載的是當前的最新版本 objc4-646.tar.gz) 的源碼來探究它實現的原理。html
使用場景
根據蘋果官方文檔對 Category 的描述，它的使用場景主要有三個：ios
- 給現有的類添加方法；
- 將一個類的實現拆分紅多個獨立的源文件；
- 聲明私有的方法。
其中，第 1 個是最典型的使用場景，應用最普遍。git
注：Category 有一個很是容易誤用的場景，那就是用 Category 來覆寫父類或主類的方法。雖然目前 Objective-C 是容許這麼作的，可是這種使用場景是很是不推薦的。使用 Category 來覆寫方法有不少缺點，好比不能覆寫 Category 中的方法、沒法調用主類中的原始實現等，且很容易形成沒法預估的行爲。github
實現原理
咱們知道，不管咱們有沒有主動引入 Category 的頭文件，Category 中的方法都會被添加進主類中。咱們能夠經過 - performSelector: 等方式對 Category 中的相應方法進行調用，之因此須要在調用的地方引入 Category 的頭文件，只是爲了「照顧」編譯器同窗的感覺。objective-c
下面，咱們將結合 runtime 的源碼探究下 Category 的實現原理。打開 runtime 源碼工程，在文件 objc-runtime-new.mm 中找到如下函數：設計模式
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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 = 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 /* || 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() ... } |
從第 27-58 行的關鍵代碼，咱們能夠知道在這個函數中對 Category 作了以下處理：數組
- 將 Category 和它的主類（或元類）註冊到哈希表中；
- 若是主類（或元類）已實現，那麼重建它的方法列表。
在這裏分了兩種狀況進行處理：Category 中的實例方法和屬性被整合到主類中；而類方法則被整合到元類中（關於對象、類和元類的更多細節，能夠參考我前面的博文《Objective-C 對象模型》）。另外，對協議的處理比較特殊，Category 中的協議被同時整合到了主類和元類中。app
咱們注意到，不論是哪一種狀況，最終都是經過調用 static void remethodizeClass(Class cls) 函數來從新整理類的數據的。函數
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static void remethodizeClass(Class cls) { ... cls->nameForLogging(), isMeta ? "(meta)" : ""); } // Update methods, properties, protocols attachCategoryMethods(cls, cats, YES); newproperties = buildPropertyList(nil, cats, isMeta); if (newproperties) { newproperties->next = cls->data()->properties; cls->data()->properties = newproperties; } newprotos = buildProtocolList(cats, nil, cls->data()->protocols); if (cls->data()->protocols && cls->data()->protocols != newprotos) { _free_internal(cls->data()->protocols); } cls->data()->protocols = newprotos; _free_internal(cats); } } |
這個函數的主要做用是將 Category 中的方法、屬性和協議整合到類（主類或元類）中，更新類的數據字段 data() 中 method_lists（或 method_list）、properties 和 protocols 的值。進一步，咱們經過 attachCategoryMethods 函數的源碼能夠找到真正處理 Category 方法的 attachMethodLists 函數：ui
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static void attachMethodLists(Class cls, method_list_t **addedLists, int addedCount, bool baseMethods, bool methodsFromBundle, bool flushCaches) { ... newLists[newCount++] = mlist; } // Copy old methods to the method list array for (i = 0; i < oldCount; i++) { newLists[newCount++] = oldLists[i]; } if (oldLists && oldLists != oldBuf) free(oldLists); // nil-terminate newLists[newCount] = nil; if (newCount > 1) { assert(newLists != newBuf); cls->data()->method_lists = newLists; cls->setInfo(RW_METHOD_ARRAY); } else { assert(newLists == newBuf); cls->data()->method_list = newLists[0]; assert(!(cls->data()->flags & RW_METHOD_ARRAY)); } } |
這個函數的代碼量看上去比較多，可是咱們並不難理解它的目的。它的主要做用就是將類中的舊有方法和 Category 中新添加的方法整合成一個新的方法列表，並賦值給 method_lists 或 method_list 。經過探究這個處理過程，咱們也印證了一個結論，那就是主類中的方法和 Category 中的方法在 runtime 看來並無區別，它們是被同等對待的，都保存在主類的方法列表中。
不過，類的方法列表字段有一點特殊，它的結構是聯合體，method_lists 和 method_list 共用同一塊內存地址。當 newCount 的個數大於 1 時，使用 method_lists 來保存 newLists ，並將方法列表的標誌位置爲 RW_METHOD_ARRAY ，此時類的方法列表字段是 method_list_t 類型的指針數組；不然，使用 method_list 來保存 newLists ，並將方法列表的標誌位置空，此時類的方法列表字段是 method_list_t 類型的指針。
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// class's method list is an array of method lists #define RW_METHOD_ARRAY (1<<20) union { method_list_t **method_lists; // RW_METHOD_ARRAY == 1 method_list_t *method_list; // RW_METHOD_ARRAY == 0 }; |
看過我上一篇博文《Objective-C +load vs +initialize》的 朋友可能已經有所察覺了。咱們注意到 runtime 對 Category 中方法的處理過程並無對 +load 方法進行什麼特殊地處理。所以，嚴格意義上講 Category 中的 +load 方法跟普通方法同樣也會對主類中的 +load 方法形成覆蓋，只不過 runtime 在自動調用主類和 Category 中的 +load 方法時是直接使用各自方法的指針進行調用的。因此纔會使咱們以爲主類和 Category 中的 +load 方法好像互不影響同樣。所以，當咱們手動給主類發送 +load 消息時，調用的一直會是分類中的 +load 方法，you should give it a try yourself 。
總結
Category 是 Objective-C 中很是強大的技術之一，使用得當的話能夠給咱們的開發帶來極大的便利。不少著名的開源庫或多或少都會經過給系統類添加 Category 的方式提供強大功能，好比 AFNetworking 、ReactiveCocoa 、 SDWebImage 等。可是凡事有利必有弊，正由於 Category 很是強大，因此一旦誤用就極可能會形成很是嚴重的後果。好比覆寫系統類的方法，這是 iOS 開發新手常常會犯的一個錯誤，無論在任何狀況下，切記必定不要這麼作，No zuo no die 。
參考連接
https://developer.apple.com/library/ios/documentation/General/Conceptual/DevPedia-CocoaCore/Category.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008195-CH5-SW1 http://stackoverflow.com/questions/5272451/overriding-methods-using-categories-in-objective-c