hello category

事由：以前去面試，而後面試官問了我一些關於runtime的用法，我有說到Method Swizzling。經過在category的load中去修改咱們調用的方法，來達到全局修改的目的。隨後面試官問到關於category的實現，哇！ 尷尬，我好像歷來沒有想過這個問題。如今有時間就給整理一下，水平有限，確定會有不少不足。但願你們多多指點！多謝 zzz

category是Objective-C 2.0以後添加的語言特性. 通常咱們使用它有如下兩種場景

• 給系統類添加方法和屬性
• 經過組合的設計模式把類的實現分開成多個category在幾個不一樣的文件裏面
  • 能夠減小單個文件的體積
  • 能夠把不一樣的功能組織到不一樣的category裏
  • 能夠由多個開發者共同完成一個類
  • 能夠只加載本身想要的category，達到業務分離

關於問題（由於確實不知道該從什麼地方開始看起，因此強迫試的給本身定了幾個問題。讓本身去弄明白）

• category是什麼東西
• category是怎樣加載的
• category方法爲何能夠覆蓋宿主類的方法
• category的屬性跟方法是怎麼添加到宿主類的
• category爲何能夠添加屬性，方法，協議。缺不能添加成員變量

category是什麼東西

objc全部類和對象都是c結構體，category也同樣。咱們能夠經過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裏面有名字、宿主類的對象、實例方法列表、類方法列表、協議方法列表、屬列表性。能夠看到是沒有成員變量列表的，由於category是依賴runtime的，而在運行時對象的內存佈局已經肯定，若是添加實例變量就會破壞類的內部佈局，這對編譯型語言來講是災難性的。這就是爲何咱們沒有在_category_t裏面找到成員變量列表和category不能夠添加成員變量的緣由

category是怎樣加載的

上面咱們提到過category是依賴runtime的。那咱們來看一下runtime的加載過程。下面用到的runtime源碼都來自於點這！ 我下載的是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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開始是一些初始化方法

map_images方法表示將文件中的二進制文件映射到內存，category被添加到宿主類就發生在這個方法裏面。咱們來看一下這個方法實現

void
map_images(unsigned count, const char * const paths[],
           const struct mach_header * const mhdrs[])
{
    // 加鎖操做 保證在映射到dyld過程調用ABI是安全的
    rwlock_writer_t lock(runtimeLock);
    //函數在加鎖後就轉向了 map_images_nolock 函數
    return map_images_nolock(count, paths, mhdrs);
}
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map_images_nolock方法代碼太長，我就不粘過來了。它主要作的操做是在函數中，它檢查傳入的每一個 image，若是 image有須要的信息，就將它記錄在hList中，並將hCount 加一，最終判斷 hCount>0來調用_read_images讀取 image 中的數據 。

咱們再來看_read_images，方法有點長。我給跟category相關代碼截取出來了

for (EACH_HEADER) {
        // 獲取 鏡像中的全部分類
        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;
            // 從這開始，正式對category開始處理
            if (cat->instanceMethods ||  cat->protocols  
                ||  cat->instanceProperties) 
            {
                //爲類添加未依附的分類,把Category和類關聯起來
                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)) 
            {
                //爲類添加未依附的分類,把Category和metaClass關聯起來。由於類方法是存在元類中的
                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！ 終於 終於 到了最關鍵的方法了

首先。咱們調用remethodizeClass來調用category的幕後大佬----attachCategories方法,從名字就能夠看出來它的做用，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的加載順序是經過編譯順序決定的
     
     這樣倒序遍歷，保證先將數組內元素（category）的方法從後往前添加到新數組
     
     這樣編譯在後面的category方法會在數組的前面
     
     */
    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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獲得從新組合的數組在調用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 庫函數 void *realloc(void *ptr, size_t size) 嘗試從新調整以前調用 malloc 或 calloc 所分配的 ptr 所指向的內存塊的大小
        setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount)));
        array()->count = newCount;
        /*
         1.memmove
         
         函數原型：void *memmove(void *dest, const void *source, size_t count)
         
         返回值說明：返回指向dest的void *指針
         
         參數說明：dest,source分別爲目標串和源串的首地址。count爲要移動的字符的個數
         
         函數說明：memmove用於從source拷貝count個字符到dest，若是目標區域和源區域有重疊的話，memmove可以保證源串在被覆蓋以前將重疊區域的字節拷貝到目標區域中。
         
         
         
         2.memcpy
         
         
         
         函數原型：void *memcpy(void *dest, const void *source, size_t count);
         
         返回值說明：返回指向dest的void *指針
         
         函數說明：memcpy功能和memmove相同，可是memcpy中dest和source中的區域不能重疊，不然會出現未知結果。
 
         3.二者區別
         
         函數memcpy()   從source  指向的區域向dest指向的區域複製count個字符，若是兩數組重疊，不定義該函數的行爲。
         而memmove(),若是兩函數重疊，賦值仍正確進行。
         
         memcpy函數假設要複製的內存區域不存在重疊，若是你能確保你進行復制操做的的內存區域沒有任何重疊，能夠直接用memcpy；
         若是你不能保證是否有重疊，爲了確保複製的正確性，你必須用memmove。
         */
        
        /*
         這樣就完成將category方法列表裏面的方法 加到 class的方法列表裏面並且是前面。等到咱們再去調用class的方法時候，咱們經過去遍歷class的方法列表去查到SEL，找到就會調用相應方法。因爲category的方法在前面---致使因此會覆蓋宿主類原本的方法（這就是爲何category方法的優先級高於宿主類方法）
         屬性和協議同理！！！！！！！！！！！
         */
        
        //至關於給array()->lists 從新放在起始地址 = array()->lists的起始地址 + addedCount
        memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists, 
                oldCount * sizeof(array()->lists[0]));
        
        //至關於給addedLists 這個category新數組加到array()->的起始地址
        memcpy(array()->lists, addedLists, 
               addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        
    }
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以上應該能夠回答，以前提的全部問題。若有疑問，能夠聯繫我。

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筆者是一個剛入門iOSer

此次關於category的管中窺豹，必定有不少的不足，但願你們不吝賜教！

有任何問題能夠留言，或者直接聯繫QQ：346658618

但願能夠相互學習，一塊兒進步！