本文载自: http://blog.csdn.net/a316212802/article/details/49894421
挑灯细览-category真面目
我们知道，所有的OC类和对象，在runtime层都是用struct表示的，category也不例外，在runtime层，category用结构体category_t（在objc-runtime-new.h中可以找到此定义），它包含了
1)、类的名字（name）
2)、类（cls）
3)、category中所有给类添加的实例方法的列表（instanceMethods）
4)、category中所有添加的类方法的列表（classMethods）
5)、category实现的所有协议的列表（protocols）
6)、category中添加的所有属性（instanceProperties）
typedefstructcategory_t {constchar*name; classref_t cls;structmethod_list_t *instanceMethods;structmethod_list_t *classMethods;structprotocol_list_t *protocols;structproperty_list_t *instanceProperties;} 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）。
ok，我们先去写一个category看一下category到底为何物：
MyClass.h：
#import@interfaceMyClass:NSObject- (void)printName;@end@interfaceMyClass(MyAddition)@property(nonatomic, copy)NSString*name;- (void)printName;@end
MyClass.m：
#import"MyClass.h"@implementationMyClass- (void)printName{NSLog(@"%@",@"MyClass");}@end@implementationMyClass(MyAddition)- (void)printName{NSLog(@"%@",@"MyAddition");}@end
我们使用clang的命令去看看category到底会变成什么：
clang -rewrite-objc MyClass.m
好吧，我们得到了一个3M大小，10w多行的.cpp文件（这绝对是Apple值得吐槽的一点），我们忽略掉所有和我们无关的东西，在文件的最后，我们找到了如下代码片段：
staticstruct/*_method_list_t*/{unsignedintentsize;// sizeof(struct _objc_method)unsignedintmethod_count;struct_objc_method method_list[1];} _OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_MyClass_$_MyAddition __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {sizeof(_objc_method),1,{{(structobjc_selector *)"printName","v16@0:8", (void*)_I_MyClass_MyAddition_printName}}};staticstruct/*_prop_list_t*/{unsignedintentsize;// sizeof(struct _prop_t)unsignedintcount_of_properties;struct_prop_t prop_list[1];} _OBJC_$_PROP_LIST_MyClass_$_MyAddition __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {sizeof(_prop_t),1,{{"name","T@\"NSString\",C,N"}}};extern"C"__declspec(dllexport)struct_class_t OBJC_CLASS_$_MyClass;staticstruct_category_t _OBJC_$_CATEGORY_MyClass_$_MyAddition __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) ={"MyClass",0,// &OBJC_CLASS_$_MyClass,(conststruct_method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_MyClass_$_MyAddition,0,0,(conststruct_prop_list_t *)&_OBJC_$_PROP_LIST_MyClass_$_MyAddition,};staticvoidOBJC_CATEGORY_SETUP_$_MyClass_$_MyAddition(void) {_OBJC_$_CATEGORY_MyClass_$_MyAddition.cls = &OBJC_CLASS_$_MyClass;}#pragma section(".objc_inithooks$B", long, read, write)__declspec(allocate(".objc_inithooks$B"))staticvoid*OBJC_CATEGORY_SETUP[] = {(void*)&OBJC_CATEGORY_SETUP_$_MyClass_$_MyAddition,};staticstruct_class_t *L_OBJC_LABEL_CLASS_$ [1] __attribute__((used, section ("__DATA, __objc_classlist,regular,no_dead_strip")))= {&OBJC_CLASS_$_MyClass,};staticstruct_class_t *_OBJC_LABEL_NONLAZY_CLASS_$[] = {&OBJC_CLASS_$_MyClass,};staticstruct_category_t *L_OBJC_LABEL_CATEGORY_$ [1] __attribute__((used, section ("__DATA, __objc_catlist,regular,no_dead_strip")))= {&_OBJC_$_CATEGORY_MyClass_$_MyAddition,};
我们可以看到，
1)、首先编译器生成了实例方法列表OBJC$CATEGORY_INSTANCE_METHODS_MyClass$MyAddition和属性列表_OBJC$PROP_LIST_MyClass$MyAddition，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MyAddition这个category里面写的方法printName，而属性列表里面填充的也正是我们在MyAddition里添加的name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。
2)、其次，编译器生成了category本身_OBJC$CATEGORY_MyClass$MyAddition，并用前面生成的列表来初始化category本身。
3)、最后，编译器在DATA段下的objc_catlist section里保存了一个大小为1的category_t的数组L_OBJC_LABEL_CATEGORY$（当然，如果有多个category，会生成对应长度的数组^_^），用于运行期category的加载。
到这里，编译器的工作就接近尾声了，对于category在运行期怎么加载，我们下节揭晓。
我们知道，Objective-C的运行是依赖OC的runtime的，而OC的runtime和其他系统库一样，是OS X和iOS通过dyld动态加载的。
想了解更多dyld地同学可以移步这里（3）。
对于OC运行时，入口方法如下（在objc-os.mm文件中）：
void_objc_init(void){staticboolinitialized =false;if(initialized)return; initialized =true;// fixme defer initialization until an objc-using image is found?environ_init(); tls_init(); lock_init(); exception_init();// Register for unmap first, in case some +load unmaps something_dyld_register_func_for_remove_image(&unmap_image); dyld_register_image_state_change_handler(dyld_image_state_bound,1/*batch*/, &map_images); dyld_register_image_state_change_handler(dyld_image_state_dependents_initialized,0/*not batch*/, &load_images);}
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：
// Discover categories.for(EACH_HEADER) { category_t **catlist = _getObjc2CategoryList(hi, &count);for(i =0; i < count; i++) { category_t *cat = catlist[i]; class_t *cls = remapClass(cat->cls);if(!cls) {// Category's target class is missing (probably weak-linked).// Disavow any knowledge of this category.catlist[i] = NULL;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(isRealized(cls)) { remethodizeClass(cls); classExists = YES; }if(PrintConnecting) { _objc_inform("CLASS: found category -%s(%s) %s", getName(cls), cat->name, classExists ?"on existing class":""); } }if(cat->classMethods || cat->protocols/* || cat->classProperties */) { addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->isa, hi);if(isRealized(cls->isa)) { remethodizeClass(cls->isa); }if(PrintConnecting) { _objc_inform("CLASS: found category +%s(%s)", getName(cls), cat->name); } } } }
首先，我们拿到的catlist就是上节中讲到的编译器为我们准备的category_t数组，关于是如何加载catlist本身的，我们暂且不表，这和category本身的关系也不大，有兴趣的同学可以去研究以下Apple的二进制格式和load机制。
略去PrintConnecting这个用于log的东西，这段代码很容易理解：
1)、把category的实例方法、协议以及属性添加到类上
2)、把category的类方法和协议添加到类的metaclass上
值得注意的是，在代码中有一小段注释 /|| cat->classProperties/，看来苹果有过给类添加属性的计划啊。
ok，我们接着往里看，category的各种列表是怎么最终添加到类上的，就拿实例方法列表来说吧：
在上述的代码片段里，addUnattachedCategoryForClass只是把类和category做一个关联映射，而remethodizeClass才是真正去处理添加事宜的功臣。
staticvoidremethodizeClass(class_t *cls){ category_list *cats; BOOL isMeta; rwlock_assert_writing(&runtimeLock); isMeta = isMetaClass(cls);// Re-methodizing: check for more categoriesif((cats = unattachedCategoriesForClass(cls))) { chained_property_list *newproperties;constprotocol_list_t **newprotos;if(PrintConnecting) { _objc_inform("CLASS: attaching categories to class '%s' %s", getName(cls), isMeta ?"(meta)":""); }// Update methods, properties, protocolsBOOL vtableAffected = NO; attachCategoryMethods(cls, cats, &vtableAffected); newproperties = buildPropertyList(NULL, cats, isMeta);if(newproperties) { newproperties->next = cls->data()->properties; cls->data()->properties = newproperties; } newprotos = buildProtocolList(cats, NULL, cls->data()->protocols);if(cls->data()->protocols && cls->data()->protocols != newprotos) { _free_internal(cls->data()->protocols); } cls->data()->protocols = newprotos; _free_internal(cats);// Update method caches and vtablesflushCaches(cls);if(vtableAffected) flushVtables(cls); }}
而对于添加类的实例方法而言，又会去调用attachCategoryMethods这个方法，我们去看下attachCategoryMethods：
staticvoidattachCategoryMethods(class_t *cls, category_list *cats, BOOL *inoutVtablesAffected){if(!cats)return;if(PrintReplacedMethods) printReplacements(cls, cats); BOOL isMeta = isMetaClass(cls); method_list_t **mlists = (method_list_t **) _malloc_internal(cats->count *sizeof(*mlists));// Count backwards through cats to get newest categories firstintmcount =0;inti = cats->count; BOOL fromBundle = NO;while(i--) { method_list_t *mlist = cat_method_list(cats->list[i].cat, isMeta);if(mlist) { mlists[mcount++] = mlist; fromBundle |= cats->list[i].fromBundle; } } attachMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle, inoutVtablesAffected); _free_internal(mlists);}
attachCategoryMethods做的工作相对比较简单，它只是把所有category的实例方法列表拼成了一个大的实例方法列表，然后转交给了attachMethodLists方法（我发誓，这是本节我们看的最后一段代码了^_^），这个方法有点长，我们只看一小段：
for(uint32_t m =0; (scanForCustomRR || scanForCustomAWZ) && m < mlist->count; m++) { SEL sel = method_list_nth(mlist, m)->name;if(scanForCustomRR && isRRSelector(sel)) { cls->setHasCustomRR(); scanForCustomRR =false; }elseif(scanForCustomAWZ && isAWZSelector(sel)) { cls->setHasCustomAWZ(); scanForCustomAWZ =false; } }// Fill method list arraynewLists[newCount++] = mlist; . . .// Copy old methods to the method list arrayfor(i =0; i < oldCount; i++) { newLists[newCount++] = oldLists[i]; }
需要注意的有两点：
1)、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
2)、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。
我们知道，在类和category中都可以有+load方法，那么有两个问题：
1)、在类的+load方法调用的时候，我们可以调用category中声明的方法么？
2)、这么些个+load方法，调用顺序是咋样的呢？
鉴于上述几节我们看的代码太多了，对于这两个问题我们先来看一点直观的：
我们的代码里有MyClass和MyClass的两个category （Category1和Category2），MyClass和两个category都添加了+load方法，并且Category1和Category2都写了MyClass的printName方法。
在Xcode中点击Edit Scheme，添加如下两个环境变量（可以在执行load方法以及加载category的时候打印log信息，更多的环境变量选项可参见objc-private.h）:
运行项目，我们会看到控制台打印很多东西出来，我们只找到我们想要的信息，顺序如下：
objc[1187]: REPLACED: -[MyClass printName] by category Category1
objc[1187]: REPLACED: -[MyClass printName] by category Category2
.
.
.
objc[1187]: LOAD: class 'MyClass' scheduled for +load
objc[1187]: LOAD: category 'MyClass(Category1)' scheduled for +load
objc[1187]: LOAD: category 'MyClass(Category2)' scheduled for +load
objc[1187]: LOAD: +[MyClass load]
.
.
.
objc[1187]: LOAD: +[MyClass(Category1) load]
.
.
.
objc[1187]: LOAD: +[MyClass(Category2) load]
所以，对于上面两个问题，答案是很明显的：
1)、可以调用，因为附加category到类的工作会先于+load方法的执行
2)、+load的执行顺序是先类，后category，而category的+load执行顺序是根据编译顺序决定的。
目前的编译顺序是这样的：
我们调整一个Category1和Category2的编译顺序，run。ok，我们可以看到控制台的输出顺序变了：
objc[1187]: REPLACED: -[MyClass printName] by category Category2
objc[1187]: REPLACED: -[MyClass printName] by category Category1
.
.
.
objc[1187]: LOAD: class 'MyClass' scheduled for +load
objc[1187]: LOAD: category 'MyClass(Category2)' scheduled for +load
objc[1187]: LOAD: category 'MyClass(Category1)' scheduled for +load
objc[1187]: LOAD: +[MyClass load]
.
.
.
objc[1187]: LOAD: +[MyClass(Category2) load]
.
.
.
objc[1187]: LOAD: +[MyClass(Category1) load]
虽然对于+load的执行顺序是这样，但是对于“覆盖”掉的方法，则会先找到最后一个编译的category里的对应方法。
这一节我们只是用很直观的方式得到了问题的答案，有兴趣的同学可以继续去研究一下OC的运行时代码。
鉴于上面几节我们已经把原理都讲了，这一节只有一个问题:
怎么调用到原来类中被category覆盖掉的方法？
对于这个问题，我们已经知道category其实并不是完全替换掉原来类的同名方法，只是category在方法列表的前面而已，所以我们只要顺着方法列表找到最后一个对应名字的方法，就可以调用原来类的方法：
Class currentClass = [MyClass class];MyClass *my = [[MyClass alloc] init];if(currentClass) {unsignedintmethodCount; Method *methodList = class_copyMethodList(currentClass, &methodCount); IMP lastImp =NULL; SEL lastSel =NULL;for(NSIntegeri =0; i < methodCount; i++) { Method method = methodList[i];NSString*methodName = [NSStringstringWithCString:sel_getName(method_getName(method)) encoding:NSUTF8StringEncoding];if([@"printName"isEqualToString:methodName]) { lastImp = method_getImplementation(method); lastSel = method_getName(method); } }typedefvoid(*fn)(id,SEL);if(lastImp !=NULL) { fn f = (fn)lastImp; f(my,lastSel); } free(methodList);}
如上所见，我们知道在category里面是无法为category添加实例变量的。但是我们很多时候需要在category中添加和对象关联的值，这个时候可以求助关联对象来实现。
MyClass+Category1.h:
#import"MyClass.h"@interfaceMyClass(Category1)@property(nonatomic,copy)NSString*name;@end
MyClass+Category1.m:
#import"MyClass+Category1.h"#import@implementationMyClass(Category1)+ (void)load{NSLog(@"%@",@"load in Category1");}- (void)setName:(NSString*)name{ objc_setAssociatedObject(self,"name", name, OBJC_ASSOCIATION_COPY);}- (NSString*)name{NSString*nameObject = objc_getAssociatedObject(self,"name");returnnameObject;}@end
但是关联对象又是存在什么地方呢？ 如何存储？ 对象销毁时候如何处理关联对象呢？
我们去翻一下runtime的源码，在objc-references.mm文件中有个方法_object_set_associative_reference：
void_object_set_associative_reference(id object,void*key, id value, uintptr_t policy) {// retain the new value (if any) outside the lock.ObjcAssociation old_association(0, nil); id new_value = value ? acquireValue(value, policy) : nil; { AssociationsManager manager; AssociationsHashMap &associations(manager.associations()); disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);if(new_value) {// break any existing association.AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);if(i != associations.end()) {// secondary table existsObjectAssociationMap *refs = i->second; ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);if(j != refs->end()) { old_association = j->second; j->second = ObjcAssociation(policy, new_value); }else{ (*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value); } }else{// create the new association (first time).ObjectAssociationMap *refs =newObjectAssociationMap; associations[disguised_object] = refs; (*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value); _class_setInstancesHaveAssociatedObjects(_object_getClass(object)); } }else{// setting the association to nil breaks the association.AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);if(i != associations.end()) { ObjectAssociationMap *refs = i->second; ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);if(j != refs->end()) { old_association = j->second; refs->erase(j); } } } }// release the old value (outside of the lock).if(old_association.hasValue()) ReleaseValue()(old_association);}
我们可以看到所有的关联对象都由AssociationsManager管理，而AssociationsManager定义如下：
classAssociationsManager {staticOSSpinLock _lock;staticAssociationsHashMap *_map;// associative references: object pointer -> PtrPtrHashMap.public: AssociationsManager() { OSSpinLockLock(&_lock); } ~AssociationsManager() { OSSpinLockUnlock(&_lock); } AssociationsHashMap &associations() {if(_map == NULL) _map =newAssociationsHashMap();return*_map; }};
AssociationsManager里面是由一个静态AssociationsHashMap来存储所有的关联对象的。这相当于把所有对象的关联对象都存在一个全局map里面。而map的的key是这个对象的指针地址（任意两个不同对象的指针地址一定是不同的），而这个map的value又是另外一个AssociationsHashMap，里面保存了关联对象的kv对。
而在对象的销毁逻辑里面，见objc-runtime-new.mm:
void*objc_destructInstance(id obj) {if(obj) { Class isa_gen = _object_getClass(obj); class_t *isa = newcls(isa_gen);// Read all of the flags at once for performance.boolcxx = hasCxxStructors(isa);boolassoc = !UseGC && _class_instancesHaveAssociatedObjects(isa_gen);// This order is important.if(cxx) object_cxxDestruct(obj);if(assoc) _object_remove_assocations(obj);if(!UseGC) objc_clear_deallocating(obj); }returnobj;}
嗯，runtime的销毁对象函数objc_destructInstance里面会判断这个对象有没有关联对象，如果有，会调用_object_remove_assocations做关联对象的清理工作。
