Category的概述以及實(shí)現(xiàn)原理
Category和Class Extension 類擴(kuò)展的區(qū)別
Category中l(wèi)oad方法是什么時(shí)候調(diào)用的辐脖？
使用關(guān)聯(lián)對(duì)象為分類添加成員變量
load 與 initialize 的區(qū)別

作用

分類的主要作用就是在不改變?cè)蓄惖那疤嵯潞耍瑒?dòng)態(tài)地給這個(gè)類添加一些方法。具體在項(xiàng)目中大概有這么幾個(gè)好處：
1唇辨、分類在架構(gòu)設(shè)計(jì)上面可以達(dá)到解耦的效果。 開發(fā)過程中比較繁重啰嗦的業(yè)務(wù)代碼對(duì)項(xiàng)目的可讀性造成了壓力，為追求架構(gòu)清晰幕随，降低維護(hù)成本低豹障，可以通過分類進(jìn)行梳理冯事。典型的就是將項(xiàng)目中 AppDelegate 拆分。 AppDelegate 作為程序的入口血公，一般都會(huì)實(shí)現(xiàn)各種第三方 SDK 的初始化昵仅、寫各種版本的容錯(cuò)代碼、實(shí)現(xiàn)通知、支付邏輯等等功能摔笤，所以 AppDelegate 這個(gè)類很容易臃腫够滑，這個(gè)時(shí)候可以通過實(shí)現(xiàn) AppDelegate 分類來將不同的業(yè)務(wù)代碼分離囊颅。

2穿铆、通過實(shí)現(xiàn)分類的 load 方法來實(shí)現(xiàn) Method Swizzling

3、通過分類來為已知的類擴(kuò)展方法和屬性塞绿，Category 不會(huì)為我們的屬性添加實(shí)例變量和存取方法命辖，我們可以通過關(guān)聯(lián)對(duì)象這個(gè)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)象綁定

注意事項(xiàng)：
1：如果category中有和原有類同名的方法况毅，會(huì)優(yōu)先調(diào)用分類中的方法，就是說會(huì)忽略原有類的方法吮龄。
2：如果多個(gè)分類中都有和原有類中同名的方法俭茧，那么調(diào)用該方法的時(shí)候執(zhí)行誰由編譯器決定，編譯器會(huì)執(zhí)行最后一個(gè)參與編譯的分類中的方法漓帚。
3：過渡使用分類 也會(huì)導(dǎo)致APP項(xiàng)目 支離破碎感＋性能降低
4：我們?cè)诜诸愔刑砑恿藢傩灾竽刚到y(tǒng)只是為我們生成了get方法和set方法的聲明，并沒有為我們生成成員變量和方法的實(shí)現(xiàn)
5： 名字相同的分類會(huì)引起編譯報(bào)錯(cuò);

Category 的實(shí)現(xiàn)原理

我們知道 Objective-C 通過 Runtime 運(yùn)行時(shí)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)語言這個(gè)特性尝抖，所有的類和對(duì)象毡们，在 Runtime 中都是用結(jié)構(gòu)體來表示的，Category 在 Runtime 中是用結(jié)構(gòu)體 category_t 來表示的昧辽，下面是結(jié)構(gòu)體 category_t 具體表示：

typedef struct category_t {
    const char *name;//類的名字 主類名字
    classref_t cls;//類
    struct method_list_t *instanceMethods;//實(shí)例方法的列表
    struct method_list_t *classMethods;//類方法的列表
    struct protocol_list_t *protocols;//所有協(xié)議的列表
    struct property_list_t *instanceProperties;//添加的所有屬性
} category_t;

通過結(jié)構(gòu)體 category_t 可以知道衙熔，在 Category 中我們可以增加實(shí)例方法、類方法搅荞、協(xié)議红氯、屬性。我們這里簡述下 Category 的實(shí)現(xiàn)原理：

1咕痛、在編譯時(shí)期痢甘，會(huì)將分類中實(shí)現(xiàn)的方法生成一個(gè)結(jié)構(gòu)體 method_list_t 、將聲明的屬性生成一個(gè)結(jié)構(gòu)體 property_list_t 茉贡，然后通過這些結(jié)構(gòu)體生成一個(gè)結(jié)構(gòu)體 category_t 塞栅。
2、然后將結(jié)構(gòu)體 category_t 保存下來
3腔丧、在運(yùn)行時(shí)期放椰，Runtime 會(huì)拿到編譯時(shí)期我們保存下來的結(jié)構(gòu)體 category_t。然后將結(jié)構(gòu)體 category_t 中的實(shí)例方法列表愉粤、協(xié)議列表砾医、屬性列表添加到主類中。將結(jié)構(gòu)體 category_t 中的類方法列表科汗、協(xié)議列表添加到主類的 metaClass 中藻烤。

• 在程序運(yùn)行的時(shí)候，通過Runtime加載某個(gè)類的所有Category數(shù)據(jù)，同時(shí)將Category中的方法怖亭、屬性涎显、協(xié)議數(shù)據(jù)合并到一個(gè)大數(shù)組中，后來參與編譯的Category數(shù)據(jù)兴猩，會(huì)在數(shù)組的前面期吓。
• 將合并后的分類數(shù)據(jù)包括方法、屬性倾芝、協(xié)議等信息讨勤，插入到類原來數(shù)據(jù)的前面，所以這也就造成了如果分類和類中有相同的方法晨另，調(diào)用的時(shí)候會(huì)優(yōu)先調(diào)用分類的方法潭千，而且如果多個(gè)分類中有相同的名稱方法則會(huì)優(yōu)先調(diào)用最后參與編譯的
  
  編譯順序

例如上圖，如果這兩個(gè)分類中有相同名稱的方法則最終會(huì)調(diào)用紅框中的

因?yàn)樵创a太多 就不在一一貼圖解釋了借尿，這里列舉了源碼的閱讀順序刨晴，感興趣的朋友可以自己嘗試著去仔細(xì)分析一下

objc-os.mm
_objc_init
map_images
map_images_nolock

objc-runtime-new.mm
_read_images
remethodizeClass
attachCategories
attachLists
realloc、memmove路翻、 memcpy

Category 為什么不能添加實(shí)例變量

通過結(jié)構(gòu)體 category_t 狈癞，我們就可以知道，在 Category 中我們可以增加實(shí)例方法茂契、類方法蝶桶、協(xié)議、屬性掉冶。這里沒有 objc_ivar_list 結(jié)構(gòu)體真竖，代表我們不可以在分類中添加實(shí)例變量。

因?yàn)樵谶\(yùn)行期厌小，對(duì)象的內(nèi)存布局已經(jīng)確定疼邀，如果添加實(shí)例變量就會(huì)破壞類的內(nèi)部布局，這個(gè)就是 Category 中不能添加實(shí)例變量的根本原因召锈。

使用關(guān)聯(lián)對(duì)象為分類添加成員變量

上面我們說到 在分類中添加了屬性之后，系統(tǒng)只是為我們生成了get方法和set方法的聲明获询，并沒有為我們生成成員變量和方法的實(shí)現(xiàn)涨岁，下面我們來驗(yàn)證這一說法
我們?yōu)?code>GSPerson對(duì)象添加了一個(gè)分類, 并且在分類中設(shè)置了一個(gè)height的屬性,下面我們來使用一下該分類對(duì)象:

#import "GSPerson.h"
@interface GSPerson (Utility)
@property (nonatomic, assign) int height;
@end

image

我們?yōu)?code>height賦值20 ,運(yùn)行起來之后竟然奔潰了,并且提示我們

reason: '-[GSPerson setHeight:]: unrecognized selector sent to instance 0x1006259a0'

是不是印證了我們的說法?
那么我們?cè)撊绾螢?code>Category添加一個(gè)成員變量呢?答案是關(guān)聯(lián)對(duì)象:
其實(shí)主要涉及到關(guān)聯(lián)對(duì)象的兩個(gè)方法:objc_getAssociatedObject和 objc_setAssociatedObject

/*
 參數(shù)一：id object : 獲取哪個(gè)對(duì)象里面的關(guān)聯(lián)的屬性。
 參數(shù)二：void * == id key : 什么屬性吉嚣，與objc_setAssociatedObject中的key相對(duì)應(yīng)梢薪，即通過key值取出value。
 */
objc_getAssociatedObject(id _Nonnull object, const void * _Nonnull key)

/*
參數(shù)一：id object : 給哪個(gè)對(duì)象添加屬性尝哆，這里要給自己添加屬性秉撇，用self
參數(shù)二：void * == id key : 屬性名，根據(jù)key獲取關(guān)聯(lián)對(duì)象的屬性的值，在objc_getAssociatedObject中通過此key獲得屬性的值并返回琐馆。
參數(shù)三：id value : 關(guān)聯(lián)的值规阀，也就是set方法傳入的值給屬性去保存。
參數(shù)四：objc_AssociationPolicy policy : 策略瘦麸，屬性以什么形式保存谁撼。
 */
objc_setAssociatedObject(id _Nonnull object, const void * _Nonnull key,
                         id _Nullable value, objc_AssociationPolicy policy)

其中objc_AssociationPolicy policy策略是個(gè)枚舉值

typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,  // 指定一個(gè)弱引用相關(guān)聯(lián)的對(duì)象
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, // 指定相關(guān)對(duì)象的強(qiáng)引用，非原子性
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,  // 指定相關(guān)的對(duì)象被復(fù)制滋饲，非原子性
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,  // 指定相關(guān)對(duì)象的強(qiáng)引用厉碟，原子性
    OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403     // 指定相關(guān)的對(duì)象被復(fù)制，原子性   
};

具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下所示:

了解了這兩個(gè)方法后,為關(guān)聯(lián)對(duì)象添加屬性就非常的簡單了,比如為 GSPerson對(duì)象添加height屬性具體如下:

#import "GSPerson+Utility.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation GSPerson (Utility)
-(void)setHeight:(int)height{
    //key值只要是一個(gè)指針即可屠缭，我們可以傳入@selector(name)
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(height), @(height), OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
    
    //或者    
    //objc_setAssociatedObject(self, @"height", @(height), OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}
-(int)height{
   //_cmd == @selector(height)
   return  [objc_getAssociatedObject(self, _cmd) intValue];
   //或者
   //return  [objc_getAssociatedObject(self, @"height") intValue];
   
}
@end

那么問題來了箍鼓，我們用關(guān)聯(lián)對(duì)象為Category添加的成員變量具體是存儲(chǔ)在了哪呢？
下面我們通過一幅圖來了解下關(guān)聯(lián)對(duì)象的本質(zhì)：

• 關(guān)聯(lián)對(duì)象是由AssociationManager全局類管理并存儲(chǔ)在AssociationHashMap中款咖。
• 所有對(duì)象的關(guān)聯(lián)內(nèi)容都存在于一個(gè)全局容器中，和宿主類是無關(guān)的逢并。

Extension 類擴(kuò)展

一般用類擴(kuò)展做什么工作之剧？

• 聲明私有屬性
• 聲明私有方法，一般沒有多大用砍聊，只是為了閱讀方便而已
• 聲明私有成員變量

類擴(kuò)展有什么特點(diǎn)背稼？

• 編譯時(shí)決議
• 只以聲明的形式存在，多數(shù)情況下存在于宿主類的.m文件中
• 不能為系統(tǒng)類添加擴(kuò)展

Category和Class Extension 類擴(kuò)展的區(qū)別

有了上面的特點(diǎn)玻蝌，我們就方便的將分類和擴(kuò)展放到一起比較了蟹肘。

• 分類是在運(yùn)行時(shí)才會(huì)將數(shù)據(jù)合并到類信息中。而類擴(kuò)展在程序編譯的時(shí)候俯树，它的數(shù)據(jù)就已經(jīng)包含在類信息中了
• 分類中既可以有聲明也可以有實(shí)現(xiàn)帘腹，而類擴(kuò)展只以聲明的形式存在，多數(shù)情況下存在于宿主類的.m文件中
• 可以為系統(tǒng)類添加分類许饿，但是不能添加擴(kuò)展
• 在分類中只能添加“方法”阳欲，不能增加成員變量。而擴(kuò)展中既可以添加方法也可以添加成員變量陋率。

Category中l(wèi)oad方法是什么時(shí)候調(diào)用的球化？

image

load方法在程序啟動(dòng)加載類信息的時(shí)候就會(huì)調(diào)用。它是根據(jù)函數(shù)地址直接調(diào)用的瓦糟，而不是通過消息機(jī)制的筒愚。調(diào)用順序如下：

1. 先調(diào)用類的+load

   • 按照編譯先后順序調(diào)用（先編譯，先調(diào)用）
   • 調(diào)用子類的+load之前會(huì)先調(diào)用父類的+load

2. 再調(diào)用分類的+load

   • 按照編譯的先后順序調(diào)用（先編譯菩浙，先調(diào)用）

load巢掺、initialize的區(qū)別

1. 調(diào)用順序

以main為分界句伶，load方法在main函數(shù)之前執(zhí)行，initialize在main函數(shù)之后執(zhí)行

2.相同點(diǎn)和不同點(diǎn)

2.1 相同點(diǎn)

1. load和initialize會(huì)被自動(dòng)調(diào)用陆淀，不能手動(dòng)調(diào)用它們考余。
2. 子類實(shí)現(xiàn)了load和initialize的話，會(huì)隱式調(diào)用父類的load和initialize方法
3. load和initialize方法內(nèi)部使用了鎖倔约，因此它們是線程安全的秃殉。

2.2 不同點(diǎn)

子類中沒有實(shí)現(xiàn)load方法的話，不會(huì)調(diào)用父類的load方法浸剩；而子類如果沒有實(shí)現(xiàn)initialize方法的話钾军，也會(huì)自動(dòng)調(diào)用父類的initialize方法。
load方法是在類被裝在進(jìn)來的時(shí)候就會(huì)調(diào)用绢要，initialize在第一次給某個(gè)類發(fā)送消息時(shí)調(diào)用（比如實(shí)例化一個(gè)對(duì)象）吏恭，并且只會(huì)調(diào)用一次，是懶加載模式重罪，如果這個(gè)類一直沒有使用樱哼，就不回調(diào)用到initialize方法。

3. load

在執(zhí)行l(wèi)oad方法之前剿配，會(huì)調(diào)用load_images方法搅幅，用來掃描鏡像中的+ load符號(hào)，將需要調(diào)用 load 方法的類添加到一個(gè)列表中loadable_classes呼胚，在這個(gè)列表中茄唐，會(huì)先把父類加入到待加載列表，這樣保證父類在子類前調(diào)用load方法蝇更，而分類中的load方法會(huì)在類的load的方法后面加入另外一個(gè)待加載列表loadable_categories沪编，這樣保證了兩個(gè)規(guī)則：

1. 父類先于子類調(diào)用
2. 類先于分類調(diào)用

在掃描完load方法加入到待加載方法后，會(huì)調(diào)用call_load_methods年扩，先從loadable_classes調(diào)用類的load方法蚁廓，call_class_loads；調(diào)用完loadable_classes后會(huì)調(diào)用loadable_categories中分類的load方法厨幻，call_category_loads相嵌。

調(diào)用順序如下：

1. 父類load先于類添加到loadable_classes列表，通過call_class_loads况脆，調(diào)用列表中的load方法平绩，這樣父類的load先于類的load執(zhí)行
2. 當(dāng)loadable_classes為空的時(shí)候，查看loadable_classes是否為空漠另，如果不為空則調(diào)用call_category_loads加載分類中的load方法，這樣分類的load在類之后執(zhí)行

4. initialize

initialize 只會(huì)在對(duì)應(yīng)類的方法第一次被調(diào)用時(shí)跃赚，才會(huì)調(diào)用笆搓，initialize 方法是在 alloc 方法之前調(diào)用的性湿，alloc 的調(diào)用導(dǎo)致了前者的執(zhí)行。

initialize的調(diào)用棧中满败，直接調(diào)用其方法的其實(shí)是_class_initialize 這個(gè)C語言函數(shù)肤频，在這個(gè)方法中，主要是向?yàn)槌跏蓟念惏l(fā)送+initialize消息算墨，不過會(huì)強(qiáng)制父類先發(fā)送宵荒。

與 load 不同，initialize 方法調(diào)用時(shí)净嘀，所有的類都已經(jīng)加載到了內(nèi)存中报咳。

5. 使用場景

5.1 load

load一般是用來交換方法Method Swizzle，由于它是線程安全的挖藏，而且一定會(huì)調(diào)用且只會(huì)調(diào)用一次暑刃，通常在使用UrlRouter的時(shí)候注冊(cè)類的時(shí)候也在load方法中注冊(cè)

5.2 initialize

initialize方法主要用來對(duì)一些不方便在編譯期初始化的對(duì)象進(jìn)行賦值，或者說對(duì)一些靜態(tài)常量進(jìn)行初始化操作

總結(jié)：

一膜眠、調(diào)用方式

1岩臣、load是根據(jù)函數(shù)地址直接調(diào)用
2、initialize是通過objc_msgSend調(diào)用

二宵膨、調(diào)用時(shí)刻

1架谎、load是runtime加載類、分類的時(shí)候調(diào)用(只會(huì)調(diào)用一次)
2辟躏、initialize是類第一次接收到消息的時(shí)候調(diào)用, 每一個(gè)類只會(huì)initialize一次(如果子類沒有實(shí)現(xiàn)initialize方法, 會(huì)調(diào)用父類的initialize方法, 所以父類的initialize方法可能會(huì)調(diào)用多次)
3谷扣、load比initialize先調(diào)用

三、使用場景

load 和 initialize 方法本質(zhì)都是做初始化的鸿脓，只不過級(jí)別或者說針對(duì)的過程不一樣抑钟。load 只會(huì)調(diào)用一次，在 main 方法調(diào)用之前做初始化野哭，比如方法交換在塔。initialize 方法針對(duì)的是 main 方法之后，而且是懶加載(類第一次接收到消息的時(shí)候調(diào)用)拨黔，使用到時(shí)才初始化蛔溃。鑒于 objc_msgSend 的機(jī)制，存在多次調(diào)用的可能篱蝇，但是可以使用代碼進(jìn)行判斷贺待。

四、load和initialize的調(diào)用順序

load調(diào)用順序
調(diào)用順序零截，需要同時(shí)滿足四種規(guī)則
先調(diào)用類的load, 在調(diào)用分類的load
先編譯的類, 優(yōu)先調(diào)用load
調(diào)用子類的load之前, 會(huì)先調(diào)用父類的load(父類 -> 子類)
沒有父子關(guān)系的類及分類之間麸塞，按Build Phases ->Complie Source 中的編譯順序
特點(diǎn)：
load在父類，子類涧衙，分類之間的調(diào)用不存在覆蓋,只存在先后執(zhí)行順序
initialize調(diào)用順序
initialize調(diào)用的優(yōu)先級(jí)為 (父類分類 > 父類) > (子類分類 > 子類)
initialize在父類哪工，子類奥此，父分類，子分類之間的調(diào)用存在覆蓋【（父類與子類）（父分類與子分類）本類與分類雁比，兩兩存在覆蓋關(guān)系稚虎，兩組相互之間只會(huì)調(diào)用優(yōu)先級(jí)最高的一個(gè)】，有優(yōu)先級(jí)
特點(diǎn)：
優(yōu)先級(jí)：先分類后本類【分類覆蓋本類】
順序是：先父類后子類【存在先后執(zhí)行偎捎，不存在覆蓋】
通過消息機(jī)制調(diào)用, 當(dāng)子類沒有initialize方法時(shí), 會(huì)調(diào)用(父類分類>父類)的initialize方法, 所以(父類分類>父類)的initialize方法會(huì)調(diào)用多次