iOS底層原理總結(jié) -- 利用Runtime源碼 分析Category的底層實(shí)現(xiàn)
窺探iOS底層實(shí)現(xiàn)--OC對(duì)象的本質(zhì)(一)
窺探iOS底層實(shí)現(xiàn)--OC對(duì)象的本質(zhì)(二)
窺探iOS底層實(shí)現(xiàn)--OC對(duì)象的分類：instance、class果元、meta-calss對(duì)象的isa和superclass
窺探iOS底層實(shí)現(xiàn)-- KVO/KVC的本質(zhì)
iOS底層原理總結(jié) -- 利用Runtime源碼 分析Category的底層實(shí)現(xiàn)
...
前言：
本文總結(jié)了一下Category中的內(nèi)部去實(shí)現(xiàn)部分闷煤，代碼部分較多谢床，添加了注釋，閱讀起來可能比較枯燥谈截。但是請(qǐng)大家務(wù)必堅(jiān)持讀完屯伞。會(huì)有更多的收貨，
思考：
Category的實(shí)現(xiàn)原理浙巫？
為什么Category的中的方法會(huì)優(yōu)先調(diào)用？
延伸問題 - 如果多個(gè)分類中都實(shí)現(xiàn)了同一個(gè)方法刷后，那么在調(diào)用該方法的時(shí)候會(huì)優(yōu)先調(diào)用哪一個(gè)方法的畴？
擴(kuò)展和分類的區(qū)別？
Category 基本實(shí)現(xiàn)
首先 看一下分類代碼代碼的實(shí)現(xiàn) 可選擇性跳過
<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="objective-c" cid="n41" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; background-color: rgb(51, 51, 51); font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; background-position: initial initial; background-repeat: initial initial;">///> main.h
int main(int argc, const char *argv[]){
@autoreleasepool{
Person *person = [[Person alloc] init]
[person run];
[person test];
[person eat];
}
return 0
}
?
///> person
@interface Person: NSObject
@end
@implementation Person
- (void)run{
Nslog(@"run")
}
@end
?
///> person+test
@interface Person(test) - (void)test;
@end
@implementation Person(test) - (void)test{
Nslog(@"test")
}
@end
///> person+Eat
@interface Person(eat)
- (void)eat;
@end
@implementation Person(eat) - (void)eat{
Nslog(@"eat")
}
@end</pre>
<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="shell" cid="n109" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; background-color: rgb(51, 51, 51); font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; background-position: initial initial; background-repeat: initial initial;">xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 - OC源文件 -o 輸出的CPP文件</pre>
<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="objective-c" cid="n45" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; background-color: rgb(51, 51, 51); font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; background-position: initial initial; background-repeat: initial initial;">struct _category_t{
const char *name; ///> 分類的名字
struct _class_t *cls; ///> class
const struct _method_list_t *instance_methods; ///> 實(shí)例方法列表
const struct _method_list_t *class_methods; ///> 類方法列表
const struct _protocol_list_t *protocols; ///> 協(xié)議
const struct _prop_list_t *properties; ///> 屬性
}</pre>
<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="c++" cid="n117" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; background-color: rgb(51, 51, 51); font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; background-position: initial initial; background-repeat: initial initial;">static struct category_t OBJC_Test attribute ((userd, section("__DATA,__objc_const")))={
///> 屬于那個(gè)類的分類
"Person",
///> class
0,
///> 對(duì)象方法列表
(const struct _method_list_t *)&OBJCTest,
///> 類方法列表
(const struct _method_list_t *)&OBJCTest,
///> 協(xié)議列表
0, // (const _protocol_list_t *)&OBJC_CATEGORY_PROTOCOLS_Test,
///> 屬性列表
0, // (const _prop_list_t *)&OBJC_Test,
}</pre>
-
搜索 "catrgory_t {"
<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="c++" cid="n78" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; background-color: rgb(51, 51, 51); font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; background-position: initial initial; background-repeat: initial initial;">struct category_t {
const char *name;
classref_t cls;
struct method_list_t *instanceMethods;
struct method_list_t *classMethods;
struct protocol_list_t *protocols;
struct property_list_t *instanceProperties;
// Fields below this point are not always present on disk.
struct property_list_t *_classProperties;
?
method_list_t *methodsForMeta(bool isMeta) {
if (isMeta) return classMethods;
else return instanceMethods;
}
?
property_list_t *propertiesForMeta(bool isMeta, struct header_info *hi);
};</pre>可以看到 Runtime中的結(jié)構(gòu)和上面的category_t的結(jié)構(gòu)類似惠险。
-
Runtime的程序入口文件為objc-os.mm 文件苗傅，
-
我這里直接到 有關(guān)Category的代碼部分 在objc-runtime-new.mm文件中 搜搜Discover categories. 的注釋代碼
<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="c++" cid="n130" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; background-color: rgb(51, 51, 51); font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; background-position: initial initial; background-repeat: initial initial;"> // Discover categories.
for (EACH_HEADER) {
/**
catlist 是一個(gè)二維數(shù)組，
每一個(gè)分類都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)category_t的結(jié)構(gòu)體
這里的二維數(shù)組放了兩個(gè)分類結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容 如代碼中的 eat和test
catlist = [[],[]]
*/
category_t **catlist =
_getObjc2CategoryList(hi, &count);
bool hasClassProperties = hi->info()->hasCategoryClassProperties();
?
///> 將每一個(gè)數(shù)組中的內(nèi)容遍歷
for (i = 0; i < count; i++) {
///> 獲取 單獨(dú)的category_t結(jié)構(gòu)體
category_t *cat = catlist[i];
///> 重新映射class 取出結(jié)構(gòu)體的class
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;
/// 判斷結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容
if (cat->instanceMethods || cat->protocols
|| cat->instanceProperties)
{
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi);
if (cls->isRealized()) {
/// 核心內(nèi)容 ： 重新組織類中的方法
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))
{
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->ISA(), hi);
if (cls->ISA()->isRealized()) {
/// 核心內(nèi)容 ： 重新組織類中的元類方法
remethodizeClass(cls->ISA());
}
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: found category +%s(%s)",
cls->nameForLogging(), cat->name);
}
}
}
}</pre>以上代碼中找到了 核心的方法： remethodizeClass 使用了兩次 班巩， 重新組織類的方法和元類的方法
-
command+單機(jī)渣慕，進(jìn)入
<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="c++" cid="n144" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; background-color: rgb(51, 51, 51); font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; background-position: initial initial; background-repeat: initial initial;">static void remethodizeClass(Class cls)
{
category_list cats;
bool isMeta;
runtimeLock.assertWriting();
isMeta = cls->isMetaClass();
// Re-methodizing: check for more categories
if ((cats = unattachedCategoriesForClass(cls, false/not realizing*/))) {
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: attaching categories to class '%s' %s",
cls->nameForLogging(), isMeta ? "(meta)" : "");
}///> 附加分類的代碼調(diào)用 ， 傳入了 類對(duì)象抱慌、分類逊桦。
///> cls: [Person class]
///> cats: [category_t(test), category_t(eat)]
attachCategories(cls, cats, true /flush caches/);
free(cats);
}
}</pre> -
command 進(jìn)入 attachCategories(cls, cats, true /flush caches/); 方法
<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="c++" cid="n157" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; background-color: rgb(51, 51, 51); font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; background-position: initial initial; background-repeat: initial initial;">///> cls: [Person class]
///> cats: [category_t(test), category_t(eat)]
static void
attachCategories(Class cls, category_list *cats, bool flush_caches){
if (!cats) return;
if (PrintReplacedMethods) printReplacements(cls, cats);
?
///> 是否是元類對(duì)象
bool isMeta = cls->isMetaClass();
?
// fixme rearrange to remove these intermediate allocations
///> malloc 分配內(nèi)存
///> 方法數(shù)組 二維數(shù)組 eg:[[method_t,method_t], [method_t,method_t]]
method_list_t **mlists = (method_list_t *)
malloc(cats->count * sizeof(mlists));///> 屬性數(shù)組 eg:[[property_t,property_t], [property_t,property_t]]
property_list_t **proplists = (property_list_t *)
malloc(cats->count * sizeof(proplists));///> 協(xié)議數(shù)組 eg:[[protocol_t,protocol_t], [protocol_t,protocol_t]]
protocol_list_t **protolists = (protocol_list_t *)
malloc(cats->count * sizeof(protolists));
?
// Count backwards through cats to get newest categories first
int mcount = 0;
int propcount = 0;
int protocount = 0;
int i = cats->count;
bool fromBundle = NO;
while (i--) {
///> 取出某個(gè)分類
auto& entry = cats->list[i];
///> 取出分類中的對(duì)象方法
method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
///> 將每一個(gè)分類的方法列表數(shù)組放在 上方定義的二維數(shù)組當(dāng)中！
if (mlist) {
mlists[mcount++] = mlist;
fromBundle |= entry.hi->isBundle();
}
?
property_list_t proplist =
entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);
///> 將每一個(gè)分類的協(xié)議列表數(shù)組放在 上方定義的二維數(shù)組當(dāng)中抑进！
if (proplist) {
proplists[propcount++] = proplist;
}
?
protocol_list_t protolist = entry.cat->protocols;
///> 將每一個(gè)分類的屬性列表數(shù)組放在 上方定義的二維數(shù)組當(dāng)中强经！
if (protolist) {
protolists[protocount++] = protolist;
}
}
?
///> 取出類對(duì)象中的數(shù)據(jù)
auto rw = cls->data();
?
prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
/
核心代碼：
rw： 類對(duì)象結(jié)構(gòu)體中 有一個(gè)erw的結(jié)構(gòu)，
這一步驟就是將數(shù)據(jù)合并到類對(duì)象的 rw結(jié)構(gòu)中去 請(qǐng)參照文章：
將所有的分類的對(duì)象方法 附加到類對(duì)象中去寺渗！
也就是 在運(yùn)行d時(shí)的時(shí)候講 分類的數(shù)據(jù)合并到了原始的類對(duì)象中Ｄ淝椤！
*/
rw->methods.attachLists(mlists, mcount);free(mlists);
if (flush_caches && mcount > 0) flushCaches(cls);
?
///> 同理屬性方法列表
rw->properties.attachLists(proplists, propcount);
free(proplists);///> 同理協(xié)議方法列表
rw->protocols.attachLists(protolists, protocount);
free(protolists);
}</pre>如有錯(cuò)誤之處還請(qǐng)各位大神指出Ｐ攀狻炬称！
再次感謝！涡拘！
Runtime源碼地址：Source Browser:OBJective-c源碼找到objc4玲躯，下載版本號(hào)最大是最新的源碼
MJ老師底層相關(guān)視頻
參考：
-
擴(kuò)展和分類的區(qū)別
擴(kuò)展@interface 是匿名分類， 不是分類。 就是屬性添加 在編譯的時(shí)候就加入到了類中
category在runtime中才合并的跷车。
-
Category的實(shí)現(xiàn)原理棘利？
原理：底層結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)體 categoty_t 創(chuàng)建好分類之后分兩個(gè)階段：
-
編譯階段：
將每一個(gè)分類都生成所對(duì)應(yīng)的 category_t結(jié)構(gòu)體， 結(jié)構(gòu)體中存放 分類的所屬類name朽缴、class善玫、對(duì)象方法列表、類方法列表不铆、協(xié)議列表蝌焚、屬性列表。
-
Runtime運(yùn)行時(shí)階段：
將生成的分類數(shù)據(jù)合并到原始的類中去誓斥，某個(gè)類的分類數(shù)據(jù)會(huì)在合并到一個(gè)大的數(shù)組當(dāng)中（后參與編譯的分類會(huì)在數(shù)組的前面），分類的方法列表许帐，屬性列表劳坑，協(xié)議列表等都放在二維數(shù)組當(dāng)中，然后重新組織類中的方法成畦，將每一個(gè)分類對(duì)應(yīng)的列表的合并到原始類的列表中距芬。（合并前會(huì)根據(jù)二維數(shù)組的數(shù)量擴(kuò)充原始類的列表，然后將分類的列表放入前面）
-
-
為什么Category的中的方法會(huì)優(yōu)先調(diào)用循帐？
如上所述框仔， 在擴(kuò)充數(shù)組的時(shí)候 會(huì)將原始類中擁有的方法列表移動(dòng)到后面， 將分類的方法列表數(shù)據(jù)放在前面拄养，所以分類的數(shù)據(jù)會(huì)優(yōu)先調(diào)用
-
延伸問題 - 如果多個(gè)分類中都實(shí)現(xiàn)了同一個(gè)方法离斩，那么在調(diào)用該方法的時(shí)候會(huì)優(yōu)先調(diào)用哪一個(gè)方法？
在多個(gè)分類中擁有相同的方法的時(shí)候瘪匿， 會(huì)根據(jù)編譯的先后順序 來添加分類方法列表跛梗， 后編譯的分類方法在最前面，所以要看 Build Phases --> compile Sources中的順序棋弥。 后參加編譯的在前面核偿。
由源碼分析我們可以得知，
總結(jié)分類的一些問題
-
command 進(jìn)入 rw->methods.attachLists(mlists, mcount); 方法中
<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="c++" cid="n165" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; background-color: rgb(51, 51, 51); font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; background-position: initial initial; background-repeat: initial initial;"> /**
addedLists: [[method_t, method_t],[method_t, method_t]]
addedCount: 2 s二維數(shù)組的數(shù)量
/
void attachLists(List const * addedLists, uint32_t addedCount) {
if (addedCount == 0) return;
?
if (hasArray()) {
// many lists -> many lists
///> 原始數(shù)組中的大小 每添加這個(gè)分類的
uint32_t oldCount = array()->count;
///> 新的數(shù)組大型缛尽： 原始的加上新傳入的 總計(jì)大小
uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
///> realloc 重新分配內(nèi)存 newCont
///> 為了合并分類中的數(shù)組 擴(kuò)充原來數(shù)組的大小
///> 需要重新分配內(nèi)存
setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount)));
array()->count = newCount;/*
內(nèi)存移動(dòng)
array()->lists 原來的方法列表
addedCount 分類的數(shù)組的count將原來的方法列表挪動(dòng)到新的位置漾岳，
(array()->lists + addedCount addedCount是挪動(dòng)的位數(shù)
相當(dāng)有將原來的方法放到了最后！
*/
memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists,
oldCount * sizeof(array()->lists[0]));/*
內(nèi)存挪動(dòng) 拷貝
array()->lists 原來的方法列表
addedLists 傳進(jìn)來的分類list上面的方法已經(jīng)將 類的方法列表做到了擴(kuò)充 并且類原始帶的方法列表向后挪動(dòng)的 addedCount的位數(shù)
為的就是 將傳入的分類的方法列表 拷貝到array()->lists(原始方法列表)的最前面粉寞，所以 這就是分類的數(shù)據(jù)會(huì)優(yōu)先調(diào)用的 原因
/
memcpy(array()->lists, addedLists,
addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
}
else if (!list && addedCount == 1) {
// 0 lists -> 1 list
list = addedLists[0];
}
else {
// 1 list -> many lists
List oldList = list;
uint32_t oldCount = oldList ? 1 : 0;
uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
setArray((array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount)));
array()->count = newCount;
if (oldList) array()->lists[addedCount] = oldList;
memcpy(array()->lists, addedLists,
addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
}
}</pre>
首先下載Runtimed的源碼尼荆。 ------ 這里用xcode打開
Runtime源碼分析
接下來查看一下 Runtime的源碼是怎么將分類合并的，
每創(chuàng)建一個(gè)類都會(huì) 根會(huì)根據(jù)如下方法創(chuàng)建一個(gè)category_t的結(jié)構(gòu)體
接下來直接搜索 category_t 得出如下結(jié)構(gòu)體 我已經(jīng)將注釋放在后面了
可以將其拖入到xcode中仁锯， 方便搜索
命令可以查看轉(zhuǎn)化為C\C++代碼耀找。會(huì)有生成一個(gè)xxx.cpp的文件就是我們想要的文件
利用：
分類代碼 C\C++源碼分析
下面是源碼觀看的過程在每一步都給出了注釋， 有點(diǎn)枯燥，但是看完之后會(huì)很受益野芒。
編譯完畢之后 category存放在 結(jié)構(gòu)體category_t中 并沒有合并到 原始類中 每一個(gè)分類都會(huì)生成catrgory_t的結(jié)構(gòu)體蓄愁， 在運(yùn)行時(shí)的時(shí)候才會(huì)將分類中的方法、協(xié)議狞悲、屬性等 合并到原始的類中去撮抓。
編譯完畢的時(shí)候 一開始程序運(yùn)行的時(shí)候 所有分類的方法 一開始都存放在 結(jié)構(gòu)體中(每一個(gè)分類都有一個(gè)新的結(jié)構(gòu)體對(duì)象)，
分類的底層結(jié)構(gòu)體 編譯完畢之后
