前面已經(jīng)探究了類的加載流程洪唐，類分為懶加載類和非懶加載類，他們有不同加載流程客扎，下面來探究下分類的加載饺律，以及分類和類搭配使用的情況

分類的本質(zhì)

準備工作

在 main.m中定義 HTPerson的分類HT, 代碼如下

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探索分類本質(zhì)的三種方法

探索分類的本質(zhì)，有以下三種方式

• 【方式一】通過clang
• 【方式二】通過Xcode文檔搜索Category
• 【方式三】通過objc源碼搜索 category_t

【方式一】：通過clang

通過clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp命令矢棚，查看編譯后的 c++文件

• 其中分類的類型是_category_t郑什，存儲了相應(yīng)的實例方法、類方法蒲肋、屬性蘑拯、協(xié)議等信息

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搜索struct _category_t，如下所示

• 其中有兩個_method_list_t兜粘，分別對應(yīng)對象方法和類方法

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• 全局搜索_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_HTPerson_申窘，找到其底層實現(xiàn)

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• 查看協(xié)議和屬性的結(jié)構(gòu)

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這里我們發(fā)現(xiàn)一個【問題】：分類中定義的屬性沒有相應(yīng)的set、get方法孔轴，我們可以通過關(guān)聯(lián)對象來設(shè)置（關(guān)于如何設(shè)置關(guān)聯(lián)對象剃法，我們將在下一篇中進行分析）

【方式二】：通過Xcode文檔搜索 Category

通過快捷鍵command+shift+0，搜索Category

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【方式三】：通過objc源碼搜索 category_t

通過objc818源碼搜索category_t類型

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分類的加載的源碼分析

分類的底層結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)體category_t路鹰，下面我們就來探究 分類是何時加載進來的贷洲，以及加載的過程

分類加載的引入

WWDC2020中關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化（Class data structures changes）視頻地址收厨，蘋果為分類和動態(tài)添加專門分配的了一塊內(nèi)存rwe，因為rwe屬于dirty memory优构，所以肯定是需要動態(tài)開辟內(nèi)存诵叁。下面從class_rw_t中去查找相關(guān)rwe的源碼

struct class_rw_t {
    // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
    uint32_t flags;
    uint16_t witness;
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
    uint16_t index;
#endif

    explicit_atomic<uintptr_t> ro_or_rw_ext;

    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;
    
    // ...省略代碼
    class_rw_ext_t *ext() const {
        return get_ro_or_rwe().dyn_cast<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext);
    }

    class_rw_ext_t *extAllocIfNeeded() {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        // 判斷rwe是否存在
        if (fastpath(v.is<class_rw_ext_t *>())) {
            // 如果已經(jīng)有rwe數(shù)據(jù)，直接返回地址指針
            return v.get<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext);
        } else {
            // 為rwe開辟內(nèi)存并且返回地址指針
            return extAlloc(v.get<const class_ro_t *>(&ro_or_rw_ext));
        }
    }

    class_rw_ext_t *deepCopy(const class_ro_t *ro) {
        return extAlloc(ro, true);
    }
    // ...省略代碼
}

從代碼可以看出俩块，extAllocIfNeeded方法用來開辟rwe內(nèi)存黎休，全局搜索extAllocIfNeeded，在下列幾個地方有相關(guān)調(diào)用：

• attachCategories方法：添加分類信息
• demangledName
• class_setVersion：設(shè)置類的版本
• addMethods_finish：動態(tài)添加方法
• class_addProtocol：動態(tài)添加協(xié)議
• _class_addProperty：動態(tài)添加屬性
• objc_duplicateClass

本文主要來探究分類的加載玉凯，??我們來分析attachCategories方法做了什么

attachCategories 反推法

attachCategories方法势腮，源碼如下：

// 將分類的 方法列表、屬性漫仆、協(xié)議等數(shù)據(jù)加載到 類中
// Attach method lists and properties and protocols from categories to a class.
// Assumes the categories in cats are all loaded and sorted by load order, 
// oldest categories first.
static void
attachCategories(Class cls, const locstamped_category_t *cats_list, uint32_t cats_count,
                 int flags)
{
    if (slowpath(PrintReplacedMethods)) {
        printReplacements(cls, cats_list, cats_count);
    }
    if (slowpath(PrintConnecting)) {
        _objc_inform("CLASS: attaching %d categories to%s class '%s'%s",
                     cats_count, (flags & ATTACH_EXISTING) ? " existing" : "",
                     cls->nameForLogging(), (flags & ATTACH_METACLASS) ? " (meta)" : "");
    }

    /*
     * Only a few classes have more than 64 categories during launch.
     * This uses a little stack, and avoids malloc.
     *
     * Categories must be added in the proper order, which is back
     * to front. To do that with the chunking, we iterate cats_list
     * from front to back, build up the local buffers backwards,
     * and call attachLists on the chunks. attachLists prepends the
     * lists, so the final result is in the expected order.
     */
    constexpr uint32_t ATTACH_BUFSIZ = 64;
    method_list_t   *mlists[ATTACH_BUFSIZ];
    property_list_t *proplists[ATTACH_BUFSIZ];
    protocol_list_t *protolists[ATTACH_BUFSIZ];

    uint32_t mcount = 0;
    uint32_t propcount = 0;
    uint32_t protocount = 0;
    bool fromBundle = NO;
    bool isMeta = (flags & ATTACH_METACLASS);
    // 獲取rwe
    auto rwe = cls->data()->extAllocIfNeeded();
    // 遍歷所有的分類
    for (uint32_t i = 0; i < cats_count; i++) {
        auto& entry = cats_list[I];

        method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
        if (mlist) {
            if (mcount == ATTACH_BUFSIZ) {
                // 當(dāng)mlists的個數(shù)為 64時捎拯，對方法進行排序，然后將 mlists加載到rwe中
                prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle, __func__);
                rwe->methods.attachLists(mlists, mcount);
                mcount = 0;
            }
            // 如果 mcount = 0盲厌，mlist存放的位置在63個位置署照，總共是0 ~ 63， mlists最多存放64個方法列表（mlist）
            mlists[ATTACH_BUFSIZ - ++mcount] = mlist;
            fromBundle |= entry.hi->isBundle();
        }

        // 處理屬性數(shù)據(jù)
        property_list_t *proplist =
            entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);
        if (proplist) {
            if (propcount == ATTACH_BUFSIZ) {
                rwe->properties.attachLists(proplists, propcount);
                propcount = 0;
            }
            proplists[ATTACH_BUFSIZ - ++propcount] = proplist;
        }

        // 處理協(xié)議相關(guān)信息
        protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocolsForMeta(isMeta);
        if (protolist) {
            if (protocount == ATTACH_BUFSIZ) {
                rwe->protocols.attachLists(protolists, protocount);
                protocount = 0;
            }
            protolists[ATTACH_BUFSIZ - ++protocount] = protolist;
        }
    }

    if (mcount > 0) {
        prepareMethodLists(cls, mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount,
                           NO, fromBundle, __func__);
        rwe->methods.attachLists(mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount);
        if (flags & ATTACH_EXISTING) {
            flushCaches(cls, __func__, [](Class c){
                // constant caches have been dealt with in prepareMethodLists
                // if the class still is constant here, it's fine to keep
                return !c->cache.isConstantOptimizedCache();
            });
        }
    }

    rwe->properties.attachLists(proplists + ATTACH_BUFSIZ - propcount, propcount);

    rwe->protocols.attachLists(protolists + ATTACH_BUFSIZ - protocount, protocount);
}

attachCategories準備分類的數(shù)據(jù)吗浩，然后調(diào)用attachLists將數(shù)據(jù)添加到rwe中建芙，那么到底哪些地方調(diào)用attachCategories方法，

• 全局搜索attachCategories懂扼，發(fā)現(xiàn)有兩處進行了調(diào)用禁荸，分別是 attachToClass方法和load_categories_nolock方法

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attachToClass流程流程分析

全局搜索attachToClass，發(fā)現(xiàn)只有methodizeClass方法中進行了調(diào)用

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• methodizeClass方法阀湿，我們應(yīng)該不陌生赶熟，在上一篇類的加載中有分析，從源碼我們發(fā)現(xiàn)previously的值為nil
• previously作為備用參數(shù)陷嘴，這種設(shè)計可能是蘋果內(nèi)部調(diào)試用的
• attachToClass調(diào)用流程：_read_images --> realizeClassWithoutSwift --> methodizeClass --> attachToClass --> attachCategories --> attachLists

load_categories_nolock流程分析

• 全局搜索load_categories_nolock映砖，在loadAllCategories方法中調(diào)用

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• 接著全局搜索loadAllCategories，在load_images方法中調(diào)用

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• didInitialAttachCategories默認值是false灾挨，當(dāng)執(zhí)行完loadAllCategories()后將didInitialAttachCategories的值設(shè)為true邑退，其實就是只調(diào)用一次loadAllCategories()方法
• load_categories_nolock的調(diào)用流程：load_images --> loadAllCategories --> load_categories_nolock --> attachCategories

attachLists方法分析

attachLists方法得源碼如下：

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;
        array_t *newArray = (array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount));
        newArray->count = newCount;
        array()->count = newCount;

        for (int i = oldCount - 1; i >= 0; I--)
            newArray->lists[i + addedCount] = array()->lists[I];
        for (unsigned i = 0; i < addedCount; I++)
            newArray->lists[i] = addedLists[I];
        free(array());
        setArray(newArray);
        validate();
    }
    else if (!list  &&  addedCount == 1) {
        // 0 lists -> 1 list
        list = addedLists[0];
        validate();
    } 
    else {
        // 1 list -> many lists
        Ptr<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;
        for (unsigned i = 0; i < addedCount; I++)
            array()->lists[i] = addedLists[I];
        validate();
    }
}

從源碼可以看出，attachLists方法總共有三個流程分支：
【流程1】：0 lists -> 1 list

• 將addedLists[0]的指針賦值給list

【流程2】：1 list -> many lists

• 計算舊的list的個數(shù)
• 計算新的list個數(shù) 涨醋，新的list個數(shù) = 原有的list個數(shù) + 新增的list個數(shù)
• 根據(jù)newCount開辟相應(yīng)的內(nèi)存瓜饥，類型是array_t類型，并設(shè)置數(shù)組標識位-setArray
• 將原有的list放在數(shù)組的末尾浴骂，因為最多只有一個不需要遍歷存儲
• 遍歷addedLists將遍歷的數(shù)據(jù)從數(shù)組的開始位置存儲

【流程3】：many lists -> many lists

• 判斷hasArray()是否存在

• 計算原有的數(shù)組中的list個數(shù)，array()->lists

• 計算新的list個數(shù) 宪潮，新的list個數(shù) = 原有的list個數(shù) + 新增的list個數(shù)

• 根據(jù)newCount開辟相應(yīng)的內(nèi)存溯警，類型是array_t類型

• 設(shè)置新數(shù)組的個數(shù)等于newCount

• 設(shè)置原有數(shù)組的個數(shù)等于newCount

• 遍歷原有數(shù)組中l(wèi)ist將其存放在newArray->lists中 且是放在數(shù)組的末尾

• 遍歷addedLists將遍歷的數(shù)據(jù)從數(shù)組的開始位置存儲

• 釋放原有的array()

• 設(shè)置新的newArray

• list_array_tt結(jié)構(gòu)和方法分析

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• rwe結(jié)構(gòu)中的 方法趣苏、屬性、協(xié)議的類型都是繼承自list_array_tt梯轻，在底層是二維數(shù)組的形式存儲

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實例驗證分類的加載

通過上面的兩個例子食磕，我們可以大致將類 和 分類 是否實現(xiàn)+load方法的情況分為4種

準備工作

• 創(chuàng)建HTPerson類以及分類HTPerson (HTA)

非懶加載類和非懶加載分類的加載

即主類實現(xiàn)了+load方法，分類同樣實現(xiàn)了+load方法喳挑，在前文分類的加載時機時彬伦，我們已經(jīng)分析過這種情況，所以可以直接得出結(jié)論伊诵，這種情況下

• 程序啟動单绑，會直接加載非懶加載類，加載主類的方法
• 分類的數(shù)據(jù)加載是通過load_images加載到類中的

運行代碼曹宴，發(fā)現(xiàn)會調(diào)用attachCategories方法搂橙，來加載分類信息，通過bt查看函數(shù)調(diào)用棧

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在相應(yīng)函數(shù)出設(shè)置斷點笛坦，打印結(jié)果如下

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• 通過MachOView查看可執(zhí)行文件

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非懶加載類與懶加載分類

即主類實現(xiàn)了+load方法区转，分類未實現(xiàn)+load方法

• 運行程序，發(fā)現(xiàn)并沒有調(diào)用attachCategories方法版扩，那么分類是如何加載的呢废离？

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• 在realizeClassWithoutSwift方法處設(shè)置斷點，我們來看一下ro是否有分類方法

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• 獲取ro的方法列表：p ro->baseMethods()
• 打印第i個方法信息： p $2.get(i).big()

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從上面的打印輸出可以看出礁芦，分類的方法和類的方法已經(jīng)合并到一起了蜻韭，方法的順序是 HTA分類-HTPerson類，此時分類已經(jīng) 加載進來了宴偿，但是還沒有排序湘捎，說明這種情況下分類數(shù)據(jù)在編譯時就與類數(shù)據(jù)合并到一起了，不需要運行時添加進去

• 通過MachOView查看可執(zhí)行文件

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懶加載類與懶加載分類

即主類和分類均未實現(xiàn)+load方法

• 程序啟動時窄刘，類數(shù)據(jù)不會加載窥妇，只有在首次接收消息時才加載

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其中realizeClassMaybeSwiftMaybeRelock是消息流程中慢速查找中的函數(shù)，即在第一次調(diào)用消息時才會去加載懶加載類

• 在realizeClassWithoutSwift方法處設(shè)置斷點娩践，我們來看一下ro是否有分類方法

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• 通過MachOView查看可執(zhí)行文件

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【結(jié)論】：

• 懶加載類與懶加載分類的數(shù)據(jù)加載是在消息第一次調(diào)用時加載
• 分類數(shù)據(jù)與類數(shù)據(jù)活翩，在編譯時已合并到一起，MachO文件中的分類列表__objc_catlist中無分類

懶加載類與非懶加載分類

即主類未實現(xiàn)+load方法翻伺，分類實現(xiàn)了+load方法

• 運行程序材泄，會調(diào)用realizeClassWithoutSwift方法，即程序一啟動吨岭，就會記載類數(shù)據(jù)拉宗，產(chǎn)看函數(shù)調(diào)用棧如下圖：

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• 在realizeClassWithoutSwift方法處設(shè)置斷點，我們來看一下ro是否有分類方法

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• 從上面的打印輸出可以看出，分類的方法和類的方法已經(jīng)合并到一起了旦事，方法的順序是 HTA分類-HTPerson類魁巩，此時分類已經(jīng) 加載進來了，但是還沒有排序姐浮，說明這種情況下分類數(shù)據(jù)在編譯時就與類數(shù)據(jù)合并到一起了谷遂，不需要運行時添加進去

• 通過MachOView查看可執(zhí)行文件

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結(jié)論：

• 懶加載類變成非懶加載類，分類的數(shù)據(jù)在編譯期間合并到類數(shù)據(jù)中

多分類的情況

新增兩個分類卖鲤，HTPerson (HTB)和HTPerson (HTC)

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通過不同組合來肾扰，驗證類和分類的加載，總結(jié)如下

• 1彻坛、非懶加載類 + 3個懶加載分類

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• 2顷啼、非懶加載類 + 2個懶加載分類 + 1個非懶加載分類
  程序啟動加載類數(shù)據(jù)，load_images時按照MachO中 __objc_catlist中的順序挨個加載分類數(shù)據(jù)

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• 3昌屉、非懶加載類 + 1個懶加載分類 + 2個非懶加載分類

程序啟動加載類數(shù)據(jù)钙蒙，load_images時按照MachO中 __objc_catlist中的順序挨個加載分類數(shù)據(jù)

• 4、非懶加載類 + 3個非懶加載分類

程序啟動加載類數(shù)據(jù)间驮，load_images時按照MachO中 __objc_catlist中的順序挨個加載分類數(shù)據(jù)

• 5躬厌、懶加載類 + 3個懶加載分類

首次接收消息時，才加載類數(shù)據(jù)竞帽，分類數(shù)據(jù)與類數(shù)據(jù)扛施，在編譯時已合并到一起

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• 6、懶加載類 + 2個懶加載分類 + 1個非懶加載分類

程序啟動加載類數(shù)據(jù)（編譯器將類標記為非懶加載類）屹篓，分類數(shù)據(jù)與類數(shù)據(jù)疙渣，在編譯時已合并到一起

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• 7、懶加載類 + 1個懶加載分類 + 2個非懶加載分類

編譯后堆巧，類仍是懶加載類妄荔，程序啟動（load_images方法中）會加載類和分類數(shù)據(jù)泼菌，類和分類的加載流程：load_images --> prepare_load_methods --> realizeClassWithoutSwift --> methodizeClass --> attachToClass --> attachCategories

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• 8、懶加載類 + 3個非懶加載類

編譯后懦冰，類仍是懶加載類灶轰，程序啟動（load_images方法中）會加載類和分類數(shù)據(jù)谣沸，類和分類的加載流程：load_images --> prepare_load_methods --> realizeClassWithoutSwift --> methodizeClass --> attachToClass --> attachCategories

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