category的真面目

objc所有类和对象都是c结构体，category当然也一样，下面是runtime中category的结构：

1
2
3
4
5
6
7
8
struct _category_t {
	const char *name; // 1
	struct _class_t *cls; // 2
	const struct _method_list_t *instance_methods; // 3
	const struct _method_list_t *class_methods; // 4
	const struct _protocol_list_t *protocols; // 5
	const struct _prop_list_t *properties; // 6
};
  1. name注意，并不是category小括号里写的名字，而是类的名字
  2. cls要扩展的类对象，编译期间这个值是不会有的，在app被runtime加载时才会根据name对应到类对象
  3. instance_methods这个category所有的-方法
  4. class_methods这个category所有的+方法
  5. protocols这个category实现的protocol，比较不常用在category里面实现协议，但是确实支持的
  6. properties这个category所有的property，这也是category里面可以定义属性的原因，不过这个property不会@synthesize实例变量，一般有需求添加实例变量属性时会采用objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject方法绑定方法绑定，不过这种方法生成的与一个普通的实例变量完全是两码事。

编译器，你对category干了什么？

举个栗子看，定义下面一个类和它的category，实现忽略，保存为sark.h和sark.m

1
2
3
4
5
6
7
@interface Sark : NSObject
- (void)speak;
@end

@interface Sark (GayExtention)
- (void)burst;
@end

请出clang的重写命令：

1
$ clang -rewrite-objc sark.m

同级目录下会生成sark.cpp，这就是objc代码重写成c++(基本就是c)的实现。
打开生成的文件，发现茫茫多，排除include进来的header，自己的代码都在文件尾部了，看看上面的category被编译器搞成什么样子了：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
static struct _category_t _OBJC_$_CATEGORY_Sark_$_GayExtention __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) =
{
  "Sark",
  0, // &OBJC_CLASS_$_Sark,
  (const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_Sark_$_GayExtention,
  0,
  0,
  0
};

先注意这个category的名字_OBJC_$_CATEGORY_Sark_$_GayExtention，这是一个按规则生成的符号了，中间的Sark是类名，后面的GayExtention是类别的名字，这也就是为什么同一个类的category名不能冲突了

对应看上面_category_t的定义，因为category里面只添加了一个- burst方法，所以只有实例方法那一项被填充了值_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_Sark_$_GayExtention

其中_I_Sark_GayExtention_burst符号就代表了category里面的- burst方法，同样遵循了一定的命名规范，里面的I表示实例方法

最后，这个类的category们生成了一个数组，存在了__DATA段下的__objc_catlistsection里

1
2
3
static struct _category_t *L_OBJC_LABEL_CATEGORY_$ [1] __attribute__((used, section ("__DATA, __objc_catlist,regular,no_dead_strip")))= {
	&_OBJC_$_CATEGORY_Sark_$_GayExtention,
};

至此编译器的任务完成了。

runtime，我的category哪儿去了？

我们知道，category动态扩展了原来类的方法，在调用者看来好像原来类本来就有这些方法似的，有两个事实：

  1. 不论有没有import category 的.h，都可以成功调用category的方法，都影响不到category的加载流程，import只是帮助了编译检查和链接过程
  2. runtime加载完成后，category的原始信息在类结构里将不会存在

这需要探究下runtime对category的加载过程，这里就简单说一下

  1. objc runtime的加载入口是一个叫_objc_init的方法，在library加载前由libSystem dyld调用，进行初始化操作
  2. 调用map_images方法将文件中的imagemap到内存
  3. 调用_read_images方法初始化map后的image，这里面干了很多的事情，像load所有的类、协议和category，著名的+ load方法就是这一步调用的
  4. 仔细看category的初始化，循环调用了_getObjc2CategoryList方法，这个方法拿出来看看：
  5. …
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
#define GETSECT(name, type, sectname)                                   \
    type *name(const header_info *hi, size_t *outCount)  \
    {                                                                   \
        unsigned long byteCount = 0;                                    \
        type *data = (type *)                                           \
            getsectiondata(hi->mhdr, SEG_DATA, sectname, &byteCount);   \
        *outCount = byteCount / sizeof(type);                           \
        return data;                                                    \
    }

// ... //

GETSECT(_getObjc2CategoryList, category_t *, "__objc_catlist");

眼熟的__objc_catlist，就是上面category存放的数据段了，可以串连起来了

在调用完_getObjc2CategoryList后，runtime终于开始了category的处理，简化的代码如下

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
// 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 (cat->classMethods  ||  cat->protocols )
{
    addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->isa, hi);
    if (isRealized(cls->isa)) {
        remethodizeClass(cls->isa);
    }
}

首先分成两拨，一拨是实例对象相关的调用addUnattachedCategoryForClass，一拨是类对象相关的调用addUnattachedCategoryForClass，然后会调到attachCategoryMethods方法，这个方法把一个类所有的category_list的所有方法取出来组成一个method_list_t **，注意，这里是倒序添加的，也就是说，新生成的category的方法会先于旧的category的方法插入

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
static void
attachCategoryMethods(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 first
    int mcount = 0;
    int i = 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);

}

生成了所有method的list之后，调用attachMethodLists将所有方法前序添加进类的方法的数组中，也就是说，如果原来类的方法是a,b,c，类别的方法是1,2,3，那么插入之后的方法将会是1,2,3,a,b,c，也就是说，原来类的方法被category的方法覆盖了，但被覆盖的方法确实还在那里。