category-内部原理、运用场景、特点
我們講解的category分為三個部分：
1：怎么用：運用場景
2：不能用：爭議性的特點：能做什么不能做什么
3：原因：內部原理
前言：
無論一個類設計的多么完美，在未來的需求演進中，都有可能會碰到一些無法預測的情況。那怎么擴展已有的類呢？一般而言，繼承和組合是不錯的選擇。但是在Objective-C 2.0中，又提供了category這個語言特性，可以動態地為已有類添加新行為。Objective-C的這個語言特性對于純動態語言來說可能不算什么，比如javascript，你可以隨時為一個“類”或者對象添加任意方法和實例變量。但是對于不是那么“動態”的語言而言，這確實是一個了不起的特性。
1：怎么用：運用場景
1.1：主要作用是為已經存在的類添加方法。
想要收集每個頁面的啟動時間：項目中已經有上百個頁面了，如果一個一個的加，浪費時間不說，以后增加了新頁面，還需要添加方法。
解決方法：我們可以發現頁面都繼承了UIViewController，想要在每個頁面都執行的代碼，可以寫在這些頁面的父類中。我們可以把代碼寫在UIViewController中，使用分類（category）。
1.2 ：分類
一個類中的代碼非常多，如果超過1000多行，那么在翻閱的時候也會覺得很困難，但是繼承下來，再使用的時候，只能集成子類，而且方法比較多，想要直接分散開來，不是特別容易，所以可以采取分類的方式，把想通類型的代碼加載在一起。
好處：可以把類的實現分開在幾個不同的文件里面。這樣做有幾個顯而易見的好處，
?a)可以減少單個文件的體積
?b)可以把不同的功能組織到不同的category里
?c)可以由多個開發者共同完成一個類
?d)可以按需加載想要的category 等等。
并且 還可以按照需要加載想要的category。
1.3：引用父類未公開方法
比如父類 XSDLabel：
// XSDLabel.h @interface XSDLabel : UILabel@end // XSDLabel.m @implementation XSDLabel - (void)giveTextRandomColor {self.textColor = [UIColor orangeColor]; } @endXSDLabel1繼承自XSDLabel：
@interface XSDLabel1 : XSDLabel@end現在需要在設置text時，同時設置文字顏色，調用父類的giveTextRandomColor：
@implementation XSDLabel1- (void)setText:(NSString *)text {[super setText:text];[self giveTextRandomColor]; }@end 直接編譯會報錯：
編譯器提示找不到父類的方法
在子類中聲明父類類別后，即可通過編譯：
@interface XSDLabel (private) - (void)giveTextRandomColor; @end@implementation XSDLabel1- (void)setText:(NSString *)text {[super setText:text];[self giveTextRandomColor]; }@end類別名private是任意的，但不可以缺省。
請不要亂來：蘋果官方會拒絕使用系統私有API的應用上架，因此即使學會了如何調用私有方法，在遇到調用其它類的私有方法時，要謹慎處理，盡量用其它方法替代。
1.4：聲明私有方法
1.5：模擬多繼承
1.6：把framework的私有方法公開
2：不能用：爭議性的特點：能做什么不能做什么
(如果看下面簡單的原因解釋不明白的 可以繼續向下面看category的內部原理，講的比較細致)
2.1：只能添加方法，不能為一個類動態的添加成員變量，可以給類動態增加方法和屬性。
在類別中聲明的屬性，將無法存取，
原因：因為分類是動態時，此時，類的框架已經實現，屬性列表里并沒有給動態添加的屬性賦值。其次并不是不能添加屬性，而是添加一個Property，系統不會自動給他創建set和get方法，運用runtime：objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject給分類創建set和get方法。。
因為方法和屬性并不“屬于”類實例，而成員變量“屬于”類實例。我們所說的“類實例”概念，指的是一塊內存區域，包含了isa指針和所有的成員變量。所以假如允許動態修改類成員變量布局，已經創建出的類實例就不符合類定義了，變成了無效對象。但方法定義是在objc_class中管理的，不管如何增刪類方法，都不影響類實例的內存布局，已經創建出的類實例仍然可正常使用。具體請看這里
2.2：類別中的方法，會“覆蓋”父類中的同名方法，無法再調用父類中的方法（因為類別中無法使用super）
為防止意外覆蓋，總是應該給類別加上前綴。
原因：這個不是覆蓋，因為所有的類的方法和分類的方法，都會在類的方法列表中存在，類自己的是會先放進去，類別是動態添加的所以是后放入的，根據取方法的順序，后進先出，而系統的特性是，只要找到了相同的方法便不再繼續尋找，所以如果分類實現了本類的方法，會先調用分類的，如果有多個分類同時實現，那要看編譯的時候哪個方法最后放入。
Category 可以實現原始類的方法：
具體原因：
1）.重寫原生方法之后 會覆蓋掉原有的方法，因為在OC中是runtime執行 且方法執行時僅僅有一個方法會被執行，除loadView會先執行原生方法然后執行category外 其他都是執行category重寫的方法體。
2）.當多個地方對系統本身的方法進行了重寫 則執行時系統無法知道執行哪一個方法。
3）.category的出現只是為了擴展原有的類。如果需要重寫 使用繼承吧。
2.3：不同文件中的同名類別，同名方法，不會報錯，實際執行的方法以最后一個加載的文件為準，因此使用前綴防止類別人互相覆蓋。
2.4：分類中可以訪問原來類中的成員變量，但是只能訪問@protect和@public形式的變量。如果想要訪問本類中的私有變量，分類和子類一樣，只能通過方法來訪問。
原因：
extension看起來很像一個匿名的category，但是extension和有名字的category幾乎完全是兩個東西。 extension在編譯期決議，它就是類的一部分，在編譯期和頭文件里的@interface以及實現文件里的@implement一起形成一個完整的類，它伴隨類的產生而產生，亦隨之一起消亡。extension一般用來隱藏類的私有信息，你必須有一個類的源碼才能為一個類添加extension，所以你無法為系統的類比如NSString添加extension。但是category則完全不一樣，它是在運行期決議的。就category和extension的區別來看，我們可以推導出一個明顯的事實，extension可以添加實例變量，而category是無法添加實例變量的（因為在運行期，對象的內存布局已經確定，如果添加實例變量就會破壞類的內部布局，這對編譯型語言來說是災難性的）。
想知道詳細區別的，請看這里
小記：
我自己寫了一個分類，通過runtime來獲取類的方法和屬性，發現分類方法和本類方法在一個方法列表，引用不引用都在，只是引用之后，在類里就可以用這個分類的方法。不引用的話，編譯器找不到方法，就會報錯。
3：原因：內部原理
現在講解最重要的內部原理，上面的有爭議的特性還沒有徹底明白為啥的 可以細細看下面。
3.1：category真面目
我們知道，所有的OC類和對象，在runtime層都是用struct表示的，category也不例外，在runtime層，category用結構體category_t（在objc-runtime-new.h中可以找到此定義），它包含了
1)、類的名字（name）
2)、類（cls）
3)、category中所有給類添加的實例方法的列表（instanceMethods）
4)、category中所有添加的類方法的列表（classMethods）
5)、category實現的所有協議的列表（protocols）
6)、category中添加的所有屬性（instanceProperties）
從category的定義也可以看出category的可為（可以添加實例方法，類方法，甚至可以實現協議，添加屬性）和不可為（無法添加實例變量）。
ok，我們先去寫一個category看一下category到底為何物：
MyClass.h：
#import <Foundation/Foundation.h>@interface MyClass : NSObject- (void)printName;@end@interface MyClass(MyAddition)@property(nonatomic, copy) NSString *name;- (void)printName;@endMyClass.m：
#import "MyClass.h"@implementation MyClass- (void)printName {NSLog(@"%@",@"MyClass"); }@end@implementation MyClass(MyAddition)- (void)printName {NSLog(@"%@",@"MyAddition"); }@end我們使用clang的命令去看看category到底會變成什么：
clang -rewrite-objc MyClass.m好吧，我們得到了一個3M大小，10w多行的.cpp文件（這絕對是Apple值得吐槽的一點），我們忽略掉所有和我們無關的東西，在文件的最后，我們找到了如下代碼片段：
static struct /*_method_list_t*/ { unsigned int entsize; // sizeof(struct _objc_method) unsigned int method_count; struct _objc_method method_list[1]; } _OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_MyClass_$_MyAddition __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = { sizeof(_objc_method), 1, {{(struct objc_selector *)"printName", "v16@0:8", (void *)_I_MyClass_MyAddition_printName}} };static struct /*_prop_list_t*/ { unsigned int entsize; // sizeof(struct _prop_t) unsigned int count_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_$_MyClass;static struct _category_t _OBJC_$_CATEGORY_MyClass_$_MyAddition __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = { "MyClass", 0, // &OBJC_CLASS_$_MyClass, (const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_MyClass_$_MyAddition, 0, 0, (const struct _prop_list_t *)&_OBJC_$_PROP_LIST_MyClass_$_MyAddition, }; static void OBJC_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$B")) static void *OBJC_CATEGORY_SETUP[] = { (void *)&OBJC_CATEGORY_SETUP_$_MyClass_$_MyAddition, }; static struct _class_t *L_OBJC_LABEL_CLASS_$ [1] __attribute__((used, section ("__DATA, __objc_classlist,regular,no_dead_strip")))= { &OBJC_CLASS_$_MyClass, }; static struct _class_t *_OBJC_LABEL_NONLAZY_CLASS_$[] = { &OBJC_CLASS_$_MyClass, }; static struct _category_t *L_OBJC_LABEL_CATEGORY_$ [1] __attribute__((used, section ("__DATA, __objc_catlist,regular,no_dead_strip")))= { &_OBJC_$_CATEGORY_MyClass_$_MyAddition, }; 我們可以看到，
1)、首先編譯器生成了實例方法列表OBJC$_CATEGORY_INSTANCE_METHODSMyClass$_MyAddition和屬性列表OBJC$_PROP_LISTMyClass$_MyAddition，兩者的命名都遵循了公共前綴+類名+category名字的命名方式，而且實例方法列表里面填充的正是我們在MyAddition這個category里面寫的方法printName，而屬性列表里面填充的也正是我們在MyAddition里添加的name屬性。還有一個需要注意到的事實就是category的名字用來給各種列表以及后面的category結構體本身命名，而且有static來修飾，所以在同一個編譯單元里我們的category名不能重復，否則會出現編譯錯誤。
2)、其次，編譯器生成了category本身OBJC$_CATEGORYMyClass$_MyAddition，并用前面生成的列表來初始化category本身。
3)、最后，編譯器在DATA段下的objc_catlist section里保存了一個大小為1的category_t的數組L_OBJC_LABELCATEGORY$（當然，如果有多個category，會生成對應長度的數組^_^），用于運行期category的加載。
到這里，編譯器的工作就接近尾聲了，對于category在運行期怎么加載，我們下節揭曉。
3.2、追本溯源-category如何加載
我們知道，Objective-C的運行是依賴OC的runtime的，而OC的runtime和其他系統庫一樣，是OS X和iOS通過dyld動態加載的。對于OC運行時，入口方法如下（在objc-os.mm文件中）：
void _objc_init(void) {static bool initialized = 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被附加到類上面是在map_images的時候發生的，在new-ABI的標準下，_objc_init里面的調用的map_images最終會調用objc-runtime-new.mm里面的_read_images方法，而在_read_images方法的結尾，有以下的代碼片段：
// 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，我們拿到的catlist就是上節中講到的編譯器為我們準備的category_t數組，關于是如何加載catlist本身的，我們暫且不表，這和category本身的關系也不大，有興趣的同學可以去研究以下Apple的二進制格式和load機制。
略去PrintConnecting這個用于log的東西，這段代碼很容易理解：
1)、把category的實例方法、協議以及屬性添加到類上
2)、把category的類方法和協議添加到類的metaclass上
值得注意的是，在代碼中有一小段注釋 /?|| cat->classProperties?/，看來蘋果有過給類添加屬性的計劃啊。
ok，我們接著往里看，category的各種列表是怎么最終添加到類上的，就拿實例方法列表來說吧：
在上述的代碼片段里，addUnattachedCategoryForClass只是把類和category做一個關聯映射，而remethodizeClass才是真正去處理添加事宜的功臣。
而對于添加類的實例方法而言，又會去調用attachCategoryMethods這個方法，我們去看下attachCategoryMethods：
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 firstint 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);}attachCategoryMethods做的工作相對比較簡單，它只是把所有category的實例方法列表拼成了一個大的實例方法列表，然后轉交給了attachMethodLists方法（我發誓，這是本節我們看的最后一段代碼了^_^），這個方法有點長，我們只看一小段：
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;} else if (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];} 需要注意的有兩點：
1)、category的方法沒有“完全替換掉”原來類已經有的方法，也就是說如果category和原來類都有methodA，那么category附加完成之后，類的方法列表里會有兩個methodA
2)、category的方法被放到了新方法列表的前面，而原來類的方法被放到了新方法列表的后面，這也就是我們平常所說的category的方法會“覆蓋”掉原來類的同名方法，這是因為運行時在查找方法的時候是順著方法列表的順序查找的，它只要一找到對應名字的方法，就會罷休^_^，殊不知后面可能還有一樣名字的方法。
3.3：旁枝末葉-category和+load方法
我們知道，在類和category中都可以有+load方法，那么有兩個問題：
1)、在類的+load方法調用的時候，我們可以調用category中聲明的方法么？
2)、這么些個+load方法，調用順序是咋樣的呢？
鑒于上述幾節我們看的代碼太多了，對于這兩個問題我們先來看一點直觀的：
我們的代碼里有MyClass和MyClass的兩個category （Category1和Category2），MyClass和兩個category都添加了+load方法，并且Category1和Category2都寫了MyClass的printName方法。
在Xcode中點擊Edit Scheme，添加如下兩個環境變量（可以在執行load方法以及加載category的時候打印log信息，更多的環境變量選項可參見objc-private.h）:
運行項目，我們會看到控制臺打印很多東西出來，我們只找到我們想要的信息，順序如下：
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，對于上面兩個問題，答案是很明顯的：
1)、可以調用，因為附加category到類的工作會先于+load方法的執行
2)、+load的執行順序是先類，后category，而category的+load執行順序是根據編譯順序決定的。
目前的編譯順序是這樣的：
我們調整一個Category1和Category2的編譯順序，run。ok，我們可以看到控制臺的輸出順序變了：
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]
雖然對于+load的執行順序是這樣，但是對于“覆蓋”掉的方法，則會先找到最后一個編譯的category里的對應方法。
這一節我們只是用很直觀的方式得到了問題的答案，有興趣的同學可以繼續去研究一下OC的運行時代碼。?
3.4、觸類旁通-category和方法覆蓋
鑒于上面幾節我們已經把原理都講了，這一節只有一個問題:
怎么調用到原來類中被category覆蓋掉的方法？
對于這個問題，我們已經知道category其實并不是完全替換掉原來類的同名方法，只是category在方法列表的前面而已，所以我們只要順著方法列表找到最后一個對應名字的方法，就可以調用原來類的方法：
3.5、更上一層-category和關聯對象
如上所見，我們知道在category里面是無法為category添加實例變量的。但是我們很多時候需要在category中添加和對象關聯的值，這個時候可以求助關聯對象來實現。
MyClass+Category1.h:
#import "MyClass.h"@interface MyClass (Category1)@property(nonatomic,copy) NSString *name;@endMyClass+Category1.m:
#import "MyClass+Category1.h" #import <objc/runtime.h>@implementation MyClass (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");return nameObject; }@end 但是關聯對象又是存在什么地方呢？ 如何存儲？ 對象銷毀時候如何處理關聯對象呢？
我們去翻一下runtime的源碼，在objc-references.mm文件中有個方法_object_set_associative_reference：
我們可以看到所有的關聯對象都由AssociationsManager管理，而AssociationsManager定義如下：
class AssociationsManager {static OSSpinLock _lock;static AssociationsHashMap *_map; // associative references: object pointer -> PtrPtrHashMap. public:AssociationsManager() { OSSpinLockLock(&_lock); }~AssociationsManager() { OSSpinLockUnlock(&_lock); }AssociationsHashMap &associations() {if (_map == NULL)_map = new AssociationsHashMap();return *_map;} }; AssociationsManager里面是由一個靜態AssociationsHashMap來存儲所有的關聯對象的。這相當于把所有對象的關聯對象都存在一個全局map里面。而map的的key是這個對象的指針地址（任意兩個不同對象的指針地址一定是不同的），而這個map的value又是另外一個AssociationsHashMap，里面保存了關聯對象的kv對。
而在對象的銷毀邏輯里面，見objc-runtime-new.mm:
嗯，runtime的銷毀對象函數objc_destructInstance里面會判斷這個對象有沒有關聯對象，如果有，會調用_object_remove_assocations做關聯對象的清理工作。
這個是從大牛的網址里看的資料，順便整理下來，連接地址：
http://tech.meituan.com/DiveIntoCategory.html（這里是內部原理講解，很透徹）
感謝大神：都是大神的精華，我整理成自己需要學習的效果以便以后自己快速查閱。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的category-内部原理、运用场景、特点的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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