iOS底层原理总结 -- 利用Runtime源码 分析Category的底层实现
窥探iOS底层实现--OC对象的分类：instance、class、meta-calss对象的isa和superclass
iOS底层原理总结 -- 利用Runtime源码 分析Category的底层实现
...
前言：
本文总结了一下Category中的内部去实现部分，代码部分较多，添加了注释，阅读起来可能比较枯燥。但是请大家务必坚持读完。会有更多的收货，
思考：
Category的实现原理？
为什么Category的中的方法会优先调用？
延伸问题 - 如果多个分类中都实现了同一个方法，那么在调用该方法的时候会优先调用哪一个方法？
扩展和分类的区别？
Category 基本实现
首先 看一下分类代码代码的实现 可选择性跳过
<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 输出的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; ///> 分类的名字
struct _class_t *cls; ///> class
const struct _method_list_t *instance_methods; ///> 实例方法列表
const struct _method_list_t *class_methods; ///> 类方法列表
const struct _protocol_list_t *protocols; ///> 协议
const struct _prop_list_t *properties; ///> 属性
}</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")))={
///> 属于那个类的分类
"Person",
///> class
0,
///> 对象方法列表
(const struct _method_list_t *)&OBJCTest,
///> 类方法列表
(const struct _method_list_t *)&OBJCTest,
///> 协议列表
0, // (const _protocol_list_t *)&OBJC_CATEGORY_PROTOCOLS_Test,
///> 属性列表
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中的结构和上面的category_t的结构类似。
-
Runtime的程序入口文件为objc-os.mm 文件，
-
我这里直接到 有关Category的代码部分 在objc-runtime-new.mm文件中 搜搜Discover categories. 的注释代码
<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 是一个二维数组，
每一个分类都会创建一个category_t的结构体
这里的二维数组放了两个分类结构体的内容 如代码中的 eat和test
catlist = [[],[]]
*/
category_t **catlist =
_getObjc2CategoryList(hi, &count);
bool hasClassProperties = hi->info()->hasCategoryClassProperties();
///> 将每一个数组中的内容遍历
for (i = 0; i < count; i++) {
///> 获取 单独的category_t结构体
category_t *cat = catlist[i];
///> 重新映射class 取出结构体的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;
/// 判断结构体的内容
if (cat->instanceMethods || cat->protocols
|| cat->instanceProperties)
{
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi);
if (cls->isRealized()) {
/// 核心内容 ： 重新组织类中的方法
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()) {
/// 核心内容 ： 重新组织类中的元类方法
remethodizeClass(cls->ISA());
}
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: found category +%s(%s)",
cls->nameForLogging(), cat->name);
}
}
}
}</pre>以上代码中找到了 核心的方法： remethodizeClass 使用了两次 ， 重新组织类的方法和元类的方法
-
command+单机，进入
<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)" : "");
}///> 附加分类的代码调用 ， 传入了 类对象、分类。
///> cls: [Person class]
///> cats: [category_t(test), category_t(eat)]
attachCategories(cls, cats, true /flush caches/);
free(cats);
}
}</pre> -
command 进入 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);
///> 是否是元类对象
bool isMeta = cls->isMetaClass();
// fixme rearrange to remove these intermediate allocations
///> malloc 分配内存
///> 方法数组 二维数组 eg:[[method_t,method_t], [method_t,method_t]]
method_list_t **mlists = (method_list_t *)
malloc(cats->count * sizeof(mlists));///> 属性数组 eg:[[property_t,property_t], [property_t,property_t]]
property_list_t **proplists = (property_list_t *)
malloc(cats->count * sizeof(proplists));///> 协议数组 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--) {
///> 取出某个分类
auto& entry = cats->list[i];
///> 取出分类中的对象方法
method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
///> 将每一个分类的方法列表数组放在 上方定义的二维数组当中！
if (mlist) {
mlists[mcount++] = mlist;
fromBundle |= entry.hi->isBundle();
}
property_list_t proplist =
entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);
///> 将每一个分类的协议列表数组放在 上方定义的二维数组当中！
if (proplist) {
proplists[propcount++] = proplist;
}
protocol_list_t protolist = entry.cat->protocols;
///> 将每一个分类的属性列表数组放在 上方定义的二维数组当中！
if (protolist) {
protolists[protocount++] = protolist;
}
}
///> 取出类对象中的数据
auto rw = cls->data();
prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
/
核心代码：
rw： 类对象结构体中 有一个erw的结构，
这一步骤就是将数据合并到类对象的 rw结构中去 请参照文章：
将所有的分类的对象方法 附加到类对象中去！
也就是 在运行d时的时候讲 分类的数据合并到了原始的类对象中！！
*/
rw->methods.attachLists(mlists, mcount);free(mlists);
if (flush_caches && mcount > 0) flushCaches(cls);
///> 同理属性方法列表
rw->properties.attachLists(proplists, propcount);
free(proplists);///> 同理协议方法列表
rw->protocols.attachLists(protolists, protocount);
free(protolists);
}</pre>如有错误之处还请各位大神指出！！
再次感谢！！
Runtime源码地址：Source Browser:OBJective-c源码找到objc4，下载版本号最大是最新的源码
MJ老师底层相关视频
参考：
-
扩展和分类的区别
扩展@interface 是匿名分类， 不是分类。 就是属性添加 在编译的时候就加入到了类中
category在runtime中才合并的。
-
Category的实现原理？
原理：底层结构是结构体 categoty_t 创建好分类之后分两个阶段：
-
编译阶段：
将每一个分类都生成所对应的 category_t结构体， 结构体中存放 分类的所属类name、class、对象方法列表、类方法列表、协议列表、属性列表。
-
Runtime运行时阶段：
将生成的分类数据合并到原始的类中去，某个类的分类数据会在合并到一个大的数组当中（后参与编译的分类会在数组的前面），分类的方法列表，属性列表，协议列表等都放在二维数组当中，然后重新组织类中的方法，将每一个分类对应的列表的合并到原始类的列表中。（合并前会根据二维数组的数量扩充原始类的列表，然后将分类的列表放入前面）
-
-
为什么Category的中的方法会优先调用？
如上所述， 在扩充数组的时候 会将原始类中拥有的方法列表移动到后面， 将分类的方法列表数据放在前面，所以分类的数据会优先调用
-
延伸问题 - 如果多个分类中都实现了同一个方法，那么在调用该方法的时候会优先调用哪一个方法？
在多个分类中拥有相同的方法的时候， 会根据编译的先后顺序 来添加分类方法列表， 后编译的分类方法在最前面，所以要看 Build Phases --> compile Sources中的顺序。 后参加编译的在前面。
由源码分析我们可以得知，
总结分类的一些问题
-
command 进入 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二维数组的数量
/
void attachLists(List const * addedLists, uint32_t addedCount) {
if (addedCount == 0) return;
if (hasArray()) {
// many lists -> many lists
///> 原始数组中的大小 每添加这个分类的
uint32_t oldCount = array()->count;
///> 新的数组大小： 原始的加上新传入的 总计大小
uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
///> realloc 重新分配内存 newCont
///> 为了合并分类中的数组 扩充原来数组的大小
///> 需要重新分配内存
setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount)));
array()->count = newCount;/*
内存移动
array()->lists 原来的方法列表
addedCount 分类的数组的count将原来的方法列表挪动到新的位置，
(array()->lists + addedCount addedCount是挪动的位数
相当有将原来的方法放到了最后！
*/
memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists,
oldCount * sizeof(array()->lists[0]));/*
内存挪动 拷贝
array()->lists 原来的方法列表
addedLists 传进来的分类list上面的方法已经将 类的方法列表做到了扩充 并且类原始带的方法列表向后挪动的 addedCount的位数
为的就是 将传入的分类的方法列表 拷贝到array()->lists(原始方法列表)的最前面，所以 这就是分类的数据会优先调用的 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>
首先下载Runtimed的源码。 ------ 这里用xcode打开
Runtime源码分析
接下来查看一下 Runtime的源码是怎么将分类合并的，
每创建一个类都会 根会根据如下方法创建一个category_t的结构体
接下来直接搜索 category_t 得出如下结构体 我已经将注释放在后面了
可以将其拖入到xcode中， 方便搜索
命令可以查看转化为C\C++代码。会有生成一个xxx.cpp的文件就是我们想要的文件
利用：
分类代码 C\C++源码分析
下面是源码观看的过程在每一步都给出了注释， 有点枯燥，但是看完之后会很受益。
编译完毕之后 category存放在 结构体category_t中 并没有合并到 原始类中 每一个分类都会生成catrgory_t的结构体， 在运行时的时候才会将分类中的方法、协议、属性等 合并到原始的类中去。
编译完毕的时候 一开始程序运行的时候 所有分类的方法 一开始都存放在 结构体中(每一个分类都有一个新的结构体对象)，
分类的底层结构体 编译完毕之后
