类扩展、分类的区别
1. Category（分类或者类别）
专门给主类添加新的方法
不能给分类添加成员变量（添加了也获取不到）
可以给分类添加属性，但是通过
@property定义的属性，只会生成变量的setter、getter方法声明，不会生成方法实现（可以通过rentime来重写setter、getter的实现，即关联对象）以及带下划线的成员变量
2. Extension（类扩展）
可以当作是一个特殊的分类，也称作
匿名分类可以给主类添加方法、属性、成员变量（都是私有的，即自己可见，外界不能调用）
类扩展的底层原理
类的扩展有两种创建方式
直接在主类中添加：永远都是在主类的声明之后、实现之前（.m 文件中添加）
通过
commond + N新建 -> Objective-C File -> Extension
单独创建好的类扩展文件如下
类扩展的本质
有两种方法可以探究：clang，源码
通过 clang 底层编译
下面我们通过 clang 底层编译，查看类扩展的底层实现
- 类扩展代码如下
@interface LGPerson : NSObject
- (void)instanceMethod;
+ (void)classMethod;
@end
@interface LGPerson ()
@property (nonatomic, copy) NSString *lg_name;
- (void)ext_instanceMethod;
+ (void)ext_classMethod;
@end
@implementation LGPerson
- (void)instanceMethod {
}
+ (void)classMethod {
}
- (void)ext_instanceMethod {
}
+ (void)ext_classMethod {
}
@end
- 通过
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp命令生成cpp文件，打开cpp文件，搜索lg_name
- 再查看
LGPerson的类扩展方法，在编译过程中，方法就直接添加到了methodlist中，作为类的一部分，即编译时期直接添加到本类里面
通过 objc 源码探索
- 创建
LGPerson类，并创建LGPerson_Ext.h主类的类扩展，声明两个方法
#import "LGPerson.h"
@interface LGPerson ()
@property (nonatomic, copy) NSString *ext_name;
- (void)ext_intanceMethod3;
- (void)ext_intanceMethod4;
@end
- 在
LGPerson中实现上面两个方法
/* ------ LGPerson.h ------*/
@interface LGPerson : NSObject
- (void)lc_intanceMethod1;
- (void)lc_intanceMethod2;
- (void)lc_intanceMethod3;
- (void)lc_intanceMethod4;
@end
/* ------ LGPerson.m ------*/
@implementation LGPerson
+ (void)load {
}
- (void)lc_intanceMethod1 {
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)lc_intanceMethod2 {
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)lc_intanceMethod3 {
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)lc_intanceMethod4 {
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)ext_intanceMethod {
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)ext_classMethod {
NSLog(@"%s", __func__);
}
@end
- 运行
objc源码，在readClass处下个断点，查看此时的ro情况
总结
类扩展在编译时期会作为类的一部分，和主类一起编译进来
类扩展只是声明，它需要依赖当前主类，它没有 .m 文件
关联对象的底层原理
主要分为两部分：
通过
objc_setAssociatedObject设值通过
objc_getAssociatedObject取值
在分类中添加属性 cate_name，通过 runtime 的关联属性方法重写它的 set、get 方法，并在 main 函数中调用如下
@interface LGPerson : NSObject
@end
@implementation LGPerson
@end
@interface LGPerson (LG)
@property (nonatomic, copy) NSString *cate_name;
@end
@implementation LGPerson (LG)
- (void)setCate_name:(NSString *)cate_name {
objc_setAssociatedObject(self, "cate_name", cate_name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
- (NSString *)cate_name {
return objc_getAssociatedObject(self, "cate_name");
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
LGPerson *p = [[LGPerson alloc] init];
p.cate_name = @"lg_lc";
NSLog(@"%@", p.cate_name);
}
return 0;
}
关联对象的设值流程
- 在
main函数中cate_name赋值处和分类的setCate_name方法中打个断点，运行程序
- 继续往下运行
其中 objc_setAssociatedObject 方法有四个参数:
- 参数1：要关联的对象，即给谁添加关联属性
- 参数2：标识符，方便下次查找
- 参数3：设置的value
- 参数4：属性策略，即
nonatomic、atomic、assign等，枚举如下
/**
* Policies related to associative references.
* These are options to objc_setAssociatedObject()
*/
typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0, /**< Specifies a weak reference to the associated object. */
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object.
* The association is not made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3, /**< Specifies that the associated object is copied.
* The association is not made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401, /**< Specifies a strong reference to the associated object.
* The association is made atomically. */
OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403 /**< Specifies that the associated object is copied.
* The association is made atomically. */
};
- 进入
objc_setAssociatedObject的源码实现
void
objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
{
_object_set_associative_reference(object, key, value, policy);
}
_object_set_associative_reference
进入 _object_set_associative_reference 源码实现，如下
void
_object_set_associative_reference(id object, const void *key, id value, uintptr_t policy)
{
// This code used to work when nil was passed for object and key. Some code
// probably relies on that to not crash. Check and handle it explicitly.
// rdar://problem/44094390
if (!object && !value) return;
if (object->getIsa()->forbidsAssociatedObjects())
_objc_fatal("objc_setAssociatedObject called on instance (%p) of class %s which does not allow associated objects", object, object_getClassName(object));
//object封装成一个数组结构类型，类型为DisguisedPtr
DisguisedPtr<objc_object> disguised{(objc_object *)object};//相当于包装了一下 对象object,便于使用
// 包装一下 policy - value
ObjcAssociation association{policy, value};
// retain the new value (if any) outside the lock.
association.acquireValue();//根据策略类型进行处理
//局部作用域空间
{
//初始化manager变量，相当于自动调用AssociationsManager的析构函数进行初始化
AssociationsManager manager;//并不是全场唯一，构造函数中加锁只是为了避免重复创建，在这里是可以初始化多个AssociationsManager变量的
AssociationsHashMap &associations(manager.get());//AssociationsHashMap 全场唯一
if (value) {
auto refs_result = associations.try_emplace(disguised, ObjectAssociationMap{});//返回的结果是一个类对
if (refs_result.second) {//判断第二个存不存在，即bool值是否为true
/* it's the first association we make 第一次建立关联*/
object->setHasAssociatedObjects();//nonpointerIsa ，标记位true
}
/* establish or replace the association 建立或者替换关联*/
auto &refs = refs_result.first->second; //得到一个空的桶子，找到引用对象类型,即第一个元素的second值
auto result = refs.try_emplace(key, std::move(association));//查找当前的key是否有association关联对象
if (!result.second) {//如果结果不存在
association.swap(result.first->second);
}
} else {//如果传的是空值，则移除关联，相当于移除
auto refs_it = associations.find(disguised);
if (refs_it != associations.end()) {
auto &refs = refs_it->second;
auto it = refs.find(key);
if (it != refs.end()) {
association.swap(it->second);
refs.erase(it);
if (refs.size() == 0) {
associations.erase(refs_it);
}
}
}
}
}
// release the old value (outside of the lock).
association.releaseHeldValue();//释放
}
通过以上源码可知，_object_set_associative_reference 方法主要分为以下几部分：
- 创建一个
AssociationsManager管理类
- 创建一个
- 获取全局唯一的静态哈希表：
AssociationsHashMap
- 获取全局唯一的静态哈希表：
-
- 判断插入的
value值是否存在
3.1：存在走第四步
3.2：不存在则
移除关联对象
- 判断插入的
- 创建一个空的
ObjectAssociationMap，通过try_emplace方法去查询并获取键值对（如果发现没有这个key就插入一个 空的BucketT进去并返回true）
- 创建一个空的
- 如果没有这个
key，就标记为第一次创建
- 如果没有这个
- 用当前
policy和value组成了一个ObjcAssociation替换原来的BucketT或者创建新的
- 用当前
- 如果是第一次创建的，通过
setHasAssociatedObjects方法标记对象存在关联对象，即设置isa指针的has_assoc属性为true
- 如果是第一次创建的，通过
源码调试流程
- 定义
AssociationsManager变量，从源码可以得知，就是自动调用AssociationsManager的构造函数和析构函数
AssociationsManager() { AssociationsManagerLock.lock(); }
~AssociationsManager() { AssociationsManagerLock.unlock(); }
加锁并不代表唯一，只是为了避免多线程重复创建，可以在外层定义多个 AssociationsManager 变量的
- 定义
AssociationsHashMap类型的哈希map
// 定义变量
AssociationsHashMap &associations(manager.get());
进入 manager.get() 源码，如下
typedef DenseMap<const void *, ObjcAssociation> ObjectAssociationMap;
typedef DenseMap<DisguisedPtr<objc_object>, ObjectAssociationMap> AssociationsHashMap;
// class AssociationsManager manages a lock / hash table singleton pair.
// Allocating an instance acquires the lock
class AssociationsManager {
using Storage = ExplicitInitDenseMap<DisguisedPtr<objc_object>, ObjectAssociationMap>;
static Storage _mapStorage; // 静态变量
public:
AssociationsManager() { AssociationsManagerLock.lock(); } // 构造函数
~AssociationsManager() { AssociationsManagerLock.unlock(); } // 析构函数
AssociationsHashMap &get() {
return _mapStorage.get(); // 从上面定义的静态变量中获取，全场唯一
}
static void init() {
_mapStorage.init();
}
};
从源码中我们可以得知，_mapStorage 是一个静态变量，静态变量又是全局唯一的，AssociationsHashMap 是从静态变量 _mapStorage 中获取的，所以 AssociationsHashMap 是全局唯一的
- 查看目前的数据结构
运行项目，走到断点处，打印变量的数据结构
- disguised : 其中的
value是来自object还原出来的 - association : 包装的策略类型处理
- manager :
AssociationsManager管理类 - associations : 目前的
associations为0x0，表示还没有查找到相应的递归查找域中
继续向下执行，此时传入的 value 有值，所以走 if 流程（如果传入的 value 为空，就会走 移除关联函数 流程，即 else 流程），查看 refs_result 的数据结构，类型很长，可以进行拆解
// pair 表示有键值对
(std::pair<
objc::DenseMapIterator<DisguisedPtr<objc_object>,
objc::DenseMap<const void *, objc::ObjcAssociation, objc::DenseMapValueInfo<objc::ObjcAssociation>, objc::DenseMapInfo<const void *>, objc::detail::DenseMapPair<const void *, objc::ObjcAssociation> >,
objc::DenseMapValueInfo<objc::DenseMap<const void *, objc::ObjcAssociation, objc::DenseMapValueInfo<objc::ObjcAssociation>, objc::DenseMapInfo<const void *>, objc::detail::DenseMapPair<const void *, objc::ObjcAssociation> > >,
objc::DenseMapInfo<DisguisedPtr<objc_object> >,
objc::detail::DenseMapPair<DisguisedPtr<objc_object>, objc::DenseMap<const void *, objc::ObjcAssociation, objc::DenseMapValueInfo<objc::ObjcAssociation>, objc::DenseMapInfo<const void *>, objc::detail::DenseMapPair<const void *, objc::ObjcAssociation> > >,
false>,
bool>)
👇
// 简写
(std::pair<
objc,
bool>)
try_emplace 源码
进入 try_emplace 源码实现，如下
从源码可以看到，有两个返回：
通过查找桶子，如果 map 中存在，则直接返回，并将
make_pair的第二个参数置为false如果没找到，证明是第一次进入，则通过
InsertIntoBucket插入 map，然后返回，并将make_pair的第二个参数置为true
** LookupBucketFor 源码**
LookupBucketFor 源码有两个同名方法，区别是第一个方法中第二个参数有 const 修饰，通过 try_emplace 源码可知，调用的是第二个方法（重载函数），而第二个方法内部实现是调用第一个 LookupBucketFor 方法
- 第一个
LookupBucketFor源码实现如下
- 第二个
LookupBucketFor源码实现如下
继续往下走，运行至 TheBucket = InsertIntoBucket(TheBucket, Key, std::forward<Ts>(Args)...);，查看此时的 TheBucket
可以看到 TheBucket 的类型与 refs_result 中属性的类型是一致的
- 继续执行，查看 refs 执行
refs.try_emplace前后变化
** 两次 try_emplace 的区别**
第一次执行
try_emplace查看AssociationsHashMap全局哈希 map 中是否存在该对象的桶子，如果没有，则插入空的桶子第二次执行
try_emplace往上面的空桶子中插入ObjcAssociation (policy, value)返回ture
- result.second 为 NO，证明哈希表中已存在，需要更换最新的
继续执行，断点在 object->setHasAssociatedObjects();，源码如下
由此可知，通过 setHasAssociatedObjects 将 nonpointerIsa 的 has_assoc 标记为 true，到此就将属性与 value 关联上了
关联对象设值流程图
从上面分析可以得出，关联对象的哈希 map 结构如下
-
AssociationsHashMap中有很多的关联对象 map，它的key是DisguisedPtr<objc_object>，是一个包装的对象（例如 LGPerson、LGTeacher 等），它的value是也是一个 map（ObjectAssociationMap）
typedef DenseMap<DisguisedPtr<objc_object>, ObjectAssociationMap> AssociationsHashMap;
-
ObjectAssociationMap表中有很多的key-value键值对，它的key类型为const void *key，这个key就是分类里面传过来的；它的value也是一个包装好的对象ObjcAssociation
typedef DenseMap<const void *, ObjcAssociation> ObjectAssociationMap;
-
ObjcAssociation是用于包装policy和value的一个类
关联对象的取值流程
- 在
main.m添加断点，如下
继续执行下一步，断点来到重写分类的属性 get 方法，进入 objc_getAssociatedObject 源码的实现
_object_get_associative_reference
其源码实现如下：
id
_object_get_associative_reference(id object, const void *key)
{
ObjcAssociation association{}; // 创建空的关联对象
{
AssociationsManager manager; // 创建一个 管理类
AssociationsHashMap &associations(manager.get()); // 获取全局唯一的静态哈希 map
AssociationsHashMap::iterator i = associations.find((objc_object *)object); // 根据 object 查找 AssociationsHashMap，即获取 buckets
if (i != associations.end()) { // 如果迭代器不是最后一个
ObjectAssociationMap &refs = i->second; // 找到 ObjectAssociationMap 的迭代查询器，获取一个经过属性修饰符修饰的 value
ObjectAssociationMap::iterator j = refs.find(key); //根据 key 查找 ObjectAssociationMap，即获取 bucket
if (j != refs.end()) {
association = j->second; // //获取 ObjcAssociation
association.retainReturnedValue(); // retain 处理
}
}
}
return association.autoreleaseReturnedValue(); // 返回 value
}
通过以上源码，可以将取值流程分为以下几部分：
- 创建一个
AssociationsManager管理类变量
- 创建一个
- 通过管理类变量获取全局唯一的静态哈希表
AssociationsHashMap
- 通过管理类变量获取全局唯一的静态哈希表
- 通过
find方法根据object找到AssociationsHashMap中的iterator，迭代查询器
- 通过
- 如果这个迭代器不是最后一个，获取
ObjectAssociationMap
- 如果这个迭代器不是最后一个，获取
- 通过
find方法根据key找到ObjectAssociationMap中的迭代查询器获取一个经过属性修饰符修饰的value
- 通过
- 返回
value
- 返回
调用流程
- 进入
find方法，根据关联对象迭代查找AssociationsHashMap，即buckets，源码实现如下
- 打印 迭代器 i， 以及 i->second 查看它们的类型
- 再次通过
find方法，在buckets中查找与key匹配的bucket，打印find方法执行前后j的变化
总结
综上所述，关联对象的底层调用，主要就是两层哈希 map 的处理，即存取时都是两层处理。流程如下图所示
