分类Category和扩展Extension-一一网

一 Category 分类

1. Category源码

Category 是表示一个指向分类的结构体的指针，其定义如下：

typedef struct objc_category *Category;
struct objc_category {
  char *category_name                          OBJC2_UNAVAILABLE; // 分类名
  char *class_name                             OBJC2_UNAVAILABLE; // 分类所属的类名
  struct objc_method_list *instance_methods    OBJC2_UNAVAILABLE; // 实例方法列表
  struct objc_method_list *class_methods       OBJC2_UNAVAILABLE; // 类方法列表
  struct objc_protocol_list *protocols         OBJC2_UNAVAILABLE; // 分类所实现的协议列表
}
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从结构体可以看出，分类能

给类添加实例方法 (instanceMethod）
给类添加类方法 (classMethod)
实现协议 (protocol）

这个结构体里面根本没有属性列表,所以不能添加实例变量，即无法自动生成实例变量的setter和getter方法。当然，我们可以通过关联对象来实现分类对实例变量的添加.

分类不能添加属性的实质原因

我们知道在一个类中用@property声明属性，编译器会自动帮我们生成_成员变量和setter/getter，但分类的指针结构体中，根本没有属性列表。所以在分类中用@property声明属性，既无法生成_成员变量也无法生成setter/getter。

因此结论是：我们可以用@property声明属性，编译和运行都会通过，只要不使用程序也不会崩溃。但如果调用了_成员变量和setter/getter方法，报错就在所难免了。

Category编译之后的底层结构是 struct category_t(结构体),里面存储着分类的对象方法、类方法、属性、协议信息

struct category_t {
    const char *name; //类的名字(name)
    
    classref_t cls; //类(cls)

    structmethod_list_t *instanceMethods;//category中所有给类添加的实例方法的列表(instanceMethods)

    struct method_list_t *classMethods; //category中所有添加的类方法的列表(classMethods)

    struct protocol_list_t *protocols; //category实现的所有协议的列表(protocols)

    struct property_list_t *instanceProperties; //category中添加的所有属性(instanceProperties)
};
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从category_t的结构体也可以看出category可以添加实例方法，类方法,遵守协议，添加属性；但无法添加实例变量。

在category中可以有属性(property)，但是该属性只是生成了getter和setter方法的声明，并没有产生对应的实现，更不会添加对应的实例变量。如果想为实例对象添加实例变量，可以尝试使用关联引用技术。

2. 关联对象(Objective-C Associated Objects)给分类增加属性

分类是不能直接添加属性,但是可以通过关联对象实现给分类添加属性。

① API介绍

关联对象Runtime提供了下面几个接口：

//关联对象,传入nil则可以移除已有的关联对象
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
//获取关联的对象
id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key)
//移除一个对象的所有关联对象。
void objc_removeAssociatedObjects(id object)
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key值必须保证唯一性,有以下三种推荐的key 值

声明static char kAssociatedObjectKey;使用&kAssociatedObjectKey作为key值;
声明static void *kAssociatedObjectKey = &kAssociatedObjectKey;使用kAssociatedObjectKey作为key值；
用 selector，使用getter方法的名称作为key值。

objc_AssociationPolicy的枚举值和说明

typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,            // 指定一个弱引用相关联的对象。相当于@property(assign)/@property(unsafe_unretained)
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1,  // 指定相关对象的强引用，非原子性。@property(nonatomic,strong)
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,    // 指定相关的对象被复制，非原子性。@property(nonatomic,copy)
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,        // 指定相关对象的强引用，原子性。@property(atomic,strong)
    OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403           // 指定相关的对象被复制，原子性。@property(atomic,copy)   
};
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在绝大多数情况下，我们都会使用 OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC 的关联策略，这可以保证我们持有关联对象。

objc_removeAssociatedObjects函数我们一般是用不上的，因为这个函数会移除一个对象的所有关联对象，将该对象恢复成“原始”状态。这样做就很有可能把别人添加的关联对象也一并移除，这并不是我们所希望的。所以一般的做法是通过给objc_setAssociatedObject函数传入 nil 来移除某个已有的关联对象。

② 使用示例

为系统类添加属性:OC类型name和简单类型age

@property (strong, nonatomic) NSString *name;
@property (assign, nonatomic) int age;

- (void)setName:(NSString *)name {
    /**
     *  为某个类关联某个对象
     *
     *  @param object#> 要关联的对象 description#>
     *  @param key#>    要关联的属性key description#>
     *  @param value#>  你要关联的属性 description#>
     *  @param policy#> 添加的成员变量的修饰符 description#>
     */
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(name), name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

- (NSString *)name {
    /**
     *  获取到某个类的某个关联对象
     *
     *  @param object#> 关联的对象 description#>
     *  @param key#>    属性的key值 description#>
     */
    return objc_getAssociatedObject(self, @selector(name));
}

NSString * const recognizerAge = @"kAge";

- (void)setAge:(int)age{
    
    objc_setAssociatedObject(self, (__bridge const void *)(kAge), @(age), OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}
- (int)age{
    
    return [objc_getAssociatedObject(self, (__bridge const void *)(kAge)) intValue];
}
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3. Category格式

@interface 待扩展的类（分类的名称）
@end

@implementation 待扩展的名称（分类的名称）
@end
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4. Category的方法会“覆盖”原来类的同名方法吗？

Category的方法没有“完全替换掉”原来类已经有的方法，也就是说如果Category和原来类都有methodA，那么Category附加完成之后，类的方法列表里会有两个methodA
Category的方法被放到了新方法列表的前面，而原来类的方法被放到了新方法列表的后面，这也就是我们平常所说的Category的方法会“覆盖”掉原来类的同名方法，这是因为运行时在查找方法的时候是顺着方法列表的顺序查找的，它只要一找到对应名字的方法，很开心的返回了，不会在理会后面的同名方法。
同名方法的调用，是根据编译顺序决定的，对于“覆盖”掉的方法，会先找到最后一个编译的category里的对应方法。可查看项目的 Build Phases -> Compile Sources，位置越往后，越晚编译。

5. Category 作用

减少单个文件的体积
把不同的功能分配到不同的分类里，便于管理
可以按需加载想要的分类
把Framework私有方法公开
模拟多继承（另外可以模拟多继承的还有protocol）

例如:

ibireme大神开源的YYCategories,针对系统的类使用分类拓展的小功能，很实用。

空白页框架DZNEmptyDataSet,通过对UIScrollView使用分类功能,完美的处理了空白页面的展示

6. Objective-C Associated Objects 的实现原理

关联对象的方法是

objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) 
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实现关联对象技术的核心对象有

AssociationsManager
AssociationsHashMap
ObjectAssociationMap
ObjcAssociation
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ObjcAssociation中存储着value和policy这两个值。
ObjectAssociationMap中以key-value的形式存储着传入的key和ObjcAssociation。
AssociationsHashMap中以key-value的形式存储着disguised_object和ObjectAssociationMap。(第一个参数object经过DISGUISE函数被转化为了disguised_ptr_t类型的disguised_object)
AssociationsManager内部有一个AssociationsHashMap对象，还有个自旋锁 spinlock_t

原理总结/系统如何管理关联对象

首先系统中有一个全局AssociationsManager,里面有个AssociationsHashMap哈希表，哈希表中的key是对象的内存地址，value是ObjectAssociationMap,也是一个哈希表，其中key是我们设置关联对象所设置的key，value是ObjcAssociation,里面存放着关联对象设置的值和内存管理的策略。
以void objc_setAssociatedObject(id object, const void * key,id value, objc_AssociationPolicy policy)为例，首先会通过AssociationsManager获取AssociationsHashMap，然后以object的内存地址为key，从AssociationsHashMap中取出ObjectAssociationMap，若没有，则新创建一个ObjectAssociationMap，然后通过key获取旧值，以及通过key和policy生成新值ObjcAssociation(policy, new_value)，把新值存放到ObjectAssociationMap中，若新值不为nil，并且内存管理策略为retain，则会对新值进行一次retain，若新值为nil，则会删除旧值，若旧值不为空并且内存管理的策略是retain，则对旧值进行一次release

二 Extension扩展

Extension是Category的一个特例。类扩展与分类相比只少了分类的名称，所以称之为“匿名分类”。类扩展听上去很复杂，但其实我们很早就认识它了.就是我们平时在.m文件里使用的

@interface ViewController ()
//私有属性
//私有方法
@end
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1. Extension的作用

声明私有属性
声明私有方法
声明私有成员变量

2. Extension的特点

编译时决议
只以声明的形式存在，多数情况下寄生在宿主类的.m中
一般的私有属性写到.m文件中的类扩展中
不能为系统类添加扩展

3. Extension的使用格式

@interface XXX ()
//私有属性
//私有方法（如果不实现，编译时会报警,Method definition for 'XXX' not found）
@end
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三 Category和Extension的区别

分类是运行时决议；扩展是编译时决议；（所以扩展中声明的方法没有被实现，编译器会报警，但是分类种的方法没有被实现编译器是不会有任何警告的）
分类原则上只能增加方法，并且是公开的（无法直接添加属性,可以通过runtime添加属性,原因通过runtime可以解决无setter/getter的问题)；扩展能添加方法，实例变量，默认是@private类型的，且只能作用于自身类，而不是子类或者其他地方；
分类有自己的实现部分；扩展无自己的实现部分，只能依托对应类的实现部分来实现；
分类可以为系统类添加分类；扩展不可以为系统类添加扩展(必须有一个类的源码才能添加一个类的Extension)；
定义在 .m 文件中的类扩展方法为私有的，定义在 .h 文件（头文件）中的类扩展方法为公有的。类扩展是在 .m 文件中声明私有方法的非常好的方式。

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THE END

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