对设计模式有一定了解的朋友应该听说过装饰模式,Objective-C 中的 Category 就是对装饰模式的一种具体实现。它的主要作用是在不改变原有类的前提下,动态地给这个类添加一些方法。在 Objective-C 中的具体体现为:实例(类)方法、属性和协议。是的,在 Objective-C 中可以用 Category 来实现协议。本文将结合 runtime(我下载的是当前的最新版本 objc4-646.tar.gz
) 的源码来探究它实现的原理。
使用场景
根据苹果官方文档对 Category 的描述,它的使用场景主要有三个:
- 给现有的类添加方法;
- 将一个类的实现拆分成多个独立的源文件;
- 声明私有的方法。
其中,第 1
个是最典型的使用场景,应用最广泛。
注:Category 有一个非常容易误用的场景,那就是用 Category 来覆写父类或主类的方法。虽然目前 Objective-C 是允许这么做的,但是这种使用场景是非常不推荐的。使用 Category 来覆写方法有很多缺点,比如不能覆写 Category 中的方法、无法调用主类中的原始实现等,且很容易造成无法预估的行为。
实现原理
我们知道,无论我们有没有主动引入 Category 的头文件,Category 中的方法都会被添加进主类中。我们可以通过 - performSelector:
等方式对 Category 中的相应方法进行调用,之所以需要在调用的地方引入 Category 的头文件,只是为了“照顾”编译器同学的感受。
下面,我们将结合 runtime 的源码探究下 Category 的实现原理。打开 runtime 源码工程,在文件 objc-runtime-new.mm
中找到以下函数:
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从第 27-58 行的关键代码,我们可以知道在这个函数中对 Category 做了如下处理:
- 将 Category 和它的主类(或元类)注册到哈希表中;
- 如果主类(或元类)已实现,那么重建它的方法列表。
在这里分了两种情况进行处理:Category 中的实例方法和属性被整合到主类中;而类方法则被整合到元类中(关于对象、类和元类的更多细节,可以参考我前面的博文《Objective-C 对象模型》)。另外,对协议的处理比较特殊,Category 中的协议被同时整合到了主类和元类中。
我们注意到,不管是哪种情况,最终都是通过调用 static void remethodizeClass(Class cls)
函数来重新整理类的数据的。
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这个函数的主要作用是将 Category 中的方法、属性和协议整合到类(主类或元类)中,更新类的数据字段 data()
中 method_lists(或 method_list)
、properties
和 protocols
的值。进一步,我们通过 attachCategoryMethods
函数的源码可以找到真正处理 Category 方法的 attachMethodLists
函数:
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这个函数的代码量看上去比较多,但是我们并不难理解它的目的。它的主要作用就是将类中的旧有方法和 Category 中新添加的方法整合成一个新的方法列表,并赋值给 method_lists
或 method_list
。通过探究这个处理过程,我们也印证了一个结论,那就是主类中的方法和 Category 中的方法在 runtime 看来并没有区别,它们是被同等对待的,都保存在主类的方法列表中。
不过,类的方法列表字段有一点特殊,它的结构是联合体,method_lists
和 method_list
共用同一块内存地址。当 newCount
的个数大于 1 时,使用 method_lists
来保存 newLists
,并将方法列表的标志位置为 RW_METHOD_ARRAY
,此时类的方法列表字段是 method_list_t
类型的指针数组;否则,使用 method_list
来保存 newLists
,并将方法列表的标志位置空,此时类的方法列表字段是 method_list_t
类型的指针。
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看过我上一篇博文《Objective-C +load vs +initialize》的 朋友可能已经有所察觉了。我们注意到 runtime 对 Category 中方法的处理过程并没有对 +load 方法进行什么特殊地处理。因此,严格意义上讲 Category 中的 +load 方法跟普通方法一样也会对主类中的 +load 方法造成覆盖,只不过 runtime 在自动调用主类和 Category 中的 +load 方法时是直接使用各自方法的指针进行调用的。所以才会使我们觉得主类和 Category 中的 +load 方法好像互不影响一样。因此,当我们手动给主类发送 +load 消息时,调用的一直会是分类中的 +load 方法,you should give it a try yourself 。
总结
Category 是 Objective-C 中非常强大的技术之一,使用得当的话可以给我们的开发带来极大的便利。很多著名的开源库或多或少都会通过给系统类添加 Category 的方式提供强大功能,比如 AFNetworking 、ReactiveCocoa 、 SDWebImage 等。但是凡事有利必有弊,正因为 Category 非常强大,所以一旦误用就很可能会造成非常严重的后果。比如覆写系统类的方法,这是 iOS 开发新手经常会犯的一个错误,不管在任何情况下,切记一定不要这么做,No zuo no die 。
参考链接
https://developer.apple.com/library/ios/documentation/General/Conceptual/DevPedia-CocoaCore/Category.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008195-CH5-SW1 http://stackoverflow.com/questions/5272451/overriding-methods-using-categories-in-objective-c
Posted by 雷纯锋 May 18th, 2015 12:20 am
原文链接:http://blog.leichunfeng.com/blog/2015/05/18/objective-c-category-implementation-principle/