【Objective-C】探索Category底層的實質

　　無論一個類設計的多麼完美，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。那怎麼擴展已有的類呢？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。如今category已經遍佈於Objective-C代碼的各個角落，從Apple官方的framework到各個開源框架，從功能繁複的大型APP到簡單的應用，catagory無處不在。本文對category做了比較全面的整理，希望對讀者有所裨益。　　

　　Objective-C中類別特性的作用如下：

　　（1）可以將類的實現分散到多個不同文件或多個不同框架中（補充新的方法）。

　　（2）可以創建私有方法的前向引用。

　　（3）可以向對象添加非正式協議。

　　Objective-C中類別特性的局限性如下：

　　（1）類別隻能想原類中添加新的方法，且只能添加而不能刪除或修改原方法，不能向原類中添加新的屬性。

　　（2）類別向原類中添加的方法是全局有效的而且優先順序最高，如果和原類的方法重名，那麼會無條件覆蓋掉原來的方法。　

　一、Category的底層實現

　　 Objective-C 通過 Runtime 運行時來實現動態語言這個特性，所有的類和對象，在 Runtime 中都是用結構體來表示的，Category 在 Runtime 中是用結構體 category_t 來表示的，下麵是結構體 category_t 具體表示：

typedef struct category_t {
    const char *name;//類的名字 主類名字
    classref_t cls;//類
    struct method_list_t *instanceMethods;//實例方法的列表
    struct method_list_t *classMethods;//類方法的列表
    struct protocol_list_t *protocols;//所有協議的列表
    struct property_list_t *instanceProperties;//添加的所有屬性
} category_t;

　　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（無法添加實例變數）。

　　我們將結合 runtime 的源碼探究下 Category 的實現原理。打開 runtime 源碼工程，在文件 objc-runtime-new.mm 中找到以下函數：

void _read_images(header_info **hList, uint32_t hCount)
{
    ...
        _free_internal(resolvedFutureClasses);
    }

    // Discover categories. 
    for (EACH_HEADER) {
        category_t **catlist =
            _getObjc2CategoryList(hi, &count);
        for (i = 0; i < count; i++) {
            category_t *cat = catlist[i];
            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;
            if (cat->instanceMethods ||  cat->protocols
                ||  cat->instanceProperties)
            {
                addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi);
                if (cls->isRealized()) {
                    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
                /* ||  cat->classProperties */)
            {
                addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->ISA(), hi);
                if (cls->ISA()->isRealized()) {
                    remethodizeClass(cls->ISA());
                }
                if (PrintConnecting) {
                    _objc_inform("CLASS: found category +%s(%s)",
                                 cls->nameForLogging(), cat->name);
                }
            }
        }
    }

    // Category discovery MUST BE LAST to avoid potential races 
    // when other threads call the new category code before 
    // this thread finishes its fixups.

    // +load handled by prepare_load_methods()

    ...
}

　　我們可以知道在這個函數中對 Category 做瞭如下處理：

　　(1)將 Category 和它的主類（或元類）註冊到哈希表中;

　　(2)如果主類（或元類）已實現，那麼重建它的方法列表;

　　Category的實現原理：

• 在編譯時期，會將分類中實現的方法生成一個結構體 method_list_t 、將聲明的屬性生成一個結構體 property_list_t ，然後通過這些結構體生成一個結構體 category_t 。
• 然後將結構體 category_t 保存下來
• 在運行時期，Runtime 會拿到編譯時期我們保存下來的結構體 category_t
• 然後將結構體 category_t 中的實例方法列表、協議列表、屬性列表添加到主類中
• 將結構體 category_t 中的類方法列表、協議列表添加到主類的 metaClass 中

二、為何Category中的方法優先順序高於原類中的方法？

// 這裡大概就類似這樣子插入
newproperties->next = cls->data()->properties;
cls->data()->properties = newproperties;，

三、為何Category中不能添加實例變數？