Category深度解析

因为Category在iOS平时的开发中用的比较多，所以本文从各个方面介绍一下Category，很多地方都是自己的理解，欢迎各位看到的同学批评指正，多多交流。

一、Category作用

1. 为已存在的类添加方法；对类进行了很好的扩展，应对变化的需求。
2. 可以把一个类的实现分散到多个文件中，使得每个文件不至于庞大，而且可以聚集同一逻辑的代码在一个文件中。同时，也可以按需加载方法。
3. 同一个类可以由多个人共同完成。

二、为什么category不能添加属性或者说是成员变量

这个问题从runtime的角度进行分析。
下图是objc_class结构体：

不详细介绍每一个字段的含义了，主要介绍与category相关的部分：
在上面的objc_class结构体中，ivars是objc_ivar_list（成员变量列表）指针；methodLists是指向objc_method_list指针的指针。在Runtime中，objc_class结构体大小是固定的，不可能往这个结构体中添加数据，只能修改。所以ivars指向的是一个固定区域，只能修改成员变量值，不能增加成员变量个数。methodList是是一个二维数组，所以可以修改*methodLists的值来增加成员方法，虽没办法扩展methodLists指向的内存区域，却可以改变这个内存区域的值（存储的是指针）。因此，可以动态添加方法，不能添加成员变量。类似的是protocol，因为它是编译器处理的，所以可以添加变量。category是在运行时处理的。

三、怎么样可以实现添加属性或者说添加成员变量

上面说了category中不可能添加成员变量或属性。因为系统无法合成实现属性所需的实例变量，所以category中也无法添加@property。但有时候确实需要添加属性，那有没有其他办法，可以不改变对象的内存结构，变相的给对象增加成员变量。
我们可以Runtime的objc_getAssociatedObject和objc_setAssociatedObject方法来模拟属性的get和set方法，用关联对象来模拟实例变量，这样就有了@property的三要素，只是跟@property的实现机制是完全不一样的。
有两种方式，第一种代码更简洁：

.h文件：

@property (nonatomic) NSString Id;

.m文件，要#import <objc/runtime.h>

- (NSString *)Id
{
   return objc_getAssociatedObject(self, @selector(Id));
}

- (void)setId:(NSString *)Id
{
   objc_setAssociatedObject(self, @selector(Id), Id, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

第二种：

static void *UIViewPoint =@"UIViewPoint";
@implementation UIView (Point)

@dynamic pointView;

- (void)setPointView:(UIView *)pointView {
    objc_setAssociatedObject(self, UIViewPoint, pointView,OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
}

- (UIView *)pointView {
   return objc_getAssociatedObject(self, UIViewPoint);
}

这两个方法的原型如下：

id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key);
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy);

@selector(Id) 是参数中的 key，方法二中使用了静态指针 static void * 类型的参数来代替，第一种方法因为省略了声明参数的代码，并且能很好地保证 key 的唯一性，所以更简洁。

OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC 从字面意思就能猜到它是和属性的修饰符是对应的。对应关系见如下的定义：

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. */
};

当属性是基本数据类型的时候，可能只是需要添加get和set方法，不需要实例变量的时候，可以在category中这样添加属性，这种方式，同样没有改变对象的内存结构。

@property (nonatomic) CGFloat left;
   @property (nonatomic) CGFloat right;

- (CGFloat)left {
    return self.frame.origin.x;
}
- (void)setLeft:(CGFloat)x {
    CGRect frame = self.frame;
    frame.origin.x = x;
    self.frame = frame;
}
- (CGFloat)right {
    return self.left + self.width;
}

- (void)setRight:(CGFloat)right {
    if(right == self.right){
        return;
    }
    CGRect frame = self.frame;
    frame.origin.x = right - frame.size.width;
    self.frame = frame;
}

我查了很多资料，很多人认为category可以添加属性，但是不可以添加成员变量，我觉得这种说法是不严谨的，所以写了这篇博客，来总结一下。如果有理解的不对的地方，希望看到的朋友指正，大家多多交流。

参考：

1. http://yulingtianxia.com/blog/2014/11/05/objective-c-runtime/
2. http://zhangbuhuai.com/2015/04/26/unstanding-the-Objective-C-Runtime-part1/
3. http://draveness.me/ao/