iOS-Category与Extension

作者: 树下敲代码的超人 | 来源:发表于2019-03-19 15:02 被阅读0次

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Category

Category是Objective-C 2.0之后添加的新语言特性，分类和类别都是指的Category。Category的主要作用是为已经存在的类添加方法和属性，其作用是在运行期决定的。
通过clang命令行查看Category源码：

struct _category_t {
    const char *name;//类名字
    struct _class_t *cls;//类
    const struct _method_list_t *instance_methods;////category中所有给类添加的实例方法的列表
    const struct _method_list_t *class_methods;//category中所有添加的类方法的列表
    const struct _protocol_list_t *protocols;//category实现的所有协议的列表
    const struct _prop_list_t *properties;//category中添加的所有属性列表
};

在程序启动时，系统会自动做好class与class对应的Category的映射，会调用remethodizeClass方法来修改class的_method_list_t的结构，从而实现为原类添加方法和协议。这才是runtime实现Category的关键

例如Category文件名为Person+Clothes.m
1.打开终端
2.cd到Person+Clothes.m文件目录
3.在终端中输入xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc Person+Clothes.m
4.系统会自动生成Person+Clothes.cpp文件，打开Person+Clothes.cpp文件，搜索_category_t就可以看到Category的结构体了

装饰者模式

装饰者模式：Category 是Objective-C 中对装饰者模式的一种体现。在不改变原有类的前提下，动态的给原类添加一些方法和属性。
继承是面向对象语言三大特性之一，一般开发中，继承使用得比较频繁。而过多的使用继承和多层次的使用继承会造成维护困难，灵活性变得较低。而采用装饰者模式则可以在不修改原代码的情况下，通过灵活的选择组合方式，去达到新增方法和属性的目的。

举例说明装饰者模式：现在我们需要创建一个人的对象，给人穿上各种衣物。
采用传统的方式是：

传统方式

我们需要给人创建一个Person基类，人中要有衣服对象属性，裤子对象属性，鞋子对象属性，给衣服创建一个clothes基类，裤子trousers基类，鞋子shoes基类。然后通过继承方式为裤子等添加每种类型裤子的独有特性，比如裤子的长短区分的7分、9分裤，裤子造型区分的哈伦裤、直筒裤等。然后在给人穿上各种衣物时需要创建各个衣物的子类。把子类对象赋予Person类。来达到穿衣物的目的。传统的方式只能在固有情况下去搭配，当我们需要给人穿上一件连体衣物时，那么我们就不需要裤子与鞋子对象属性，但这两个属性已经是Person类固有的，不能减少。而衣服的对象属性在原本创建的时候是按照上半身定位的，并没有考虑连体衣物这一类。这个时候就需要重新去修改Person这个类的属性。或者用继承的方式去写一个专门穿连体衣的这一类人。但这样就显得不灵活。

采用装饰者模式的方式是：

装饰者模式
我们只要创建一个Person的基类，为Person增加一些额外分类(Category)。当我们需要给人穿衣服的时候，我们给Person添加衣服相关的方法属性。而不需要穿衣服时，则不用添加衣服相关的Category，Person也没有衣物相关的对象属性与方法。这样Person类就显得简单且不需要因为其他原因去修改调整，基类不动。

Category的创建使用方法

1.New File的时候选择Object-C File

选择Object-C File
2.填入Category文件名，选择Category和Category原类

选择
3.创建成功后

创建成功后
4.Person+Clothes.h文件会报错，因为Person类找不到。所以需要在Person+Clothes.h文件中导入Person类#import "Person.h"。

image.png
5.需要用Category时，导入Category类即可。#import "Person+Clothes.h"

导入"Person+Clothes.h"

什么是成员变量和属性

@interface ViewController :UIViewController
{
    UIButton *selectButton;//实例变量
    int *number;//成员变量
}
@property (nonatomic, retain) UIButton *button;//属性
@end

在{ }中声明的都是成员变量，所以selectButton与number是成员变量，而button则是属性。
而selectButton为实例变量，因为selectButton的类型是UIButton，它是一个OC对象。需要实例化。所以称之为实例变量。

在以前苹果的编译器都是用GCC,如果我们要声明一个属性，那么我们必须为这个属性，声明一个成员变量。

@interface ViewController :UIViewController
{
    UIButton *button;//实例变量
    int _number;//成员变量
}
@property (nonatomic, retain) UIButton *button;//属性
@end

在GCC时代，我们要添加一个button属性，那么就必须在{}中为button声明一个成员变量。

后来因为苹果为OC新增了许多特性，GCC不能很好的支持，苹果就支助Chris Lattner创建了LLVM开源库。LLVM是使用GCC作为前端来对用户程序进行语义分析产生IF（Intermidiate Format），然后LLVM使用分析结果完成代码优化和生成。在图形处理上，LLVM运行时的编译是架在OpenGL栈上的，所以OpenGL栈能够在LLVM中产出更高效率的图形代码。如果显卡足够高级，这些代码会直接扔入GPU执行，而对于一些不支持全部OpenGL特性的显卡（比如Intel GMA卡），LLVM能够把这些指令优化成高效的CPU指令，使程序依然能够正常运行。

而在LLVM时代里，我们只需要声明一个属性即可，因为LLVM库，如果发现属性没有匹配的实例变量，它将自动创建一个以下划线开头的实例变量。所以我们在代码中可以直接使用下划线开头去调用一个属性。LLVM时代不需要在对应.m文件的@implementation中声明@ synthesize，@property会告诉LLVM自动生成对应getter和setter方法。

@interface ViewController :UIViewController
{
    int _number;//成员变量
}
@property (nonatomic, retain) UIButton *button;//属性
@end
@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
   
   _button = [UIButton new];
  self->_number = 1;
}

{}中声明的成员变量不会自动生成getter和setter方法。所以成员变量不能通过点语法进行访问。成员变量可以直接调用也可以通过->语法进行访问。

为什么会将Category的时候突然说到成员变量与属性呢？
因为Category中不能添加成员变量，但可以通过关联对象的方式添加属性。

为什么Category不能添加成员变量呢？
从文章最开头的Category结构体中我们可以发现，结构体中有属性列表，有协议列表，有类方法列表，有对象方法列表，但却唯独没有成员变量列表，所以Category中不能声明成员变量。当然大家可能会想到，属性在LLVM编译器下不是会自动生成成员变量吗。但是在Category中声明的属性，不会自动生成成员变量，也不会自动生成getter和setter方法，所以在Category声明的属性需要自己实现getter和setter方法。而Category中为属性添加getter和setter方法需要通过关联对象的方式进行。

关联对象

为什么Category中为属性添加getter和setter方法需要用到关联对象呢，因为Category中不能声明成员变量，那么也就意味着不能通过下划线的方式访问变量。不能通过下划线的方式那么就只能通过点语法的方式访问，而 点语法 本身就是调用的getter与setter方法，这样就造成了死循环。为了避免死循环，我们就采用了关联对象的方式去保存与获取对象。

#import "Person+Clothes.h"
#import <objc/runtime.h>


@implementation Person (Clothes)

//衣服颜色属性所记录的关联对象key值
static const char clothesColorKey = '\0';
- (void)setClothesColor:(UIColor *)clothesColor
{
    //通过关联对象方式保存对象
    objc_setAssociatedObject(self, &clothesColorKey, clothesColor, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
}

- (UIColor *)clothesColor
{
    //通过关联对象方式获取对应key值里的对象
    return objc_getAssociatedObject(self, &clothesColorKey);
}


@end

关联方法说明：

/** 
 * Sets an associated value for a given object using a given key and association policy.
 * 
 * @param object The source object for the association.
 * @param key The key for the association.
 * @param value The value to associate with the key key for object. Pass nil to clear an existing association.
 * @param policy The policy for the association. For possible values, see “Associative Object Behaviors.”
 * 
 * @see objc_setAssociatedObject
 * @see objc_removeAssociatedObjects
 */
OBJC_EXPORT void
objc_setAssociatedObject(id _Nonnull object, const void * _Nonnull key,
                         id _Nullable value, objc_AssociationPolicy policy)
    OBJC_AVAILABLE(10.6, 3.1, 9.0, 1.0, 2.0);

objc_setAssociatedObject方法说明：建立关联对象并保存
参数说明：
object和key对应objc_getAssociatedObject;
object：value所在对象的类
key：建立关联对象的储存key值，只要是一个指针就可以
value：需要和object建立关联引用对象的value；
policy：关联策略，相当于给@property添加关键字。

typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN,// 关联方式采用assign
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC,// 非原子的强引用
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC,// 非原子的copy引用
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN,// 原子性的强引用
    OBJC_ASSOCIATION_COPY, // 原子性的copy引用   
};

/** 
 * Returns the value associated with a given object for a given key.
 * 
 * @param object The source object for the association.
 * @param key The key for the association.
 * 
 * @return The value associated with the key \e key for \e object.
 * 
 * @see objc_setAssociatedObject
 */
OBJC_EXPORT id _Nullable
objc_getAssociatedObject(id _Nonnull object, const void * _Nonnull key)
    OBJC_AVAILABLE(10.6, 3.1, 9.0, 1.0, 2.0);

objc_getAssociatedObject方法说明：这个函数先根据对象地址在 AssociationsHashMap 中查找其对应的 ObjectAssociationMap 对象，如果能找到则进一步根据 key 在 ObjectAssociationMap 对象中查找这个 key 所对应的关联结构 ObjcAssociation ，如果能找到则返回 ObjcAssociation 对象的 value 值，否则返回 nil;Map跟字典的键值对关系是一样的。采用哈希表方式存储。
objc_getAssociatedObject有两个参数，第一个参数为从该object中获取关联对象，第二个参数为想要获取关联对象的key;

/** 
 * Removes all associations for a given object.
 * 
 * @param object An object that maintains associated objects.
 * 
 * @note The main purpose of this function is to make it easy to return an object 
 *  to a "pristine state”. You should not use this function for general removal of
 *  associations from objects, since it also removes associations that other clients
 *  may have added to the object. Typically you should use \c objc_setAssociatedObject 
 *  with a nil value to clear an association.
 * 
 * @see objc_setAssociatedObject
 * @see objc_getAssociatedObject
 */
OBJC_EXPORT void
objc_removeAssociatedObjects(id _Nonnull object)
    OBJC_AVAILABLE(10.6, 3.1, 9.0, 1.0, 2.0);

objc_removeAssociatedObjects:删除所有关联对象
object：需要删除所关联对象的对象

无论在 MRC 下还是 ARC 下关联对象都不需要 dealloc 的时候释放，被关联的对象在生命周期内要比对象本身释放的时间晚很多，它们会在被 NSObject -dealloc 调用的 object_dispose()方法中释放。

Extension

Extension称为扩展、延展、匿名分类。Extension和Category几乎完全是两个东西。Extension不但可以声明方法，还可以声明属性、成员变量。Extension一般用于声明私有方法，私有属性，私有成员变量。
但是Extension只存在于一个.h文件中，并寄生于一个类的.m文件中。它就相当于把.m文件中@ interface 里的代码提取出来单独放在一个.h文件中，但是类文件外部不能访问Extension文件声明的属性、变量与方法。Extension是在编译期就已经决定好的部分，它就是类的一部分，在编译期与.h里的@interface和.m里的@implement一起形成一个完整的类。Extension一般用来隐藏类的私有信息，你必须先有一个类的源码才能添加这个类的Extension，所以我们无法给系统的类添加Extension。

Extension的创建与使用

1.New File的时候选择Object-C File

选择Object-C File

2.填入Extension文件名，选择Extension和需要扩展Extension的类

选择Extension
3.生成后只有一个.h文件

生成的Extension的.h文件

4.在文件中写入你想要私有的方法属性成员变量

#import "Person.h"

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface Person ()
{
    int chest_Circumference;//胸围
    int waist_Circumference;//腰围
    int hip_Circumference;//腿围
}

//年龄
@property (nonatomic, assign) int age;
//手机号
@property (nonatomic, copy) NSString *phone;

- (NSMutableDictionary *)getUserCircumference;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

5.然后在需要的地方引入Extension的.h文件

#import "Person+Private.h"

@implementation Person

@end

Extension的内容相对较少，因为Extension用得非常少。可能个人对Extension的作用理解还不够深入，目前项目中非常少使用。

由上面的Category与Extension的内容可知，前者是在运行期决定，后者是在编译期就决定了。注定了Category是无法添加实例变量，而Extension可以添加。看过我iOS-APP的启动流程和生命周期读者应该知道，在Category加载之前，类的内存布局已经初始化确定好，而在后面的运行期去添加实例变量就会破坏类的内存布局，这对编译型语言而言是不可取的。

扩展知识点

GCC（GNU Compiler Collection，GNU编译器套装）:是一套由 GNU 开发的编程语言编译器。GCC 原名为 GNU C 语言编译器，因为它原本只能处理 C语言。GCC 很快地扩展，变得可处理 C++。之后也变得可处理 Fortran、Pascal、Objective-C、Java, 以及 Ada与其他语言。

LLVM：是一个开源编译器框架，这个库提供了与编译器相关的支持，能够进行程序语言的编译期优化、链接优化、在线编译优化、代码生成。而Clang编译器就是基于LLVM的一个编译器。

Clang编译器：是LLVM编译器工具集的一个用于编译C、C++、Objective-C的前端。它的编译速度较快、内存占用较小、设计更简单清晰、扩展性强。并兼容GCC编译器。是苹果为了取代GCC而产生的编译器。

iOS-Category与Extension

Category

装饰者模式

Category的创建使用方法

什么是成员变量和属性

关联对象

Extension

Extension的创建与使用

扩展知识点

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