【iOS】Category VS Extension 原理详解

2017-05-04 20:14

(一)Category

1、什么是Category?

category是Objective-C 2.0之后添加的语言特性,别人口中的分类、类别其实都是指的category。category的主要作用是为已经存在的类添加方法。除此之外,apple还推荐了category的另外两个使用场景。

可以把类的实现分开在几个不同的文件里面。这样做有几个显而易见的好处。

  • 可以减少单个文件的体积

  • 可以把不同的功能组织到不同的category里

  • 可以由多个开发者共同完成一个类

  • 可以按需加载想要的category

  • 声明私有方法

apple 的SDK中就大面积的使用了category这一特性。比如UIKit中的UIView。apple把不同的功能API进行了分类,这些分类包括UIViewGeometry、UIViewHierarchy、UIViewRendering等。

不过除了apple推荐的使用场景,广大开发者脑洞大开,还衍生出了category的其他几个使用场景:

  • 模拟多继承(另外可以模拟多继承的还有protocol)

  • 把framework的私有方法公开

2、category特点

  • category只能给某个已有的类扩充方法,不能扩充成员变量。

  • category中也可以添加属性,只不过@property只会生成setter和getter的声明,不会生成setter和getter的实现以及成员变量。

  • 如果category中的方法和类中原有方法同名,运行时会优先调用category中的方法。也就是,category中的方法会覆盖掉类中原有的方法。所以开发中尽量保证不要让分类中的方法和原有类中的方法名相同。避免出现这种情况的解决方案是给分类的方法名统一添加前缀。比如category_。

  • 如果多个category中存在同名的方法,运行时到底调用哪个方法由编译器决定,最后一个参与编译的方法会被调用。

如下图,给UIView添加了两个category(one 和 two),并且给这两个分类都添加了名为log的方法:

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UIView+one

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UIView+two

在viewController中引入这两个category的.h文件。调用log方法:

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调用category方法

当编译顺序如下图所示时,调用UIView + one.m的log方法,如下图:

1055199-696fa0a7658c380e.png

编译顺序

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调用结果

将UIView + one.m移动到UIView + two.m上面,调用UIView + two.m的log方法,如下图:

1055199-fd9f993454fd7d1f.png

编译顺序

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调用结果

3、调用优先级

分类(category) > 本类 > 父类。即,优先调用cateory中的方法,然后调用本类方法,最后调用父类方法。

注意:category是在运行时加载的,不是在编译时。

4、为什么category不能添加成员变量?

Objective-C类是由Class类型来表示的,它实际上是一个指向objc_class结构体的指针。它的定义如下:

typedef struct objc_class *Class;

objc_class结构体的定义如下:

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
    Class super_class                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 父类
    const char *name                        OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类名
    long version                            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类的版本信息,默认为0
    long info                               OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类信息,供运行期使用的一些位标识
    long instance_size                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的实例变量大小
    struct objc_ivar_list *ivars            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的成员变量链表
    struct objc_method_list **methodLists   OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法定义的链表
    struct objc_cache *cache                OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法缓存
    struct objc_protocol_list *protocols    OBJC2_UNAVAILABLE;  // 协议链表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

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。

5、category中能添加属性吗?

Category不能添加成员变量(instance variables),那到底能不能添加属性(property)呢?

这个我们要从Category的结构体开始分析:

typedef struct category_t {
    const char *name;  //类的名字
    classref_t cls;  //类
    struct method_list_t *instanceMethods;  //category中所有给类添加的实例方法的列表
    struct method_list_t *classMethods;  //category中所有添加的类方法的列表
    struct protocol_list_t *protocols;  //category实现的所有协议的列表
    struct property_list_t *instanceProperties;  //category中添加的所有属性
} category_t;

从Category的定义也可以看出Category的可为(可以添加实例方法,类方法,甚至可以实现协议,添加属性)和不可为(无法添加实例变量)。

但是为什么网上很多人都说Category不能添加属性呢?

实际上,Category实际上允许添加属性的,同样可以使用@property,但是不会生成_变量(带下划线的成员变量),也不会生成添加属性的getter和setter方法的实现,所以,尽管添加了属性,也无法使用点语法调用getter和setter方法(实际上,点语法是可以写的,只不过在运行时调用到这个方法时候会报方法找不到的错误,如下图)。但实际上可以使用runtime去实现Category为已有的类添加新的属性并生成getter和setter方法。详细内容可以看峰哥之前的文章:《iOS Runtime之四:关联对象》

1055199-f1b6fd566ad50692.png

给category添加property

1055199-e47b578db44fd663.png

调用category中property的setter(报方法找不到的错误)

1055199-d9d250fd1691d24f.png1055199-d9d250fd1691d24f.png

调用category中property的getter(报方法找不到的错误)

需要注意的有两点:

  • 1)、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。

  • 2)、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,就会罢休,殊不知后面可能还有一样名字的方法。

(二)Extension

1、 什么是extension

extension被开发者称之为扩展、延展、匿名分类。extension看起来很像一个匿名的category,但是extension和category几乎完全是两个东西。和category不同的是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。

2、 extension的存在形式

category是拥有.h文件和.m文件的东西。但是extension不然。extension只存在于一个.h文件中,或者extension只能寄生于一个类的.m文件中。比如,viewController.m文件中通常寄生这么个东西,其实这就是一个extension:

@interface ViewController ()

@end

当然我们也可以创建一个单独的extension文件,如下图:

1055199-56cba3e296a4bf59.png

1055199-d6e6a0b1e95e4e80.png

1055199-753211c1b4ca69d6.png

UIView_extension.h中声明方法:

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导入UIView_extension.h文件进行使用:

1055199-a392389b341fc944.png

注意:extension常用的形式并不是以一个单独的.h文件存在,而是寄生在类的.m文件中。

(三)category和extension的区别

就category和extension的区别来看,我们可以推导出一个明显的事实,extension可以添加实例变量,而category是无法添加实例变量的(因为在运行期,对象的内存布局已经确定,如果添加实例变量就会破坏类的内部布局,这对编译型语言来说是灾难性的)。

  • extension在编译期决议,它就是类的一部分,但是category则完全不一样,它是在运行期决议的。extension在编译期和头文件里的@interface以及实现文件里的@implement一起形成一个完整的类,它、extension伴随类的产生而产生,亦随之一起消亡。

  • extension一般用来隐藏类的私有信息,你必须有一个类的源码才能为一个类添加extension,所以你无法为系统的类比如NSString添加extension,除非创建子类再添加extension。而category不需要有类的源码,我们可以给系统提供的类添加category。

  • extension可以添加实例变量,而category不可以。

  • extension和category都可以添加属性,但是category的属性不能生成成员变量和getter、setter方法的实现。

文/VV木公子(简书作者)

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参考文章

iOS Category详解

Objective-C的Category与关联对象实现原理