# 老生常谈category增加属性的几种操作 原文地址： ## 前言 日常开发中，为一个已有的类(比如说不想影响其文件结构)、第三方库提供的类增加几个property，已经是十分常见且需要的操作了，有人会单独起草一份category.m文件，也有人直接继承，像我一般会用category，一是能减少类文件的数量提高编译速度，二也是为了代码结构更加清晰。 这篇文章是用来写Category的进行属性扩展的行为的，所以我还是言归正传，首先，我要阐述一下目前比较主流的几个属性扩展形式，再往下进行分析: 利用 objc\_setAssociatedObject函数进行对象的联合。 利用 class\_addProperty 函数进行类属性的扩展 通过内部创建一个其他对象(比如字典),通过重写本对象set和get或者消息转发。 下面对这三种常用方法进行分析，其实常见的都是前面两种，第三种也是比较非主流。在分析这三种之前，我要谈一下为什么不能用 class\_addIvar 函数。 * class\_addIvar 函数 > 在苹果文档中，对 class\_addIvar 函数有下面一段话: > > \`\`\` This function may only be called after objc*allocateClassPair(*:*:*:) and before objc*registerClassPair(*:). Adding an instance variable to an existing class is not supported. The class must not be a metaclass. Adding an instance variable to a metaclass is not supported. 这个功能只能在 objc*allocateClassPair(*:*:*:) 之后和 objc*registerClassPair(*:) 之前调用。不支持将实例变量添加到现有的类。 该类不能是元类。不支持将实例变量添加到元类。 ``` 文档是说不能将此函数用于已有的类，必须是动态创建的类，为了能够知道为何会这样，我们需要翻阅一下苹果开源的 runtime 源码。 - 首先看一下关于 objc_allocateClassPair 函数的代码实现: ``` 去除干扰代码，我们寻找到下面的函数调用链条: objc\_allocateClassPair -> objc\_initializeClassPair\_internal // 下面的代码已经被我大部分剔除，只留下我们分析所需要用到的代码 static void objc\_initializeClassPair\_internal(Class superclass, const char \*name, Class cls, Class meta) { // Set basic info ``` cls->data()->flags = RW_CONSTRUCTING | RW_COPIED_RO | RW_REALIZED | RW_REALIZING; meta->data()->flags = RW_CONSTRUCTING | RW_COPIED_RO | RW_REALIZED | RW_REALIZING; cls->data()->version = 0; meta->data()->version = 7; // RW_CONSTRUCTING 类已分配但还未注册 // RW_COPIED_RO class_rw_t->ro 来自 class_ro_t 结构的复制 // RW_REALIZED // class_t->data 的结构为 class_rw_t // RW_REALIZING // 类已开始分配，但并未完成 // 以上几个宏都是对新类的class_rw_t结构设置基本信息 ``` } ``` - 下面是class_addIvar的与我分析所需要的实现代码 ``` // 无关代码已经剔除 BOOL class\_addIvar(Class cls, const char *name, size\_t size, uint8\_t alignment, const char* type) { if (!cls) return NO; ``` if (!type) type = ""; if (name && 0 == strcmp(name, "")) name = nil; rwlock_writer_t lock(runtimeLock); assert(cls->isRealized()); // No class variables if (cls->isMetaClass()) { return NO; } // Can only add ivars to in-construction classes. if (!(cls->data()->flags & RW_CONSTRUCTING)) { return NO; } ``` } // 重点在这最后一句，前面我们已经看到 objc\_allocateClassPair 函数所分配的新类的flags位信息，在此处 & RW\_CONSTRUCTING，必定为真，取反后跳过大括号向下执行。 ``` - 已经存在的类，经过测试，flag位为 RW_REALIZED|RW_REALIZING,设置函数如下: ``` static Class realizeClass(Class cls) { runtimeLock.assertWriting(); ``` const class_ro_t *ro; class_rw_t *rw; Class supercls; Class metacls; bool isMeta; if (!cls) return nil; if (cls->isRealized()) return cls; assert(cls == remapClass(cls)); // fixme verify class is not in an un-dlopened part of the shared cache? ro = (const class_ro_t *)cls->data(); if (ro->flags & RO_FUTURE) { // This was a future class. rw data is already allocated. rw = cls->data(); ro = cls->data()->ro; cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE); } else { // Normal class. Allocate writeable class data. rw = (class_rw_t *)calloc(sizeof(class_rw_t), 1); rw->ro = ro; rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING; cls->setData(rw); } ``` } 所以在经过条件 !((RW\_REALIZED | RW\_REALIZING) & RW\_CONSTRUCTING) 时返回NO。 ``` 以上便是对已有类不能使用 class_addIvar 函数的分析 ### 好了，回到真正的话题，对上面三种操作的分析: - objc_setAssociatedObject > 我们都知道，在category中使用property，可以生成set和get的方法声明，原因在此不做分析，一般为了方便的调用，我们都会写上property，关键在于没有set和get的实现，于是就会有下面这样的代码: ``` static void \*key = "key"; @implementation Person (Extra) // 此处不考虑读写锁的问题 * (void)setName:(NSString \*)name{ objc\_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC\_ASSOCIATION\_COPY\_NONATOMIC); } * (NSString \*)name{ return objc\_getAssociatedObject(self, key); } @end \`\`\` 上面的 objc\_setAssociatedObject 函数内部的调用链条如下: ``` objc_setAssociatedObject -> objc_setAssociatedObject_non_gc -> _object_set_associative_reference // 其中主要操作都在 _object_set_associative_reference 函数中，内部实现类似一般属性的set实现(保留新值，释放旧值)，在此我们不进行深究，具体可以参考业内大佬的博客文章。 ``` 这种操作很直观的表达了我们的需要，且API十分友好，仅仅是对于 weak 策略我们需要自己设计一个。 并且这种操作的好处是我们无需关系关联对象的声明周期，因为和普通的属性一样，会随着宿主对象的释放而释放,具体可以看以下代码: ``` dealloc -> _objc_rootDealloc -> rootDealloc -> object_dispose -> objc_destructInstance // 大部分释放操作在 objc_destructInstance 函数中完成 // 下面是 objc_destructInstance 函数的实现代码 void *objc_destructInstance(id obj) { if (obj) { // Read all of the flags at once for performance. bool cxx = obj->hasCxxDtor(); bool assoc = !UseGC && obj->hasAssociatedObjects(); bool dealloc = !UseGC; // This order is important. // 内部通过C++的析构函数进行对象属性的释放，具体可看sunny大神的博文 if (cxx) object_cxxDestruct(obj); // 此处会移除所有的关联对象，也就是objc_setAssociatedObject 函数所设置上去的对象 if (assoc) _object_remove_assocations(obj); // 清空引用计数与weak表 if (dealloc) obj->clearDeallocating(); } return obj; } ``` 当然也有不足之处，利用 objc\_setAssociatedObject 生成的关联对象无法直接利用目前主流的Json转Model库(原因是无法在ivar及property中遍历出来)。 * 利用 class\_addProperty 函数进行类属性的扩展 class\_addProperty 函数可以为我们生成类的property，@property是编译器的标识符，在普通类中可生成property、ivar、setMethod与getMethod，在我看来property的真实作用类似于方法的声明，后面我会再谈为什么。 在分类中使用class\_addProperty和普通类一样， 只能生成set和get方法的声明，无论有没有被实现，我们都可以用 class\_copyMethodList 函数得到property的list，如果这时候你想存储属性值，你依然必须手动或动态实现那些set和get方法，并且真实数据的存储也必须由你自己提供实现，比如可以使用前面所说的objc\_setAssociatedObject 函数。 现在说说为啥property只是一个类似声明的作用呢，我们可以从苹果开源的代码中找到蛛丝马迹: ``` Class 是一个指向结构体 objc_class 的指针，而此结构体的结构如下所示: struct objc_class : objc_object { // Class ISA; Class superclass; // 指向父类 cache_t cache; // 缓存指针与vtable(没学过C++,没了解过虚函数这些)，加速方法的调用 class_data_bits_t bits; // 真正保存对象的ivar，property与method等信息的地方 } 在源码中大部分时候表现为将类的大部分信息保存在 class_rw_t *rw指针中，不过内部也是返回bits中处理后的信息 class_rw_t *data() { return bits.data(); } 在class_rw_t的结构中，结构如下所示: struct class_rw_t { // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure. uint32_t flags; // 类的信息标记 uint32_t version; // 当前运行时版本 const class_ro_t *ro; method_array_t methods; property_array_t properties; protocol_array_t protocols; } ``` 可以看到在class\_rw\_t的结构中，包含了另一个十分相似的 const class\_ro\_t *ro 成员变量。 这个成员变量为一个不可修改内容的结构体指针，其中存储了类在编译时就已经确定好的ivar、 property、method、protocol等信息，在类的初始化时会通过 methodizeClass 函数将其大部分内容都拷贝到 class\_rw\_t* rw中，其中 ivar 不会被拷贝，这也是前面所说的不能在运行时给已有的类增加 ivar的原因。 像property、method、protocol都是可以在运行时动态添加的，且存储到 rw 的结构中去。 好像说的有点跑题了，咱们还是一起看看property到底存储了什么信息: ``` struct property_t { const char *name; const char *attributes; }; ``` 可以看到，propperty中并没有存储很多信息，只有name和配置的属性，也没有实现函数的地址，所以前面我说property的作用其实和方法的声明是差不多的。 关于property的好处，也就是在使用网上json转model库时可以被遍历到了，但是如果你没有实现set和get，那依然会导致KVC的crash。 * 通过内部创建一个其他对象(比如字典),通过重写本对象set和get或者消息转发。 最后一种方法，也是比较少用的方式，说起来也比较简单，比如定义一个静态的字典变量，然后通过实现interface中声明的set和get的实现对这个字典变量做存取操作，或者通过消息转发中的 (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector 方法返回这个字典变量，但是要注意本类中没有对转发做过什么事，不然这种方法也是不适用的。 ## 对上文的总结 其实刚刚所描述的三种分类策略并不是很严谨，因为其中几种总是会搭配着使用，所以在此也要选择一个比较均衡的策略来实现Category属性的绑定。 ## 建议的策略: 1、由于我们肯定会在interface 中提供生的property（由于没有合成实现与ivar，在此称为生的），所以这样对于在外部访问时和普通property相同。 1、由于缺乏的是实现以及可以存取的数据量，这里我们可以直接实现这些set与get。 1、set与get的实现可以通过 associatedObject 进行对对象的存取操作。 > 好处： 这种操作由于提供了生的property，所以在第三方的json转model库遍历property时可以直接遍历到，由于你手动实现了set与get，所以在遍历后的KVC赋值时也能起到作用，保证了和普通成员变量的操作一致性。 估计会有人看完结论后觉得:“ 我本来就是这么写的啊，你写这么多字到头来得出的结论和我平时写的也一样。”是的，我只能略表抱歉啦😏！