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【iOS】Category VS Extension 原理詳解

編輯:IOS開發基礎

(一)Category

1、什麼是Category?

category是Objective-C 2.0之後添加的語言特性,別人口中的分類、類別其實都是指的category。category的主要作用是為已經存在的類添加方法。除此之外,apple還推薦了category的另外兩個使用場景。

可以把類的實現分開在幾個不同的文件裡面。這樣做有幾個顯而易見的好處。

  • 可以減少單個文件的體積

  • 可以把不同的功能組織到不同的category裡

  • 可以由多個開發者共同完成一個類

  • 可以按需加載想要的category

  • 聲明私有方法

apple 的SDK中就大面積的使用了category這一特性。比如UIKit中的UIView。apple把不同的功能API進行了分類,這些分類包括UIViewGeometry、UIViewHierarchy、UIViewRendering等。

不過除了apple推薦的使用場景,廣大開發者腦洞大開,還衍生出了category的其他幾個使用場景:

  • 模擬多繼承(另外可以模擬多繼承的還有protocol)

  • 把framework的私有方法公開

2、category特點

  • category只能給某個已有的類擴充方法,不能擴充成員變量。

  • category中也可以添加屬性,只不過@property只會生成setter和getter的聲明,不會生成setter和getter的實現以及成員變量。

  • 如果category中的方法和類中原有方法同名,運行時會優先調用category中的方法。也就是,category中的方法會覆蓋掉類中原有的方法。所以開發中盡量保證不要讓分類中的方法和原有類中的方法名相同。避免出現這種情況的解決方案是給分類的方法名統一添加前綴。比如category_。

  • 如果多個category中存在同名的方法,運行時到底調用哪個方法由編譯器決定,最後一個參與編譯的方法會被調用。

如下圖,給UIView添加了兩個category(one 和 two),並且給這兩個分類都添加了名為log的方法:

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UIView+one

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UIView+two

在viewController中引入這兩個category的.h文件。調用log方法:

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調用category方法

當編譯順序如下圖所示時,調用UIView + one.m的log方法,如下圖:

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編譯順序

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調用結果

將UIView + one.m移動到UIView + two.m上面,調用UIView + two.m的log方法,如下圖:

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編譯順序

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調用結果

3、調用優先級

分類(category) > 本類 > 父類。即,優先調用cateory中的方法,然後調用本類方法,最後調用父類方法。

注意:category是在運行時加載的,不是在編譯時。

4、為什麼category不能添加成員變量?

Objective-C類是由Class類型來表示的,它實際上是一個指向objc_class結構體的指針。它的定義如下:

typedef struct objc_class *Class;

objc_class結構體的定義如下:

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
    Class super_class                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 父類
    const char *name                        OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類名
    long version                            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類的版本信息,默認為0
    long info                               OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類信息,供運行期使用的一些位標識
    long instance_size                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 該類的實例變量大小
    struct objc_ivar_list *ivars            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 該類的成員變量鏈表
    struct objc_method_list **methodLists   OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法定義的鏈表
    struct objc_cache *cache                OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法緩存
    struct objc_protocol_list *protocols    OBJC2_UNAVAILABLE;  // 協議鏈表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

在上面的objc_class結構體中,ivars是objc_ivar_list(成員變量列表)指針;methodLists是指向objc_method_list指針的指針。在Runtime中,objc_class結構體大小是固定的,不可能往這個結構體中添加數據,只能修改。所以ivars指向的是一個固定區域,只能修改成員變量值,不能增加成員變量個數。methodList是一個二維數組,所以可以修改*methodLists的值來增加成員方法,雖沒辦法擴展methodLists指向的內存區域,卻可以改變這個內存區域的值(存儲的是指針)。因此,可以動態添加方法,不能添加成員變量。

5、category中能添加屬性嗎?

Category不能添加成員變量(instance variables),那到底能不能添加屬性(property)呢?

這個我們要從Category的結構體開始分析:

typedef struct category_t {
    const char *name;  //類的名字
    classref_t cls;  //類
    struct method_list_t *instanceMethods;  //category中所有給類添加的實例方法的列表
    struct method_list_t *classMethods;  //category中所有添加的類方法的列表
    struct protocol_list_t *protocols;  //category實現的所有協議的列表
    struct property_list_t *instanceProperties;  //category中添加的所有屬性
} 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(無法添加實例變量)。

但是為什麼網上很多人都說Category不能添加屬性呢?

實際上,Category實際上允許添加屬性的,同樣可以使用@property,但是不會生成_變量(帶下劃線的成員變量),也不會生成添加屬性的getter和setter方法的實現,所以,盡管添加了屬性,也無法使用點語法調用getter和setter方法(實際上,點語法是可以寫的,只不過在運行時調用到這個方法時候會報方法找不到的錯誤,如下圖)。但實際上可以使用runtime去實現Category為已有的類添加新的屬性並生成getter和setter方法。詳細內容可以看峰哥之前的文章:《iOS Runtime之四:關聯對象》

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給category添加property

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調用category中property的setter(報方法找不到的錯誤)

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調用category中property的getter(報方法找不到的錯誤)

需要注意的有兩點:

  • 1)、category的方法沒有“完全替換掉”原來類已經有的方法,也就是說如果category和原來類都有methodA,那麼category附加完成之後,類的方法列表裡會有兩個methodA。

  • 2)、category的方法被放到了新方法列表的前面,而原來類的方法被放到了新方法列表的後面,這也就是我們平常所說的category的方法會“覆蓋”掉原來類的同名方法,這是因為運行時在查找方法的時候是順著方法列表的順序查找的,它只要一找到對應名字的方法,就會罷休,殊不知後面可能還有一樣名字的方法。

(二)Extension

1、 什麼是extension

extension被開發者稱之為擴展、延展、匿名分類。extension看起來很像一個匿名的category,但是extension和category幾乎完全是兩個東西。和category不同的是extension不但可以聲明方法,還可以聲明屬性、成員變量。extension一般用於聲明私有方法,私有屬性,私有成員變量。

2、 extension的存在形式

category是擁有.h文件和.m文件的東西。但是extension不然。extension只存在於一個.h文件中,或者extension只能寄生於一個類的.m文件中。比如,viewController.m文件中通常寄生這麼個東西,其實這就是一個extension:

@interface ViewController ()

@end

當然我們也可以創建一個單獨的extension文件,如下圖:

1055199-56cba3e296a4bf59.png

1055199-d6e6a0b1e95e4e80.png


1055199-753211c1b4ca69d6.png

UIView_extension.h中聲明方法:

1055199-fe05e6b5e89e4d15.png

導入UIView_extension.h文件進行使用:

1055199-a392389b341fc944.png

注意:extension常用的形式並不是以一個單獨的.h文件存在,而是寄生在類的.m文件中。

(三)category和extension的區別

就category和extension的區別來看,我們可以推導出一個明顯的事實,extension可以添加實例變量,而category是無法添加實例變量的(因為在運行期,對象的內存布局已經確定,如果添加實例變量就會破壞類的內部布局,這對編譯型語言來說是災難性的)。

  • extension在編譯期決議,它就是類的一部分,但是category則完全不一樣,它是在運行期決議的。extension在編譯期和頭文件裡的@interface以及實現文件裡的@implement一起形成一個完整的類,它、extension伴隨類的產生而產生,亦隨之一起消亡。

  • extension一般用來隱藏類的私有信息,你必須有一個類的源碼才能為一個類添加extension,所以你無法為系統的類比如NSString添加extension,除非創建子類再添加extension。而category不需要有類的源碼,我們可以給系統提供的類添加category。

  • extension可以添加實例變量,而category不可以。

  • extension和category都可以添加屬性,但是category的屬性不能生成成員變量和getter、setter方法的實現。

文/VV木公子(簡書作者)

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參考文章

iOS Category詳解

Objective-C的Category與關聯對象實現原理

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