iOS之武功秘籍⑨: 类扩展与关联对象

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写在前面

上篇文章介绍了类和分类的加载,那么本篇文章就来介绍类扩展和关联对象的底层原理吧.

本节可能用到的秘籍Demo

一、类扩展

类扩展extension又称作匿名的分类，为了给当前类增加属性和方法

具体有两种形式：

• 直接在.m文件中新增类扩展
• 新建类扩展的.h文件(通过command+N 新建 -> Objective-C File -> 选择Extension)
  

类扩展的本质

通过clang底层编译

• 写一个类扩展

• 通过xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp命令生成cpp文件，打开cpp文件，搜索ext_name属性

• 查看 TCJPerson 类扩展的方法，在编译过程中，方法就直接添加到了methodlist中，作为类的一部分，即编译时期直接添加到本类里面

通过源码调试探索

• 创建TCJPerson+TCJEXT.h即类的扩展，并声明两个方法

  
• 在TCJPerson.m中实现这两个方法

• 运行objc4-818.2源码程序，在readClass中断住，查看cj_ro

  

总结

• 类的扩展 在编译器 会作为类的一部分，和类一起编译进来
• 类的扩展只是声明，依赖于当前的主类，没有.m文件，可以理解为一个·h文件

二、关联对象

其底层原理的实现，主要分为两部分：

• 通过objc_setAssociatedObject设值流程
• 通过objc_getAssociatedObject取值流程

关联对象-设值流程

在分类TCJA中重写属性cate_name的set、get方法，通过runtime的属性关联方法实现

• 运行程序，断点断在main中cate_name赋值处

• 继续往下运行，断在分类的setCate_name方法中

其中objc_setAssociatedObject方法有四个参数，分别表示：

• 参数1：要关联的对象，即给谁添加关联属性
• 参数2：标识符，方便下次查找
• 参数3：value
• 参数4：属性的策略，即nonatomic、atomic、assign等，如下所示

进入objc_setAssociatedObject源码实现
苹果设计接口时往往会加个中间层——即使底层实现逻辑发生变化也不会影响到对外接口

_object_set_associative_reference 方法

通过源码可知，主要分为以下几部分：

• 1：创建一个 AssociationsManager 管理类
• 2：获取唯一的全局静态哈希Map：AssociationsHashMap
• 3：判断是否插入的关联值value是否存在
  • 3.1：存在走第4步
  • 3.2：不存在就走 : 关联对象-插入空流程
• 4：通过try_emplace方法，并创建一个空的 ObjectAssociationMap 去取查询的键值对：
• 5：如果发现没有这个 key 就插入一个空的 BucketT进去并返回true
• 6：通过setHasAssociatedObjects方法标记对象存在关联对象即置isa指针的has_assoc属性为true
• 7：用当前policy 和 value组成了一个ObjcAssociation替换原来BucketT中的空
• 8：标记一下 ObjectAssociationMap 的第一次为 false

AssociationsManager

• 定义AssociationsManager类型的变量，相当于自动调用AssociationsManager的析构函数进行初始化
  • 加锁lock，并不代表 唯一，只是为了避免多线程重复创建，其实在外面是可以定义多个AssociationsManager manager;的
• 定义AssociationsHashMap类型的哈希map，这个全场唯一的，从哪里可以体现呢？
  • 通过_mapStorage.get()生成哈希map，其中_mapStorage是一个静态变量，所以 哈希map 永远是通过静态变量获取出来的，所以是全场唯一的.

调试查看目前的数据结构

目前我们的value是有值的，为CJ,如果传入的value是空值，走到局部作用域的else流程，通过源码可知，相当于移除关联.

try_emplace 方法

• 有两个返回，都是通过std::make_pair生成相应的键值对
• 通过LookupBucketFor方法查找桶子，如果map中已经存在，则直接返回，其中make_pair的第二个参数bool值为false
• 如果没有找到，则通过InsertIntoBucket插入map，其中make_pair的第二个参数bool值为true

进入LookupBucketFor源码，有两个同名方法，其中第二个方法属于重载函数，区别于第一个的是第二个参数没有const修饰，通过调试可知，外部的调用是调用的第二个重载函数，而第二个LookupBucketFor方法，内部的实现是调用第一个LookupBucketFor方法

断点运行至try_emplace方法中的获取bucket部分TheBucket = InsertIntoBucket(TheBucket, Key, std::forward<Ts>(Args)...);

继续往下执行，查看 refs_result

接着进入if (refs_result.second)的if流程，通过setHasAssociatedObjects将 nonpointerIsa 的has_assoc标记为 true

继续往下执行，执行try_emplace前后分别查看refs

第一次执行try_emplace插入的是一个空桶，还没有值，第二次执行try_emplace才插入值，即往空桶中插入ObjectAssociationMap（value，policy），返回true，可以通过调试验证.

接着打印p result.second ,返回true，到此就将属性与value关联上了

总结:
关联对象的设值有点类似于cache_t中的insert方法插入sel-imp的逻辑，如下图所示

关联属性涉及的map结构如下

其中AssociationsManager可以有多个，通过AssociationsManagerLock锁可以得到一个AssociationsHashMap类型的map.

而map中有很多的关联对象map，类型是ObjectAssociationMap，其中key为DisguisedPtr<objc_object>，例如TCJPerson会对应一个ObjectAssociationMap，TCJStudent也会对应一个ObjectAssociationMap.

ObjectAssociationMap哈希表中有很多key-value键值对，其中key的类型为const void *，其实这个key从底层这个方法_object_set_associative_reference(id object, const void *key, id value, uintptr_t policy)的参数就可以看出，key是我们关联属性时设置的字符串，value的类型为ObjcAssociation.

其中ObjcAssociation是用于包装policy和value的一个类.

对象插入空流程:主要是局部作用域中的else流程，其实这个流程可以通俗的理解为当传入的value为nil时，则移除关联

主要分为以下几步：

• 1、根据 DisguisedPtr 找到 AssociationsHashMap 中的 iterator 迭代查询器
• 2、清理迭代器
• 3、其实如果插入空置相当于清除

关联对象-设值流程

main中 打印person.cate_name的值，断点来到分类中重写的属性get方法

进入objc_getAssociatedObject源码实现

_object_get_associative_reference方法

通过源码可知，主要分为以下几部分

• 1：创建一个 AssociationsManager 管理类
• 2：获取唯一的全局静态哈希Map：AssociationsHashMap
• 3：通过find方法根据 DisguisedPtr 找到 AssociationsHashMap 中的 iterator 迭代查询器
• 4：如果这个迭代查询器不是最后一个 获取 : ObjectAssociationMap (policy和value)
• 5：通过find方法找到ObjectAssociationMap的迭代查询器获取一个经过属性修饰符修饰的value
• 6：返回 value

进入find方法：根据关联对象迭代查找AssociationsHashMap，即buckets

打印查看

再次通过find方法，在buckets中查找与key配对的bucket

• find方法执行之前，打印j，此时的value为nil

• find方法查询之后，打印j，此时的value 为CJ

AssociationsHashMap 唯一性验证

验证AssociationsHashMap的唯一性，而AssociationsManager不唯一

① 去掉AssociationsManager中的加锁

② 在_object_set_associative_reference方法中再次定义一遍manager 和 associations

③ 运行的查看结果，从下图中可以看出两个association的地址是一样的，验证了其唯一性

④ 对AssociationsManager加锁的目的：保证对象的安全性，防止冲突.

总结

关联对象主要就是两层哈希map的处理，即存取时都是两层处理，类似于二维数组.

关联对象的底层调用流程如下图所示

三、相关问题

① 类扩展 与 分类 的区别

category 类别、分类

• 专门用来给类添加新的方法
• 不能给类添加成员属性，添加了成员属性，也无法取到
  • 注意：其实可以通过runtime 给分类添加属性，即属性关联，重写setter、getter方法
• 分类中用@property 定义变量，只会生成变量的setter、getter方法的声明，不能生成方法实现和带下划线的成员变量

extension 类扩展

• 可以说成是特殊的分类，也可称作匿名分类
• 可以给类添加成员属性，但是是私有变量
• 可以给类添加方法，也是私有方法

写在后面

和谐学习,不急不躁.我还是我,颜色不一样的烟火.