iOS——分类、扩展和关联对象_ios 分类

前情回顾

回顾一下什么是分类、什么是扩展：
分类（Category）和类扩展（Extension）是两种常见的代码组织方式，用于扩展类的功能。

分类（Category）

分类是一种将类的实现分散到多个源文件的方式。通过使用分类，你可以将一个类的实现分散到多个源文件中。分类可以为现有的类添加新的方法，这使得你可以向现有的类添加自己的方法。
分类不能添加实例变量，只能添加方法。
分类的特性是可以在运行时阶段动态的为已有的类添加新行为。
分类就是对装饰模式的一种具体实现。它的主要作用是在不改变原有类的前提下，动态地给这个类添加一些方法。
分类也可以把framework私有方法公开化

现在我们通过源码看一下分类：

struct _category_t { 
    const char *name;  // 分类的名称
    struct _class_t *cls;  // 分类所属的类
    const struct _method_list_t *instance_methods;  // 分类中定义的实例方法列表
    const struct _method_list_t *class_methods;  // 分类中定义的类方法列表
    const struct _protocol_list_t *protocols;  // 分类实现的协议列表
    const struct _prop_list_t *properties;  // 分类中定义的属性列表
};
extern "C" __declspec(dllimport) struct objc_cache _objc_empty_cache;

• 从结构体可以知道，分类可以添加属性，但是只会生成这些属性的getter和setter方法的声明，并不会自动实现这些方法。也就是说，如果你在分类中添加了一个属性，你还需要自己去实现这个属性的getter和setter方法。
• 分类不像类，它没有成员变量列表，所以你不能在分类中添加成员变量。
• 分类中的方法可以在运行时动态改变，但结构体不能。如果你想要在运行时给原来的结构体添加一个属性，你只能通过关联对象的方式。关联对象的本质是在类的定义之外为类增加额外的存储空间，实现了一种映射关系。

扩展（Extension）

类扩展与分类类似，有时候也被称为匿名分类，但是类扩展可以添加实例变量和属性。与分类不同，类扩展的方法和属性必须在类的主实现文件中实现。扩展中声明的所有方法和属性必须在主类中实现，否则会导致编译错误。此外，类扩展中添加的实例变量默认为@private类型，其使用范围只能在自身类中。
扩展是在编译阶段与该类同时编译的，是类的一部分。扩展中声明的方法只能在该类的@implementation中实现。所以这也就意味着我们无法对系统的类使用扩展。

分类和扩展的区别

1. 分类原则上只能增加方法，但是也可以通过关联属性增加属性
2. 拓展可以增加方法和属性，都是私有的。
3. 扩展只能在自身类中使用，而不是子类或者其他地方。
4. 类扩展是在编译阶段添加到类中，而分类是在运行时添加到类中

关联对象

在OC中，关联对象是一种动态给对象添加属性的机制。
正如我们知道的，OC的类可以有实例变量和属性，这些都是在编译时期就已经确定的。然而，有时候我们可能希望在运行时给对象动态添加一些属性，就可以用关联对象。
关联对象还可以为分类添加属性：
Category（分类）的底层结构中，没有成员变量（ivar），因此不能给分类添加成员变量；在分类里面声明的属性，只会生成 get/set 方法的声明，没有方法的实现，所以我们不能直接给分类添加成员变量，但是可以间接实现，那就是使用关联对象

关联对象实际上是通过Objective-C的运行时系统实现的。使用以下三个函数来添加、获取或者删除关联对象：

给对象添加关联对象：

void objc_setAssociatedObject(id object, const void * key, id value, objc_AssociationPolicy policy)

其中objc_AssociationPolicy policy 是指关联策略。
获取对象的关联对象:

id objc_getAssociatedObject(id object, const void * key)

删除对象的所有关联对象:

void objc_removeAssociatedObjects(id object)

使用方法：

• 创建ZSXPerson类，以及它的分类ZSXPerson+Text
• ZSXPerson+Text.h中声明想要添加的属性
• ZSXPerson+Text.m中使用关联对象API实现 get/set 方法

修饰符

关联对象并不会改变对象的类或类的定义，它们只是在运行时环境中与特定的对象关联在一起。关联对象的生命周期与对象本身的生命周期相同，当对象被销毁时，其关联的对象也会被销毁。

为分类添加关联对象的本质

关联对象的本质

每一个对象的关联对象实际上都存储在AssociationHashMap内。所有对象的关联内容都在同一个全局容器中。
关联对象由AssociationManager管理并在AssociationHashMap存储。
所以说, 假如给分类添加了一个关联对象, 那么该关联内容既不需要分类管理, 也不是由原类管理。

class AssociationsManager {
    static spinlock_t _lock;
    static AssociationsHashMap *_map;               // associative references:  object pointer -> PtrPtrHashMap.
public:
    AssociationsManager()   { _lock.lock(); }
    ~AssociationsManager()  { _lock.unlock(); }
    
    AssociationsHashMap &associations() {
        if (_map == NULL)
            _map = new AssociationsHashMap();
        return *_map;
    }
};

AssociationsHashMap内部维护了一个ObjectAssociationMap哈希表:

class AssociationsHashMap : public unordered_map<disguised_ptr_t, ObjectAssociationMap *, DisguisedPointerHash, DisguisedPointerEqual, AssociationsHashMapAllocator> {
    public:
        void *operator new(size_t n) { return ::malloc(n); }
        void operator delete(void *ptr) { ::free(ptr); }
    };

ObjectAssociationMap内部维护了一个ObjcAssociation哈希表:

class ObjectAssociationMap : public std::map<void *, ObjcAssociation, ObjectPointerLess, ObjectAssociationMapAllocator> {
    public:
        void *operator new(size_t n) { return ::malloc(n); }
        void operator delete(void *ptr) { ::free(ptr); }
    };

key的常见用法

使用的get方法的@selecor作为key

• objc_setAssociatedObject(obj, @selector(getter), value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC)
• objc_getAssociatedObject(obj, @selector(getter))

使用指针的地址作为key

static void *MyKey = &MyKey;

• objc_setAssociatedObject(obj, MyKey, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC)
• objc_getAssociatedObject(obj, MyKey)

使用static字符作为key

static char MyKey;

• objc_setAssociatedObject(obj, &MyKey, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC)
• objc_getAssociatedObject(obj, &MyKey)

使用属性名作为key

• objc_setAssociatedObject(obj, @“property”, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
• objc_getAssociatedObject(obj, @“property”);

错误用法举例

static void *MyKey;

• objc_setAssociatedObject(obj, MyKey, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC)
• objc_getAssociatedObject(obj, MyKey)
  如上写法，没有给*MyKey，他相当于是NULL，这时候，如果再有另一个属性使用Keystatic void *OtherKey;，MyKey和OtherKey都是 NULL，这就相当于把多个属性都与NULLKey关联，明显就出问题了

关联对象的实现原理

学习OC对象本质时，我们知道对象实际被转化成struct ClassName_IMPL结构体，对象的成员变量的值保存在该结构体中。
使用关联对象给分类添加的成员变量，他并不是保存在该结构体下，因为Category的底层结构中并没有ivar。
他是存储在全局的统一的一个AssociationsManager中。

核心对象

• AssociationsManager
• AssociationsHashMap
• ObjectAssociationMap
• ObjcAssociation

下面来看它们之间的关系：

AssociationsManager

AssociationsManager 是管理所有关联对象的中心管理器。它负责存储和检索关联对象的整体结构。它是一个单例，确保在整个运行时环境中只有一个实例。

• 职责：管理和维护所有对象的关联数据。

AssociationsHashMap

AssociationsHashMap 是一个哈希表，用于将对象映射到它们的关联数据。它在内部使用了一个哈希表，这个字段的 key 是被添加关联对象的对象的地址，value 是个ObjectAssociationMap

• 职责：高效地查找和存储对象与其关联数据之间的映射。

ObjectAssociationMap

ObjectAssociationMap 是一个结构体或类，用于存储单个对象的所有关联数据。key 是我们调用objc_setAssociatedObject时传入的 key，value 是ObjectAssociation

• 职责：管理一个对象的所有关联键及其对应的关联值。

ObjcAssociation

ObjcAssociation 是具体的关联对象，包含实际的数据以及数据的存储策略，_policy是我们设置的修饰符（比如：OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN），_value是我们传入的值value 等。

• 职责：存储实际的关联数据以及定义数据的内存管理语义。

工作流程

1. 设置关联对象：

   • 调用 objc_setAssociatedObject。
   • AssociationsManager 查找或创建与目标对象相关的 ObjectAssociationMap。
   • 在 ObjectAssociationMap 中查找或创建对应的 ObjcAssociation。
   • 将关联值和存储策略设置到 ObjcAssociation 中。

2. 获取关联对象：

   • 调用 objc_getAssociatedObject。
   • AssociationsManager 查找与目标对象相关的 ObjectAssociationMap。
   • 在 ObjectAssociationMap 中查找对应的 ObjcAssociation。
   • 返回 ObjcAssociation 中存储的关联值。

3. 移除关联对象：

   • 调用 objc_removeAssociatedObjects 或 objc_setAssociatedObject 设置为 nil。
   • AssociationsManager 查找与目标对象相关的 ObjectAssociationMap。
   • 从 ObjectAssociationMap 中移除对应的 ObjcAssociation。
   • 如果 ObjectAssociationMap 为空，可能会移除整个映射以释放资源。

objc_AssociationPolicy的值并没有weak，这点我们在使用的时候需要注意