03-08 10:44 阅读 164

OC底层原理13 ：类扩展与关联对象底层原理探索

分类和类扩展区别

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
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

可以通过runtime 给分类添加属性，即属性关联，重写setter、getter方法

- (void)setCate_name:(NSString *)cate_name{     objc_setAssociatedObject(self, "cate_name", cate_name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC); } - (NSString *)cate_name{     return  objc_getAssociatedObject(self, "cate_name"); } 复制代码

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，但是私有变量
可以给类添加方法，也是私有方法

类扩展底层原理探究

类的扩展(@interface LGTeacher ())有两种创建方式：

直接在类中书写：永远在声明(@interface LGPerson : NSObject)之后，在实现(@implementation LGPerson)之前（需要在.m文件中书写）
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

在mian.m写一个类扩展:

通过clang -rewrite-objc main.mm -o main.cpp命令生成cpp文件，打开cpp文件，搜索ext_name属性:
查看 LGTeacher 类拓展的方法，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LGPerson+LGEXT.h即类的扩展，并声明两个方法在LGperon.m中实现这两个方法

运行objc源码程序，在readClass中断住，查看kc_ro
p kc_ro->baseMethodList
p $0->get(0) ~ p $0->get(10)

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

分类关联对象底层原理探索

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LG中重写属性cate_name的set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

这种设计模式属于是接口模式，对外的接口不变，内部的逻辑变化不影响外部的调用，类似于set方法的底层源码实现

进入get方法实现，其中 ChainedHookFunction是一个函数指针
进入SetAssocHook，其底层实现是_base_objc_setAssociatedObject，类型是ChainedHookFunction

所以可以理解为SetAssocHook.get()等价于_base_objc_setAssociatedObject:

void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) {     SetAssocHook.get()(object, key, value, policy);//接口模式，对外接口始终不变 } ????等价于 void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) {     _base_objc_setAssociatedObject(object, key, value, policy);//接口模式，对外接口始终不变 } 复制代码

进入_base_objc_setAssociatedObject源码实现：_base_objc_setAssociatedObject -> _object_set_associative_reference，通过断点调试，确实会来到这里

_object_set_associative_reference 方法

进入_object_set_associative_reference源码实现.
关于关联对象底层原理的探索主要是看value存到了哪里，以及如何取出value ，以下是源码:

void _object_set_associative_reference(id object, const void *key, id value, uintptr_t policy) {     // This code used to work when nil was passed for object and key. Some code     // probably relies on that to not crash. Check and handle it explicitly.     // rdar://problem/44094390     if (!object && !value) return;     if (object->getIsa()->forbidsAssociatedObjects())         _objc_fatal("objc_setAssociatedObject called on instance (%p) of class %s which does not allow associated objects", object, object_getClassName(object));     //object封装成一个数组结构类型，类型为DisguisedPtr     DisguisedPtr<objc_object> disguised{(objc_object *)object};//相当于包装了一下 对象object,便于使用     // 包装一下 policy - value     ObjcAssociation association{policy, value};     // retain the new value (if any) outside the lock.     association.acquireValue();//根据策略类型进行处理     //局部作用域空间     { 1.创建一个 `AssociationsManager` 管理类         //初始化manager变量，相当于自动调用AssociationsManager的构造函数进行初始化         AssociationsManager manager;//并不是全场唯一，构造函数中加锁只是为了避免重复创建，在这里是可以初始化多个AssociationsManager变量的 2. 获取`唯一`的全局静态哈希`Map：AssociationsHashMap`             AssociationsHashMap &associations(manager.get());//AssociationsHashMap 全场唯一         if (value) {             auto refs_result = associations.try_emplace(disguised, ObjectAssociationMap{});//返回的结果是一个类对             if (refs_result.second) {//判断第二个存不存在，即bool值是否为true                 /* it's the first association we make 第一次建立关联*/                 object->setHasAssociatedObjects();//nonpointerIsa ，标记位true             }             /* establish or replace the association 建立或者替换关联*/             auto &refs = refs_result.first->second; //得到一个空的桶子，找到引用对象类型,即第一个元素的second值             auto result = refs.try_emplace(key, std::move(association));//查找当前的key是否有association关联对象             if (!result.second) {//如果结果不存在                 association.swap(result.first->second);             }         } else {//如果传的是空值，则移除关联，相当于移除             auto refs_it = associations.find(disguised);             if (refs_it != associations.end()) {                 auto &refs = refs_it->second;                 auto it = refs.find(key);                 if (it != refs.end()) {                     association.swap(it->second);                     refs.erase(it);                     if (refs.size() == 0) {                         associations.erase(refs_it);                     }                 }             }         }     }     // release the old value (outside of the lock).     association.releaseHeldValue();//释放 } 复制代码

通过源码可知，主要分为以下几部分：

创建一个 AssociationsManager 管理类

获取唯一的全局静态哈希Map：AssociationsHashMap

3.1. 存在走第4步
3.2. 不存在就走 : 关联对象-插入空流程

判断是否插入的关联值value是否存在

通过try_emplace方法，并创建一个空的 ObjectAssociationMap 去取查询的键值对

如果发现没有这个 key 就插入一个空的 BucketT进去并返回true

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

用当前 policy 和 value 组成了一个 ObjcAssociation 替换原来 BucketT 中的空

标记一下 ObjectAssociationMap 的第一次为 false

源码调试

定义AssociationsManager类型的变量，相当于自动调用AssociationsManager的构造函数进行初始化.

AssociationsManager源码如下：
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。

通过调试，可以查看目前的数据结构

p disguised :其中的value是来自object 还原出来的
p association
p manager
p associations :目前的associations为0x0,表示还没有查找到相应的递归查找域中

走到局部作用域的if判断，此时的 value是有值的，为KC
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
继续往下执行，查看 refs_result -- p refs_result，其中的类型数据非常多，可以进行拆解查看

associations调用try_emplace方法，传入一个对象disguised 和一个空的关联mapObjectAssociationMap{}

//pair -- 表示有键值对 (std::__1::pair<  objc::DenseMapIterator<DisguisedPtr<objc_object>,  objc::DenseMap<const void *, objc::ObjcAssociation, objc::DenseMapValueInfo<objc::ObjcAssociation>, objc::DenseMapInfo<const void *>, objc::detail::DenseMapPair<const void *, objc::ObjcAssociation> >,  objc::DenseMapValueInfo<objc::DenseMap<const void *, objc::ObjcAssociation, objc::DenseMapValueInfo<objc::ObjcAssociation>, objc::DenseMapInfo<const void *>, objc::detail::DenseMapPair<const void *, objc::ObjcAssociation> > >,  objc::DenseMapInfo<DisguisedPtr<objc_object> >,  objc::detail::DenseMapPair<DisguisedPtr<objc_object>, objc::DenseMap<const void *, objc::ObjcAssociation, objc::DenseMapValueInfo<objc::ObjcAssociation>, objc::DenseMapInfo<const void *>, objc::detail::DenseMapPair<const void *, objc::ObjcAssociation> > >,  false>,  bool>) //可以简写为 (std::__1::pair<  objc bool>) 复制代码

进入try_emplace方法的源码实现

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
第一个LookupBucketFor方法源码实现
第二个LookupBucketFor方法的源码实现
断点运行至try_emplace方法中的获取bucket部分TheBucket = InsertIntoBucket(TheBucket, Key, std::forward<Ts>(Args)...);
其中TheBucket的类型与 refs_result中属性的类型是一致

p TheBucket

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，查看refs

p refs,执行try_emplace前查看
p refs,执行try_emplace后查看第一次执行try_emplace插入的是一个空桶，还没有值，第二次执行第一次执行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

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

所以，关联对象的设值图示如下，有点类似于cache_t中的insert方法插入sel-imp的逻辑，如下图所示

属性关联涉及的哈希map结构

所以到目前为止，关联属性涉及的map结构如下:

typedef DenseMap<DisguisedPtr<objc_object>, ObjectAssociationMap> AssociationsHashMap; typedef DenseMap<const void *, ObjcAssociation> ObjectAssociationMap; 复制代码

AssociationsManager可以有多个，通过AssociationsManagerLock锁可以得到一个AssociationsHashMap类型的map
map中有很多的关联对象map，类型是ObjectAssociationMap，其中key为DisguisedPtr<objc_object>，例如LGPerson会对应一个ObjectAssociationMap，LGTeacher也会对应一个ObjectAssociationMap
```
typedef DenseMap<DisguisedPtr<objc_object>, ObjectAssociationMap> AssociationsHashMap; 复制代码
```
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
```
typedef DenseMap<const void *, ObjcAssociation> ObjectAssociationMap; 复制代码
```
其中ObjcAssociation是用于包装policy和value的一个类

对象插入空流程

根据源码可知，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-取值流程

main中打印person.cate_name的值，断点来到分类中重写的属性getter方法
进入objc_getAssociatedObject源码实现

_object_get_associative_reference方法

其源码实现如下：

id _object_get_associative_reference(id object, const void *key) {     ObjcAssociation association{};//创建空的关联对象     {         AssociationsManager manager;//创建一个AssociationsManager管理类         AssociationsHashMap &associations(manager.get());//获取全局唯一的静态哈希map         AssociationsHashMap::iterator i = associations.find((objc_object *)object);//找到迭代器，即获取buckets         if (i != associations.end()) {//如果这个迭代查询器不是最后一个 获取             ObjectAssociationMap &refs = i->second; //找到ObjectAssociationMap的迭代查询器获取一个经过属性修饰符修饰的value             ObjectAssociationMap::iterator j = refs.find(key);//根据key查找ObjectAssociationMap，即获取bucket             if (j != refs.end()) {                 association = j->second;//获取ObjcAssociation                 association.retainReturnedValue();             }         }     }     return association.autoreleaseReturnedValue();//返回value } 复制代码

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

调试取值流程

接着上一步调试，进入_object_get_associative_reference源码实现

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

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，j的打印，此时的value为nil

find方法查询之后，j的打印，此时的value 为KC

总结

所以，综上所述，所以关联对象的底层调用流程如下图所示:

总的来说，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.

补充

AssociationsHashMap 唯一性验证

验证AssociationsHashMap 的唯一性，而AssociationsManager不唯一

为了调试方便，去掉AssociationsManager实现里的加锁

在_object_set_associative_reference方法中再次定义一遍manager 和 associations
下面是调试运行的结果，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
加锁的目的：保证对象的安全性，防止冲突

AssociationsManager manager; ????等价于 AssociationsManager(); lock(); ... unlock();//作用域之后unlock

作者：一荤一素一碗粥
链接：https://juejin.cn/post/7072292468779122695

OC底层原理13 ：类扩展 与 关联对象 底层原理探索

分类和类扩展 区别

类扩展 底层原理探究