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Category VS Extension 原理详解

（一）Category

1、什么是Category?

category是Objective-C 2.0之后添加的语言特性，别人口中的分类、类别其实都是指的category。category的主要作用是为已经存在的类添加方法。除此之外，apple还推荐了category的另外两个使用场景。

可以把类的实现分开在几个不同的文件里面。这样做有几个显而易见的好处。

可以减少单个文件的体积
可以把不同的功能组织到不同的category里
可以由多个开发者共同完成一个类
可以按需加载想要的category
声明私有方法

apple 的SDK中就大面积的使用了category这一特性。比如UIKit中的UIView。apple把不同的功能API进行了分类，这些分类包括UIViewGeometry、UIViewHierarchy、UIViewRendering等。

不过除了apple推荐的使用场景，广大开发者脑洞大开，还衍生出了category的其他几个使用场景：

模拟多继承（另外可以模拟多继承的还有protocol）
把framework的私有方法公开

2、category特点

category只能给某个已有的类扩充方法，不能扩充成员变量。
category中也可以添加属性，只不过@property只会生成setter和getter的声明，不会生成setter和getter的实现以及成员变量。
如果category中的方法和类中原有方法同名，运行时会优先调用category中的方法。也就是，category中的方法会覆盖掉类中原有的方法。所以开发中尽量保证不要让分类中的方法和原有类中的方法名相同。避免出现这种情况的解决方案是给分类的方法名统一添加前缀。比如category_。
如果多个category中存在同名的方法，运行时到底调用哪个方法由编译器决定，最后一个参与编译的方法会被调用。

如下图，给UIView添加了两个category（one 和 two），并且给这两个分类都添加了名为log的方法：

Category VS Extension 原理详解

在viewController中引入这两个category的.h文件。调用log方法：

Category VS Extension 原理详解

当编译顺序如下图所示时，调用UIView + one.m的log方法，如下图：

Category VS Extension 原理详解

将UIView + one.m移动到UIView + two.m上面，调用UIView + two.m的log方法，如下图：

Category VS Extension 原理详解

3、调用优先级

分类(category) > 本类 > 父类。即，优先调用cateory中的方法，然后调用本类方法，最后调用父类方法。

注意：category是在运行时加载的，不是在编译时。

4、为什么category不能添加成员变量？

Objective-C类是由Class类型来表示的，它实际上是一个指向objc_class结构体的指针。它的定义如下：

typedef struct objc_class *Class;

objc_class结构体的定义如下：

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
    Class super_class                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 父类
    const char *name                        OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类名
    long version                            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类的版本信息，默认为0
    long info                               OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类信息，供运行期使用的一些位标识
    long instance_size                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的实例变量大小
    struct objc_ivar_list *ivars            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的成员变量链表
    struct objc_method_list **methodLists   OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法定义的链表
    struct objc_cache *cache                OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法缓存
    struct objc_protocol_list *protocols    OBJC2_UNAVAILABLE;  // 协议链表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

在上面的objc_class结构体中，ivars是objc_ivar_list（成员变量列表）指针；methodLists是指向objc_method_list指针的指针。在Runtime中，objc_class结构体大小是固定的，不可能往这个结构体中添加数据，只能修改。所以ivars指向的是一个固定区域，只能修改成员变量值，不能增加成员变量个数。methodList是一个二维数组，所以可以修改*methodLists的值来增加成员方法，虽没办法扩展methodLists指向的内存区域，却可以改变这个内存区域的值（存储的是指针）。因此，可以动态添加方法，不能添加成员变量。

5、category中能添加属性吗？

Category不能添加成员变量（instance variables），那到底能不能添加属性（property）呢？

这个我们要从Category的结构体开始分析：

typedef struct category_t {
    const char *name;  //类的名字
    classref_t cls;  //类
    struct method_list_t *instanceMethods;  //category中所有给类添加的实例方法的列表
    struct method_list_t *classMethods;  //category中所有添加的类方法的列表
    struct protocol_list_t *protocols;  //category实现的所有协议的列表
    struct property_list_t *instanceProperties;  //category中添加的所有属性
} category_t;

从Category的定义也可以看出Category的可为（可以添加实例方法，类方法，甚至可以实现协议，添加属性）和不可为（无法添加实例变量）。

但是为什么网上很多人都说Category不能添加属性呢？

实际上，Category实际上允许添加属性的，同样可以使用@property，但是不会生成_变量（带下划线的成员变量），也不会生成添加属性的getter和setter方法的实现，所以，尽管添加了属性，也无法使用点语法调用getter和setter方法（实际上，点语法是可以写的，只不过在运行时调用到这个方法时候会报方法找不到的错误，如下图）。但实际上可以使用runtime去实现Category为已有的类添加新的属性并生成getter和setter方法。详细内容可以看峰哥之前的文章：《iOS Runtime之四：关联对象》

Category VS Extension 原理详解

需要注意的有两点：

1)、category的方法没有“完全替换掉”原来类已经有的方法，也就是说如果category和原来类都有methodA，那么category附加完成之后，类的方法列表里会有两个methodA。

2)、category的方法被放到了新方法列表的前面，而原来类的方法被放到了新方法列表的后面，这也就是我们平常所说的category的方法会“覆盖”掉原来类的同名方法，这是因为运行时在查找方法的时候是顺着方法列表的顺序查找的，它只要一找到对应名字的方法，就会罢休，殊不知后面可能还有一样名字的方法。

（二）Extension

1、什么是extension

extension被开发者称之为扩展、延展、匿名分类。extension看起来很像一个匿名的category，但是extension和category几乎完全是两个东西。和category不同的是extension不但可以声明方法，还可以声明属性、成员变量。extension一般用于声明私有方法，私有属性，私有成员变量。

2、extension的存在形式

category是拥有.h文件和.m文件的东西。但是extension不然。extension只存在于一个.h文件中，或者extension只能寄生于一个类的.m文件中。比如，viewController.m文件中通常寄生这么个东西，其实这就是一个extension：

@interface ViewController ()

@end

当然我们也可以创建一个单独的extension文件，如下图：

Category VS Extension 原理详解

UIView_extension.h中声明方法：

Category VS Extension 原理详解

导入UIView_extension.h文件进行使用：

Category VS Extension 原理详解

注意：extension常用的形式并不是以一个单独的.h文件存在，而是寄生在类的.m文件中。

（三）category和extension的区别

就category和extension的区别来看，我们可以推导出一个明显的事实，extension可以添加实例变量，而category是无法添加实例变量的（因为在运行期，对象的内存布局已经确定，如果添加实例变量就会破坏类的内部布局，这对编译型语言来说是灾难性的）。

extension在编译期决议，它就是类的一部分，但是category则完全不一样，它是在运行期决议的。extension在编译期和头文件里的@interface以及实现文件里的@implement一起形成一个完整的类，它、extension伴随类的产生而产生，亦随之一起消亡。
extension一般用来隐藏类的私有信息，你必须有一个类的源码才能为一个类添加extension，所以你无法为系统的类比如NSString添加extension，除非创建子类再添加extension。而category不需要有类的源码，我们可以给系统提供的类添加category。
extension可以添加实例变量，而category不可以。
extension和category都可以添加属性，但是category的属性不能生成成员变量和getter、setter方法的实现。

参考文章

iOS Category详解
 Objective-C的Category与关联对象实现原理

正文到此结束