IOS Category和Extension实现原理详解，使用场合及区别

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。
category编译之后的底层结构是struct category_t，里面存储着分类的对象方法、类方法、属性、协议信息，在程序运行的时候，runtime会将category的数据合并到类信息中(类对象、元类对象中)。

category使用场合：

• 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。
  1.可以减少单个文件的体积。
  2.可以把不同的功能组织到不同的category里。
  3.可以由多个开发者共同完成一个类。
  4.可以按需加载想要的category。
• 声明私有方法。
  比如在父类中，该方法是私有的，但是想在子类中调用该方法时，可以给这个子类添加一个分类，并在分类中声明该私有方法。
• 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。

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。

category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。

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。

category中能添加属性吗？

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的是可以添加实例方法，类方法，协议和属性的，但是无法添加成员变量。
所以category是可以添加属性的，但是用@property添加的属性只会生成getter和setter方法的声明，不会生成getter和setter方法的实现和成员变量。
但是可以通过Runtime的关联对象在getter和setter方法中实现。

注意：

• 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。
• 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。

extension：

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。

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：

image.png

image.png

image.png

UIView_extension.h中声明方法：

image.png

导入UIView_extension.h文件进行使用：

image.png

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。

category和extension的区别：

• extension在编译的时候，它的数据就已包含在类信息中。category是在运行时，才会将数据合并到类信息中。
  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，extension伴随类的产生而产生，亦随之一起消亡。
• extension可以添加成员变量，而category是无法添加成员变量。
  因为在运行期，对象的内存布局已经确定，如果添加成员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一般用来隐藏类的私有信息，无法直接为系统的类扩展，但可以先创建系统类的子类再添加extension。category可以给系统提供的类添加分类。
• 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。