OC中的Category&Extension区别及其原理

Category&Extension的主要区别

Category和Extension都能对分类进行扩展，但是它们各自实现的作用却有所区别。

Extension

Extension又称类扩展、延展，它跟Category比的主要特点有：

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

它们为什么会有以上区别呢？接下来我们通过clang编译它们的源码，查看底层C++的实现逻辑，从底层来分析这个原因。

Category&Extension的底层原理

首先创建一个自定义类TestObject，分别在本类、Category和Extension声明名一个个属性name、ext_name和cate_name，分别声明和实现一个方法testMethod、ext_testMethod和cate_testMethod，demo如下：

demo.jpeg

属性property底层原理对比分析

我们先到main.cpp文件截取到属性property相关的代码分析。

本类属性name和Extension属性ext_name相关代码
在截取的过程中，发现本类和Extension的属性的代码是被编译在一起的，一次我们放一起分析，查看他们编译时的情况：

extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_TestObject$_name;
extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_TestObject$_ext_name;
struct TestObject_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    NSString *_name;
    NSString *_ext_name;
};

static struct /*_ivar_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _prop_t)
    unsigned int count;
    struct _ivar_t ivar_list[2];
} _OBJC_$_INSTANCE_VARIABLES_TestObject __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_ivar_t),
    2,
    {{(unsigned long int *)&OBJC_IVAR_$_TestObject$_name, "_name", "@\"NSString\"", 3, 8},
     {(unsigned long int *)&OBJC_IVAR_$_TestObject$_ext_name, "_ext_name", "@\"NSString\"", 3, 8}}
};

Category属性相关代码
这里截取了Category的属性cate_name相关的代码：

static struct /*_prop_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _prop_t)
    unsigned int count_of_properties;
    struct _prop_t prop_list[1];
} _OBJC_$_PROP_LIST_TestObject_$_Cate __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_prop_t),
    1,
    {{"cate_name","T@\"NSString\",&,N"}}
};

分析：在这里我们发现Extension和本类的属性name、ext_name编译时的底层逻辑都是一样的，都能生成成员变量，而且Extension的成员变量跟本类的成员变量都是一同被编译到对象结构里面。而Category这里只有一个_prop_list_t结构体，没有生成相应的成员变量。
接下来我们在对比方法列表，看看属性的setter方法和getter方法情况。

接下来比较方法列表相关的代码。

本类和Extension相关代码
这里因为本类和Extension的方法列表是被编译在一起的，所以放在一起分析：

// @implementation TestObject
static void _I_TestObject_testMethod(TestObject * self, SEL _cmd) {
    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_kz_91163dcd57j_zw_xyry904bc0000gn_T_main_e5ae60_mi_0);
}

static void _I_TestObject_ext_testMethod(TestObject * self, SEL _cmd) {
    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_kz_91163dcd57j_zw_xyry904bc0000gn_T_main_e5ae60_mi_1);
}

static NSString * _I_TestObject_name(TestObject * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_TestObject$_name)); }
static void _I_TestObject_setName_(TestObject * self, SEL _cmd, NSString *name) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_TestObject$_name)) = name; }

static NSString * _I_TestObject_ext_name(TestObject * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_TestObject$_ext_name)); }
static void _I_TestObject_setExt_name_(TestObject * self, SEL _cmd, NSString *ext_name) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_TestObject$_ext_name)) = ext_name; }
// @end

static struct /*_method_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
    unsigned int method_count;
    struct _objc_method method_list[10];
} _OBJC_$_INSTANCE_METHODS_TestObject __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_objc_method),
    10,
    {{(struct objc_selector *)"testMethod", "v16@0:8", (void *)_I_TestObject_testMethod},
    {(struct objc_selector *)"ext_testMethod", "v16@0:8", (void *)_I_TestObject_ext_testMethod},
    {(struct objc_selector *)"name", "@16@0:8", (void *)_I_TestObject_name},
    {(struct objc_selector *)"setName:", "v24@0:8@16", (void *)_I_TestObject_setName_},
    {(struct objc_selector *)"ext_name", "@16@0:8", (void *)_I_TestObject_ext_name},
    {(struct objc_selector *)"setExt_name:", "v24@0:8@16", (void *)_I_TestObject_setExt_name_},
    {(struct objc_selector *)"name", "@16@0:8", (void *)_I_TestObject_name},
    {(struct objc_selector *)"setName:", "v24@0:8@16", (void *)_I_TestObject_setName_},
    {(struct objc_selector *)"ext_name", "@16@0:8", (void *)_I_TestObject_ext_name},
    {(struct objc_selector *)"setExt_name:", "v24@0:8@16", (void *)_I_TestObject_setExt_name_}}
};

Category方法列表相关代码
这里截取了Category的方法cate_testMethod相关的代码：

// @interface TestObject (Cate)
// @property(nonatomic, strong) NSString *cate_name;
// - (void)cate_testMethod;
/* @end */

// @implementation TestObject (Cate)

static void _I_TestObject_Cate_cate_testMethod(TestObject * self, SEL _cmd) {
    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_kz_91163dcd57j_zw_xyry904bc0000gn_T_main_e5ae60_mi_2);
}
// @end

static struct /*_method_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
    unsigned int method_count;
    struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_TestObject_$_Cate __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_objc_method),
    1,
    {{(struct objc_selector *)"cate_testMethod", "v16@0:8", (void *)_I_TestObject_Cate_cate_testMethod}}
};

分析：首先我们看到类的方法列表里面不近包含本类的，也包含Extension的，但是确不包含Category的方法，而Category的方法在编译时是单独存放的。而且本类和Extension都能生成属性的setter和getter方法，而Category却没有。

Category&Extension使用场景

经过上面的分析可以发现Extension它的底层实现跟@interface并没有多大差别，同样能声明方法和属性，同样能生成成员变量，但是Extension并没有自己的实现，它的实现跟本类是共用的。所以他一般用作方法和属性的声明，特别是经常用作私有化声明的时候会用到；
而Category则不一样，Category虽然生成不了成员变量，但是可以通过关联对象和属性配合使用，达到跟类的属性一样的使用效果。而且Category有自己的实现，这一个特性让Category可以对类进行模块化，比如说当一个类的代码比较多、比较复杂时，这时候为了便于代码的阅读和维护，通常可以利用Category分成不同的模块，各模块分别定义自己的接口和实现，这样既不会让这个类的代码看起来臃肿，同时让外部在访问这个类相关接口时没有感觉到Category和类的区别。

总结

其实Extension在原理上它是类的一部分，在编译时期会被编译到类结构里面，属于在编译时期确定的结构。而Category则是针对运行时而设计的，它是在运行时才会被加载到类结构里面。Category的加载又分为懒加载和非懒加载，懒加载是在类第一次被访问的时候跟类一起被加载，非懒加载是在程序启动过程中就跟类一起被加载了。想了解更多的关于Category的加载可以参考OC类的加载流程。