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【iOS】类扩展与关联对象

news 2025/8/1 14:35:17

前言

类扩展

类扩展的本质

关联对象

设值流程

_object_set_associative_reference 方法

取值流程

objc_getAssociatedObject

关于类扩展和分类

前言

之前已经分析了类和分类的加载，那么这篇文章来讲解一下类扩展和关联对象的底层原理

类扩展

类扩展又称为匿名的分类，可以给当前类添加属性和方法

类扩展的本质

写一个类扩展，生成cpp文件，并在文件中查找扩展中添加的属性

可以看到cpp文件中存在带下划线的该成员变量，并且合成了set和get方法，所以说扩展中可以给类添加属性。

再看看扩展中添加的方法：

可以看到扩展中方法已经添加在方法列表中了，也就是说扩展中添加的方法在编译过程中，就已经添加到了methodlist中，作为类的一部分，即编译时期直接添加到本类里面

关联对象

关联对象底层原理的实现，主要就是两个部分：

通过objc_setAssociatedObject设值流程
通过objc_getAssociatedObject取值流程

设值流程

在分类中重写属性cate_name的set、get方法，通过runtime的属性关联方法实现

这里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

这里objc_setAssociatedObject源码实现中调用_object_set_associative_reference 方法。

_object_set_associative_reference 方法

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/44094390if (!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//相当于包装了一下 对象object,便于使用DisguisedPtr<objc_object> disguised{(objc_object *)object};ObjcAssociation association{policy, value}; // 包装一下 policy - value
// retain the new value (if any) outside the lock.association.acquireValue();//根据策略类型进行处理
bool isFirstAssociation = false;{//初始化manager变量，相当于自动调用AssociationsManager的析构函数进行初始化//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AssociationsManager manager;AssociationsHashMap &associations(manager.get());//AssociationsHashMap 全场唯一
AssociationsManager manager2;AssociationsHashMap &associations2(manager2.get());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 */isFirstAssociation = true;//标记true}
/* establish or replace the association *///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 &refs = refs_result.first->second;//查找当前的key是否有association关联对象auto result = refs.try_emplace(key, std::move(association));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);
}}}}}
// Call setHasAssociatedObjects outside the lock, since this// will call the object's _noteAssociatedObjects method if it// has one, and this may trigger +initialize which might do// arbitrary stuff, including setting more associated objects.if (isFirstAssociation)object->setHasAssociatedObjects();
// release the old value (outside of the lock).association.releaseHeldValue();//释放
}

通过_object_set_associative_reference 源码可知方法主要分为以下几步：

创建一个 AssociationsManager 管理类
获取唯一的全局静态哈希Map：AssociationsHashMap
判断 value 是否存在（value为空则走清除逻辑）
尝试插入对象桶（ObjectAssociationMap）：以 disguised(object)（通过类得到的，不同的类名该函数返回值不同）为 key，尝试插入一个空的 ObjectAssociationMap（如果没有的话）。
插入桶成功（第二层 map 空）时，插入一个空桶（桶是 key→ObjcAssociation）（key 是用户传进来的 key（void*），value 是封装了 policy + value 的 ObjcAssociation）
第一次插入对象时，通过 setHasAssociatedObjects 设置标记位（如果是这个 object 第一次有关联对象，就设置 isa 标志位的 has_assoc = 1）
用 ObjcAssociation 替换旧值（如果之前已有 key）（如果第二层已经有这个 key，不是第一次插入，就调用 swap）
标记第一次插入 ObjectAssociationMap 的布尔值为 true

这里AssociationsManager类型的变量，会自动调用AssociationsManager的析构函数进行初始化，这个源码中加锁是为了避免多线程重复创建，但并不代表唯一

而AssociationsHashMap类型的哈希map，这个是唯一的：

可以看到源码是通过_mapStorage.get()生成哈希map，而_mapStorage是一个静态变量，所以哈希map永远是通过静态变量获取的，所以全场唯一

如果传入的value是空值，那么走else流程，else分支中移除关联

try_emplace方法

try_emplace方法负责完成对全局哈希map中插入新的类以及在类对应的表中插入新的键值对。

这里的桶子负责保存键值之间的映射关系，可以理解为保存值，而这里保存的值的类型取决于方法的调用者：

这里第一次调用try_emplace方法时，是在对全局的哈希表和类操作，可以理解为桶子里存的是类，第二次调用try_emplace方法时，是在对类对应的哈希表和关联对象操作。可以理解为桶子里存的是关联对象。

可以得到大致结构是这样的：

AssociationsManager可以有多个，通过AssociationsManagerLock锁可以得到一个AssociationsHashMap类型的map。

而map中有很多的关联对象map，类型是ObjectAssociationMap，其中key为DisguisedPtr<objc_object>，例如TCJPerson会对应一个ObjectAssociationMap，TCJStudent也会对应一个ObjectAssociationMap.

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。其中ObjcAssociation是用于包装policy和value的一个类。

以上流程总结如下图：

取值流程

与objc_setAssociatedObject类似，关联对象get方法的核心是objc_getAssociatedObject

objc_getAssociatedObject

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

关于类扩展和分类

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
- 注意：其实可以通过runtime 给分类添加属性，即属性关联，重写setter、getter方法
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