iOS 底层原理 文章汇总
在上一篇文章iOS-底层原理 17：类的加载（上）中，理解了类是如何从Mach-O加载到内存中，这次我们来解释下分类是如何加载到类中的，以及分类和类搭配使用的情况
前提：在main中定义LGperson的分类LG
探索分类的本质，有以下三种方式
【方式一】通过clang【方式二】通过Xcode文档搜索Category【方式三】通过objc源码搜索 category_t方式一：通过clang
【方式一】clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 查看底层编译，即 main.cpp，
其中分类的 类型是_category_t分类的倒数第二个0，表示的是没有协议，所以赋值为0搜索struct _category_t，如下所示
其中有两个method_list_t，分别表示实例方法 和 类方法搜索_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_LGPerson_，找到其底层实现 其中有3个方法，格式为：sel+签名+地址，是method_t结构体的属性即key
搜索method_t，其中对应关系如下
name 对应 seltype 对应 方法签名imp 对应 函数地址同时，我们发现了一个问题：查看看_prop_list_t，明明分类中定义了属性，但是在底层编译中并没有看到属性，如下图所示，这是因为分类中定义的属性没有相应的set、get方法，我们可以通过关联对象来设置（关于如何设置关联对象，我们将在后续的扩展中进行说明）
方式二：通过Xcode文档搜索 Category
如果不会clang，可以通过Xcode文档搜索 Category
方式三：通过objc源码搜索 category_t
还可以通过objc源码搜索category_t类型
综上所述，分类的本质 是一个_category_t类型
有两个属性：name（类的名称） 和 cls（类对象）
有两个 method_list_t类型的方法列表，表示分类中实现的实例方法+类方法
一个protocol_list_t类型的协议列表，表示分类中实现的协议
一个prop_list_t类型的属性列表，表示分类中定义的属性，一般在分类中添加的属性都是通过关联对象来实现
需要注意的是，分类中的属性是没有set、get方法
前提：创建LGPerson的两个分类：LGA、LGB
在上一篇iOS-底层原理 17：类的加载（上）文章中的realizeClassWithoutSwift -> methodizeClass -> attachToClass -> load_categories_nolock -> extAlloc ->attachCategories中提及了rwe的加载，其中分析了分类的data数据 时如何 加载到类中的，且分类的加载顺序是：LGA -> LGB的顺序加载到类中，即越晚加进来，越在前面
其中查看methodizeClass的源码实现，可以发现类的数据和 分类的数据是分开处理的，主要是因为在编译阶段，就已经确定好了方法的归属位置（即实例方法存储在类中，类方法存储在元类中），而分类是后面才加进来的
其中分类需要通过attatchToClass添加到类，然后才能在外界进行使用，在此过程，我们已经知道了分类加载三步骤的后面两个步骤，分类的加载主要分为3步：
分类数据加载时机：根据类和分类是否实现load方法来区分不同的时机
attachCategories准备分类数据
attachLists将分类数据添加到主类中
下面我们来探索分类数据的加载时机，以主类LGPerson + 分类LGA、LGB 均实现+load方法为例
通过第二步数据准备反推第一步的加载时机
通过上一篇文章我们了解到，在走到attachCategories方法时，必然会有分类数据的加载，可以通过反推法查看 在什么时候调用attachCategories的，通过查找，有两个方法中调用
load_categories_nolock方法中 addToClass方法中，这里经过调试发现，从来不会进到if流程中，除非加载两次，一般的类一般只会加载一次不加任何断点，运行objc代码，可以得出以下打印日志，通过日志可以发现addToClass方法的下一步就是load_categories_nolock方法就是加载分类数据
全局搜索load_categories_nolock的调用，有两次调用
一次在loadAllCategories方法中 一次在_read_images方法中但是经过调试发现，是不会走_read_images方法中的if流程的，而是走的loadAllCategories方法中的
全局搜索查看loadAllCategories的调用，发现是在load_images时调用的
通过堆栈信息分析
在attachCategories中加自定义逻辑的断点，bt查看堆栈信息所以综上所述，该情况下的分类的数据加载时机的反推路径为：attachCategories -> load_categories_nolock -> loadAllCategories -> load_images
而我们的分类加载正常的流程的路径为：realizeClassWithoutSwift -> methodizeClass -> attachToClass ->attachCategories
其中正向和反向的流程如下图所示：
我们再来看一种情况：主类+分类LGA实现+load，分类LGB不实现+load方法
断点定在attachCategories中加自定义逻辑部分，一步步往下执行
p entry.catp *$0继续往下执行，会再次来到 attachCategories方法中断住
p entry.catp *$0总结：只要有一个分类是非懒加载分类，那么所有的分类都会被标记位非懒加载分类，意思就是加载一次 已经开辟了rwe，就不会再次懒加载，重新去处理 LGPerson
通过上面的两个例子，我们可以大致将类 和 分类 是否实现+load的情况分为4种
类+分类分类实现+load分类未实现+load类实现+load非懒加载类+非懒加载分类非懒加载类+懒加载分类类未实现+load懒加载类+非懒加载分类懒加载类+懒加载分类【情况1】非懒加载类 + 非懒加载分类
【情况2】非懒加载类 + 懒加载分类
【情况3】懒加载类 + 懒加载分类
【情况4】懒加载类 + 非懒加载分类
即主类实现了+load方法，分类同样实现了+load方法，在前文分类的加载时机时，我们已经分析过这种情况，所以可以直接得出结论，这种情况下
类的数据加载是通过_getObjc2NonlazyClassList加载，即ro、rw的操作，对rwe赋值初始化，是在extAlloc方法中
分类的数据加载是通过load_images加载到类中的
其调用路径为：
map_images -> map_images_nolock -> _read_images -> readClass -> _getObjc2NonlazyClassList -> realizeClassWithoutSwift -> methodizeClass -> attachToClass ,此时的mlists是一维数组，然后走到load_images部分
load_images --> loadAllCategories -> load_categories_nolock -> load_categories_nolock -> attachCategories -> attachLists，此时的mlists是二维数组
下面为源码中调试的打印日志
即主类实现了+load方法，分类未实现+load方法
打开realizeClassWithoutSwift中的自定义断点，看一下ro
查看kc_ro p kc_ro->baseMethodList p $1.get(0) ~ p $1.get(4) p $1.get(5)、 p $1.get(10) 从上面的打印输出可以看出，方法的顺序是 LGB—LGA-LGPerson类，此时分类已经 加载进来了，但是还没有排序，说明在没有进行非懒加载时，通过cls->data读取Mach-O数据时，数据就已经编译进来了，不需要运行时添加进去来到methodizeClass方法中断点部分
p listp $0->get(0)- p $0->get(5)来到prepareMethodLists的for循环部分
p addedLists[0]p addedLists[1]p *$1p *$2来到fixupMethodList方法中的if (sort) {部分
其中SortBySELAddress的源码实现如下：根据名字的地址进行排序走到mlist->setFixedUp();，在读取list
p mlistp $7->get(0) ~ p $7->get(3) p $7->get(4) ~ p $7->get(6) 通过打印发现，仅对同名方法进行了排序，而分类中的其他方法是不需要排序的，其你imp地址是有序的（从小到大） – fixupMethodList中的排序只针对 name 地址进行排序不加任何断点，运行程序，获取打印日志
总结：非懒加载类 与 懒加载分类的数据加载，有如下结论：
类 和 分类的加载是在read_images就加载数据了
其中data数据在编译时期就已经完成了
即主类和分类均未实现+load方法
不加任何断点，运行程序，获取打印日志 其中realizeClassMaybeSwiftMaybeRelock是消息流程中慢速查找中有的函数，即在第一次调用消息时才有的函数
在readClass断住,然后读取kc_ro，即读取整个data 此时的baseMethodList的count还是16，说明也是从data中读取出来的，所以不需要经过一层缓慢的load_images加载进来
总结：懒加载类 与 懒加载分类的数据加载是在消息第一次调用时记载
即主类未实现+load方法， 分类实现了+load方法
不加任何断点，运行程序，获取打印日志
在打印的日志中没有看到load_categories_nolock方法，查看attachCategories -- extAlloc -- attachToClass -- attachCategories，在attachToClass中加断点
在readClass方法中断住，查看kc_ro 其中baseMethodList的count是8个，打印看看：对象方法3个+属性的setget方法共4个+1个cxx方法 ，即 现在只有主类的数据
查看kc_ro结构 p kc_ro->baseMethodListp $0->get(0) ~ p $0->get(3)、p $0->get(7)为了调试分类的数据加载， 继续往下执行，bt查看堆栈：load_images -> loadAllCategories -> load_categories_nolock
总结：懒加载类 + 非懒加载分类的数据加载，只要分类实现了load，会迫使主类提前加载,即 主类 强行转换为 非懒加载类样式
类和分类搭配使用，其数据的加载时机总结如下：
【情况1】非懒加载类 + 非懒加载分类，其数据的加载在load_images方法中，首先对类进行加载，然后把分类的信息贴到类中
【情况2】非懒加载类 + 懒加载分类，其数据加载在read_image就加载数据，数据来自data，data在编译时期就已经完成，即data中除了类的数据，还有分类的数据，与类绑定在一起
【情况3】懒加载类 + 懒加载分类 ，其数据加载推迟到 第一次消息时，数据同样来自data，data在编译时期就已经完成
【情况4】懒加载类 + 非懒加载分类 ，只要分类实现了load，会迫使主类提前加载，即在_read_images中不会对类做实现操作，需要在load_images方法中触发类的数据加载，即rwe初始化，同时加载分类数据
如下图所示
load_images方法的主要作用是加载镜像文件，其中最重要的有两个方法：prepare_load_methods（加载） 和 call_load_methods（调用）
进入load_images源码实现
进入prepare_load_methods源码
进入_getObjc2NonlazyClassList -> schedule_class_load源码,这里主要是根据类的继承链递归调用获取load，直到cls不存在才结束递归，目的是为了确保父类的load优先加载
进入add_class_to_loadable_list，主要是将load方法和cls类名一起加到loadable_classes表中
进入getLoadMethod，主要是获取方法的sel为load的方法_getObjc2NonlazyCategoryList -> realizeClassWithoutSwift -> add_category_to_loadable_list ,主要是将非懒加载分类的load方法加入表中
进入add_category_to_loadable_list实现,获取所有的非懒加载分类中的load方法，将分类名+load加入表loadable_categories进入call_load_methods源码，主要有3部分操作
反复调用类的+load，直到不再有
调用一次分类的+load
如果有类或更多未尝试的分类，则运行更多的+load
进入call_class_loads，主要是加载类的load方法 其中load方法中有两个隐藏参数，第一个为id 即self，第二个为sel，即cmd
call_category_loads，主要是加载一次分类的load方法
综上所述，load_images方法整体调用过程及原理图示如下
调用过程图示
原理图示 主要分为两步
从所有的非懒加载类和分类中的+load分别添加到表中调用类和分类的+load方法