Runtime 深度剖析：类加载机制与 Category

iOS 面试

1. 类加载过程 (Dyld & Objc Setup)

App 启动时，dyld 加载动态库，通知 Runtime (_objc_init) 进行初始化。

1.1 realizeClass

Runtime 会解析 Mach-O 文件中的数据，将磁盘上的 class_ro_t (Read Only) 转换为内存中的 class_rw_t (Read Write)。

  • ro：编译期确定，包含 ivars, base methods。
  • rw：运行时生成，包含 methods, properties, protocols (可动态添加)。

1.2 +load 方法

  • 调用时机：ImageLoader 加载镜像到内存时（main 函数之前）。
  • 调用顺序：
    1. 父类先于子类。
    2. 类先于 Category。
    3. 多个 Category 之间取决于编译顺序。
  • 特点：
    • 线程安全。
    • 不走消息转发（直接通过函数指针调用），因此子类不会自动调用父类的 load。
    • 可以在此进行 Method Swizzling。

1.3 +initialize 方法

  • 调用时机：类第一次接收到消息时（懒加载）。
  • 特点：
    • 走完整的消息发送流程 (objc_msgSend)。
    • 线程安全（Runtime 内部加锁）。
    • 如果子类没实现，会调用父类的（可能导致父类的 initialize 跑多次）。

2. Category 底层原理

Category 允许我们在不继承的情况下给类添加方法。

2.1 实现原理

编译后，Category 的数据被存放在 category_t 结构体中。在 Runtime 加载阶段（attachCategories）：

  1. 获取类原本的方法列表。
  2. 获取所有 Category 的方法列表。
  3. 重新分配内存：创建一个新的大数组。
  4. 数据移动：
    • 将 Category 的方法拷贝到新数组的前面。
    • 将类原本的方法拷贝到新数组的后面。
  5. 将新数组赋值给 class_rw_t。

2.2 为什么 Category 方法会”覆盖”原类方法？

实际上并没有覆盖（Overwrite）。Category 的方法被放到了方法列表的头部。 消息发送时，遍历方法列表，一旦找到匹配的方法就返回。因此，处于头部的 Category 方法被优先执行了。

2.3 Category 能添加成员变量吗？

  • 直接添加：不能。因为类的内存布局 (instanceSize) 在编译期和 ro 阶段已经确定。
  • 间接实现：使用 关联对象 (Associated Objects) 技术。