Category的本質<二>load，initialize方法

雪山飛狐1發表於2018-07-26

面試題1：Category中有load方法嗎？load方法是什麼時候呼叫？面試題2：load，initialize的區別是什麼？它們在Category中的呼叫順序以及出現繼承時它們之間的呼叫過程是怎麼樣的？那麼這篇文章主要就是回答這兩個問題。

load方法

load方法什麼時候呼叫？ load方法是在runtime載入類和分類的時候呼叫。我們建立了一個Person類和它的兩個分類，然後重寫了各自的load方法：

//Person
+ (void)load{
    
    NSLog(@"Person + load");
}

//Person+Test1
+ (void)load{
    
    NSLog(@"Person (Test1) + load");
}

//Person+Test2
+ (void)load{
    
    NSLog(@"Person (Test2) + load");
}
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然後我們什麼也不做，執行程式碼，看到列印結果：

2018-07-24 20:45:08.369170+0800 interview - Category[14157:409819] Person + load
2018-07-24 20:45:08.371806+0800 interview - Category[14157:409819] Person (Test1) + load
2018-07-24 20:45:08.373190+0800 interview - Category[14157:409819] Person (Test2) + load
複製程式碼

通過列印結果我們可以看到Person及其分類的load方法都被呼叫了，這就證實了load方法是由runtime載入類和分類的時候呼叫的。然後我們再給Person類及其子類建立一個+ (void)test方法並實現它：

//Person
+ (void)test{
    
    NSLog(@"Person + test");
}

//Person+Test1
+ (void)test{
    
    NSLog(@"Person (Test1) + test");
}

//Person+Test2
+ (void)test{
    
    NSLog(@"Person (Test2) + test");
}
複製程式碼

然後用Person類物件去呼叫test方法：

[Person test];
複製程式碼

得到列印結果：

2018-07-24 21:07:32.886316+0800 interview - Category[14670:428685] Person + load
2018-07-24 21:07:32.887195+0800 interview - Category[14670:428685] Person (Test1) + load
2018-07-24 21:07:32.887461+0800 interview - Category[14670:428685] Person (Test2) + load
2018-07-24 21:07:33.050735+0800 interview - Category[14670:428685] Person (Test2) + test
複製程式碼

通過列印結果我們可以看到，Person (Test2)的test方法被呼叫了，這個很好理解因為我們在Category的本質<一>中說的很清楚了，如果分類和類同時實現了一個方法，那麼分類中的方法和類中的方法都會儲存下來存入記憶體中，並且分類的方法在前，類的方法在後，這樣在呼叫的時候就會首先找到分類的方法，給人的感覺就是好像類的方法被覆蓋了。那麼問題來了，同樣是類方法，同樣是分類中實現了類的方法，為什麼load方法不像test方法一樣，呼叫分類的實現，而是類和每個分類中的load方法都被呼叫了呢？load方法到底有什麼不同呢？要想弄清楚其中的原理，我們還是要從runtime的原始碼入手：

1.找到objc-os.mm這個檔案，然後找到這個檔案的void _objc_init(void)這個方法，runtime的初始化都是在這個方法裡面完成。
2.這個方法的最後一行呼叫了函式_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);,我們點進load_images，這是載入模組的意思。
3.
4
5我們點進call_class_loads();這個方法檢視對類的load方法的呼叫過程：
6.然後我們再點進call_category_loads()檢視對分類的load方法的呼叫過程：
那麼這樣我們就搞清楚了為什麼load方法不是像test方法一樣，執行分類的實現

因為load方法的呼叫並不是objc_msgSend機制，它是直接找到類的load方法的地址，然後呼叫類的load方法，然後再找到分類的load方法的地址，再去呼叫它。

而test方法是通過訊息機制去呼叫的。首先找到類物件，由於test方法是類方法，儲存在元類物件中，所以通過類物件的isa指標找到元類物件，然後在元類物件中尋找test方法，由於分類也實現了test方法，所以分類的test方法是在類的test方法的前面，首先找到了分類的test方法，然後去呼叫它。

有繼承關係時load方法的呼叫順序

通過上面的分析我們確定了load方法的一個呼叫規則：先呼叫所有類的load方法，然後再呼叫所有分類的load方法。

下面我們再建立一個Student類繼承自Person類，並且為Student類建立兩個子類Student (Test1), Student (Test2),並且覆寫load方法：

//Student
+ (void)load{
    
    NSLog(@"Student + load");
}

//Student (Test1)
+ (void)load{
    
    NSLog(@"Student (Test1) + load");
}

//Student (Test2)
+ (void)load{
    
    NSLog(@"Student (Test2) + load");
}
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然後我們執行一下程式，看列印結果：

2018-07-25 15:45:58.605156+0800 interview - Category[13869:359239] Person + load
2018-07-25 15:45:58.605684+0800 interview - Category[13869:359239] Student + load
2018-07-25 15:45:58.606420+0800 interview - Category[13869:359239] Student (Test2) + load
2018-07-25 15:45:58.606870+0800 interview - Category[13869:359239] Person (Test1) + load
2018-07-25 15:45:58.607293+0800 interview - Category[13869:359239] Student (Test1) + load
2018-07-25 15:45:58.607514+0800 interview - Category[13869:359239] Person (Test2) + load
2018-07-25 15:45:58.812025+0800 interview - Category[13869:359239] Person (Test2) + test
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通過列印結果我們可以很清楚的看見，Person類和Student類的load方法先被呼叫，然後呼叫分類的load方法。再執行多次，都是Person類和Student類的load方法先被呼叫，然後分類的方法才被呼叫。並且總是Person類的load在Student類的load方法前面被呼叫，這會不會和編譯順序有關呢？我們改變一下編譯順序看看：

TARGETS -> Build Phases -> Complle Sources中檔案的放置順序就是檔案的編譯順序。

目前是Person類在Student類的前面編譯，現在我們把Student類放到Person類的前面編譯：

然後我們再執行一下程式，檢視列印結果：

2018-07-25 15:56:07.270034+0800 interview - Category[14070:367686] Person + load
2018-07-25 15:56:07.270619+0800 interview - Category[14070:367686] Student + load
2018-07-25 15:56:07.271107+0800 interview - Category[14070:367686] Student (Test2) + load
2018-07-25 15:56:07.271494+0800 interview - Category[14070:367686] Person (Test1) + load
2018-07-25 15:56:07.271762+0800 interview - Category[14070:367686] Student (Test1) + load
2018-07-25 15:56:07.272118+0800 interview - Category[14070:367686] Person (Test2) + load
2018-07-25 15:56:07.433068+0800 interview - Category[14070:367686] Person (Test2) + test
複製程式碼

我們發現還是Person類的load方法在Student類前面被呼叫，所以好像和編譯順序無關呀。那麼我們就需要思考一下是不是由於Student和Person之間的繼承關係導致的呢？ 為了搞清楚這個問題，我們只能從runtime的原始碼入手。

1.objc-os.mm中void _objc_init(void)這個入口方法，點進load_images.
2.在void load_images(const char *path __unused, const struct mach_header *mh)這個方法中，最後有個call_load_methods();方法，點選進去。
3.在void call_load_methods(void)這個方法中，找到call_class_loads();這個方法，上面已經講到，這是呼叫類的load方法。點進去。
4
5.為了搞清楚這裡的classes陣列的來歷，我們回退到void load_images(const char *path __unused, const struct mach_header *mh)這個方法，這個方法中有一個prepare_load_methods((const headerType *)mh);這個方法，根據方法名可能和我們的問題有關。因此我們點進這個方法檢視一下
6.
7.點進

schedule_class_load(remapClass(classlist[i]));
複製程式碼

這個方法：

通過這個方法我們就可以很清晰的看到，當要把一個類加入最終的這個classes陣列的時候，會先去上溯這個類的父類，先把父類加入這個陣列。由於在classes陣列中父類永遠在子類的前面，所以在載入類的load方法時一定是先載入父類的load方法，再載入子類的load方法。

類的load方法呼叫順序搞清楚了我們再來看一下分類的load方法呼叫順序

我們還是看一下void prepare_load_methods(const headerType *mhdr)這個函式

通過這個分析我們就能知道，分類的load方法載入順序很簡單，就是誰先編譯的，誰的load方法就被先載入。

下面我們通過列印結果驗證一下，這是編譯順序：

按照我們前面的分析，load方法的呼叫順序應該是： Person -> Student -> Person + Test1 -> Student + Test2 -> Student + Test1 -> Person + Test2。我們看一下列印結果：

2018-07-25 16:48:10.271679+0800 interview - Category[15094:408222] Person + load
2018-07-25 16:48:10.272357+0800 interview - Category[15094:408222] Student + load
2018-07-25 16:48:10.272661+0800 interview - Category[15094:408222] Person (Test1) + load
2018-07-25 16:48:10.272872+0800 interview - Category[15094:408222] Student (Test2) + load
2018-07-25 16:48:10.273103+0800 interview - Category[15094:408222] Student (Test1) + load
2018-07-25 16:48:10.273434+0800 interview - Category[15094:408222] Person (Test2) + load
2018-07-25 16:48:10.441457+0800 interview - Category[15094:408222] Person (Test2) + test
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列印結果完美的驗證了我們的結論。

總結 load方法呼叫順序

1.先呼叫類的load方法

按照編譯先後順序呼叫(先編譯，先呼叫)
呼叫子類的load方法之前會先呼叫父類的load方法

2.再呼叫分類的load方法

按照編譯先後順序，先編譯，先呼叫

initialize方法

initialize方法的呼叫時機

initialize在類第一次接收到訊息時呼叫，也就是objc_msgSend()。
先呼叫父類的+initialize，再呼叫父類的initialize。我們首先給Student類和Person類覆寫+initialize方法：

//Person
+ (void)initialize{
    
    NSLog(@"Person + initialize");
}

//Person+Test1
+ (void)initialize{
    
    NSLog(@"Person (Test1) + initialize");
}

//Person+Test2
+ (void)initialize{
    
    NSLog(@"Person (Test2) + initialize");
}

//Student
+ (void)initialize{
    
    NSLog(@"Student + initialize");
}

//Student (Test1)
+ (void)initialize{
    
    NSLog(@"Student (Test1) + initialize");
}

//Student (Test2)
+ (void)initialize{
    
    NSLog(@"Student (Test2) + initialize");
}
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我們執行程式，發現什麼也沒有列印，說明在執行期沒有呼叫+initialize方法。然後我們給Person類傳送訊息，也就是呼叫函式：

[Person alloc];
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列印結果：

2018-07-25 17:26:22.462601+0800 interview - Category[15889:437305] Person (Test2) + initialize
複製程式碼

可以看到呼叫了Person類的分類的initialize方法。通過這個列印結果我們能看出initialize方法和load方法的不同，load方法由於是直接獲取方法的地址，然後呼叫方法，所以Person及其分類的load方法都會呼叫。而initialize方法則更像是通過訊息機制，也即是objc_msgend(Person, @selector(initialize))這種來呼叫的。然後我多次呼叫alloc方法：

[Person alloc];
[Person alloc];
[Person alloc];
複製程式碼

列印結果：

018-07-25 17:26:22.462601+0800 interview - Category[15889:437305] Person (Test2) + initialize
複製程式碼

可見initialize方法只在類第一次收到訊息時呼叫。然後我們再給Student類傳送訊息：

[Student alloc];
複製程式碼

列印結果：

2018-07-25 18:34:14.648279+0800 interview - Category[17187:473502] Person (Test2) + initialize
2018-07-25 18:34:14.648394+0800 interview - Category[17187:473502] Student (Test1) + initialize
複製程式碼

我們看到不僅呼叫了Student類的initialize方法，而且還呼叫了Student類的父類，Person類的方法，因此我們猜測在呼叫類的initialize方法之前會先呼叫父類的initialize方法。 以上僅僅是我們根據列印結果的猜測，還需要通過原始碼來驗證。 [Person alloc]就相當於objc_msgSend([Person class], @selector(alloc)),說明objc_msgSend()內部會去呼叫initialize方法，判斷是第幾次接收到訊息。

1.我們去runtime原始碼中搜尋class_getClassmethod方法，會在objc-class.mm這個檔案中找到這個方法的實現：
2.我們點進class_getInstanceMethod(cls->getMeta(), sel);這個方法：
3.點進這個方法：
4.繼續尋找lookUpImpOrForward這個方法的實現，我擷取其中有價值的程式碼塊：
這個程式碼也說明了每個類的+initialize方法只會被呼叫一次。
5.我們點進_class_initialize (_class_getNonMetaClass(cls, inst));尋找真正的實現：
6.然後我們通過callInitialize(cls);檢視具體的調
這樣一來+initialize方法的呼叫過程就很清楚了。

+initialize的呼叫過程：

1檢視本類的initialize方法有沒有實現過，如果已經實現過就返回，不再實現。
2.如果本類沒有實現過initialize方法，那麼就去遞迴檢視該類的父類有沒有實現過initialize方法，如果沒有實現就去實現，最後實現本類的initialize方法。並且initialize方法是通過objc_msgSend()實現的。

+initialize和+load的一個很大區別是，+initialize是通過objc_msgSend進行呼叫的，所以有以下特點：

如果子類沒有實現+initialize方法，會呼叫父類的+initialize(所以父類的+initialize方法可能會被呼叫多次)
如果分類實現了+initialize，會覆蓋類本身的+initialize呼叫。

下面我們把Student類及其分類中的+initialize這個方法的實現去掉，然後增加一個Teacher類繼承自Person類。然後我們給Student類和Teacher類都傳送alloc訊息：

    [Student alloc];
    [Teacher alloc];
複製程式碼

這個時候也就是隻有Person類及其分類實現了+initialize方法。那麼列印結果會是怎樣呢？

2018-07-25 21:47:59.899995+0800 interview - Category[20981:582224] Person (Test2) + initialize
2018-07-25 21:47:59.900112+0800 interview - Category[20981:582224] Person (Test2) + initialize
2018-07-25 21:47:59.900240+0800 interview - Category[20981:582224] Person (Test2) + initialize
複製程式碼

這裡Person類的+initialize方法竟然被呼叫了三次，這多少有些出乎意外吧。下面我們來分析一下。

    BOOL studentInitialized = NO;
    BOOL personinitialized = NO;
    BOOL teacherInitialized = NO;
    
    [Student alloc];
    //判斷Student類是否初始化了，這裡Student類還沒有被初始化，所以進入條件語句。
    if(!studentInitialized){
        //判斷Student類的父類Person類是否初始化了
        if(!personinitialized){
            //這裡Person類還沒有初始化，就利用objc_msgSend呼叫initialize方法
            objc_msgSend([Person class], @selector(initialize));
            //變更Person類是否初始化的狀態
            personinitialized = YES;
        }
        //利用objc_msgSend呼叫Student的initialize方法
        objc_msgSend([Student class], @selector(initialize));
        //變更Student是否初始化的狀態
        studentInitialized = YES
    }
    
    [Teacher alloc];
    
    //判斷Teacher類是否已經初始化了，這裡Teacher類還沒有初始化，進入條件語句
    if(!teacherInitialized){
        //判斷其父類Person類是否初始化了，這裡父類已經初始化了，所以不會進入這個條件語句
        if(!personinitialized){
            
            objc_msgSend([Person class], @selector(initialize));
            personinitialized = YES;
        }
        //利用objc_msgSend呼叫Teacher類的initialize方法
        objc_msgSend([Teacher class], @selector(initialize));
        //變更狀態
        teacherInitialized = YES;
    }
複製程式碼

上面列出來的是呼叫initialize的虛擬碼，下面再詳細說明這個過程：

1.Student類收到alloc訊息，開始著手準備呼叫initialize方法。首先判斷自己有沒有初始化過。
2.判斷自己沒有初始化過，所以就去找自己的父類Person類，看Person類有沒有初始化過，發現Person類也沒有初始化過，且Person類也沒有父類，多以對Person類使用objc_msgSend([Person class], @selector(initialize))呼叫Person類的initialize方法。這是第一次呼叫Person類的initialize方法。
3.父類處理完後，再通過objc_msgSend([Student class], @selector(initialize));呼叫Student類的initialize方法，但是由於Student類沒有實現initialize方法，所以通過其superclass指標找到父類Person類，然後呼叫了Person類的initialize實現。這是第二次呼叫Person類的initialize方法。
4.Teacher類收到alloc方法，開始準備呼叫initialize放啊發。首先判斷自己有沒有被初始化過。
5.判斷自己沒有被初始化過後，又開始判斷其父類Person類有沒有被初始化過，剛剛父類Person類已經被初始化過。
6.於是通過objc_msgSend([Teacher class], @selector(initialize))呼叫Teacher類的initialize方法。但是由於Teacher類沒有實現initialize方法，所以只能通過superclass指標去查詢父類有沒有實現initialize方法，發現父類Person類實現了initialize方法，於是呼叫父類的initialize方法。這是第三次呼叫Person類的initialize方法。

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Category的本質<二>load，initialize方法

load方法

有繼承關係時load方法的呼叫順序

通過上面的分析我們確定了load方法的一個呼叫規則：先呼叫所有類的load方法，然後再呼叫所有分類的load方法。

類的load方法呼叫順序搞清楚了我們再來看一下分類的load方法呼叫順序

總結 load方法呼叫順序

1.先呼叫類的load方法

2.再呼叫分類的load方法

initialize方法

initialize方法的呼叫時機

+initialize的呼叫過程：

+initialize和+load的一個很大區別是，+initialize是通過objc_msgSend進行呼叫的，所以有以下特點：

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