已经通过之前的几篇博客。将有关于Cls数据结构相关的内容基本分析完了，包括Cls在底层的本质、Cls中的数据结构、Cls及Category的各种数据结构的内容加载等等一系列的底层源码。本篇衔接着前一篇分析完的Category，再分析2个与Cat相关的内容：类扩展和关联对象。 (（本篇总字约2800字）)

一、 类扩展(Extension)

类扩展，这个叫法听起来可能会比较陌生，但是只要是写代码类扩展肯定会被用到，不过是在用的时候不知道那个结构就叫做类扩展罢了，现在来看看到底什么是类扩展：

1. 如图中标注的就是类扩展，也可以说是特殊的Cat或者将其理解为匿名Cat，从Method、Property、Ivars三个方面将Ext与Cat做一下简单比较：

   

2. Extension添加的Mehtod、Property跟随着Cls的加载就完成了，不再像Cat一样根据不同的情况Attach的顺序会有不同，这一点可以通过之前博客中分析 MethodList 时使用的偏移方法去获取输出 baseMethodList 验证。

二、关联对象(Associate)

开始分析Associate之前，先将Associate的存储结构图放到最开始，便于对 setAssociate 存储逻辑在整体上有初步的了解：

2.1、Assocaiate API

关联对象的作用就是存储，特别是用在Category 中添加共有属性，为Property实现Set/Get方法 （更多用法可查看Associated Objects） 。在OC层面中 Associate 有仅3个API，分别是增、查、删： objc_setAssociatedObject(object, key, value,policy) 、
objc_getAssociatedObject(object, key) 、
objc_removeAssociatedObjects ，继续看一下这3个方法的源码实现及在不同版本的Objc源码中的差异比较：

1. 比较的源代码版本是781和818这两个版本，在717中通过SetAssocHook 调用的方式在818中进行了简化，通过上图的比较可以看得出：无论如何Set_Associate的最终实现方法都是_object_set_associative_reference(object, key, value, policy) 。
2. 对于Associate 的分析，先从Set方向去分析底层源码的实现逻辑，将存的方法调用顺序、逻辑都梳理清晰了，取值过程中的方法看起来就会变得很简单了。

2.1、setAssociated

首先来看一下_object_set_associative_reference 方法的整体逻辑，大致可以分这3个部分:参数准备、存储过程、释放对象&更新isa：

1. 参数准备： 抛开两个简单的IF判断不说，分析一下disguised 和 association 。

   1. disguised ：是将传入的Objc对象进行统一的数据结构包装。DisguisedPtr 内部的实现逻辑是：将object的地址转换为uintptr后取反，然后存到其内部变量 uintptr_t value 中，还原 Object 则按转换的方式逆向操作即可。

   2. association ：与disguised 相同，调用的是 ObjcAssociation 类中的第一种构造函数，将Policy和Value 初始化到association 内部变量 _policy、_value中。

   3. 紧接着，调用 association.acquireValue() 根据 _policy 对内部变量 _value 增加引用计数继续持有 （Retain或Copy）。

   4. 如图左侧红色箭头所示，标注出了association 的生命周期，以及在存值过程中被使用到的位置，主要是在 Manager.lock 的作用域内，以及最后的 Release。

      

2. 存储过程： 整个存的过程是在大括划分划分的Manager.lock的作用域中完成的。

   1. 创建 manager ：这里是调用了 AssociationsManager 的C++构造函数，类比于OC中的 init 。manager可以创建多个，但是每次只能使用一个，所以创建出来的 manager 也并不是单例。

   2. 获取 HashMap ：这里通过 manager.get 初始化的 AssociationsHashMap 才是全局唯一，那么HashMap 是如何通过 manager.get 获取来的，怎么就会是全局唯一呢？看一下其源码中的获取过程：

      

   3. IF分支： 根据入参的 Value 是否有值以进行不同的 HashMap 操作，Value没有值的情况与有值的的情况对于Bucket的查找原理是一模一样的 、调用的方法名大同小异而已。所以只要对 常规情况，有值的代码分支进行分析即可 ，虽然只有几行代码实现，但是个别方法内部实现又有其他方法调用，所以 另起2.2小节 进行分析。

3. 释放对象&更新isa：

   1. IF内方法是否执行，根据存储开始之前的BOOL变量 isFirstAssociation 进行判断，方法的作用是：第一次设置Associate的时候对isa中的has_assoc进行更新，以便将来在释放对象时，其中如果存在Associate则要进行清除关联。

   2. 在对 Value 操作完成之后，要对临时变量 association 进行释放，同时也是对其内部 _value 持有的引用计数--，association 在整个方法中的生命周期刚才也提到了。

2.2、try_emplace

首先一句话概括一下 try_emplace 的作用：插入键值对到HashMap中。 其次，try_emplace 在前一篇博客对Category的附加分析中就曾经出现过，在 addForClass() 中。现在来看一下它的源码实现：

1. 整体上方法逻辑如图，就是IF的两个分支：找到Bucket、没找到Bucket，接下来分析其中的逻辑：

2. 准备一个空的 BucketT指针：TheBucket ，这个指针会在 LookupBucketFor 被赋值，也就是通过指针传递参数保持内外同步。

3. 调用 LookupBucketFor 进行查找，在LookupBucketFor 中会Get当前 (try_emplace 的调用者) this.Buckets ，查找流程在2.3小节展开。

   1. 如果当前Key已经存在于HashMap中，要注意 std::make_pair 的 second 值设置的是FALSE。
   2. 如果没有找到，那么就调用 InsertIntoBucket 对当前的 this.Bucket 进行 Key&Value 的插入，并对 Bucket 的容量进行调整。

4. 完成插入后依然是构建一个 std::pair 返回，这时 Pair 的 second 值设置的是TURE ，表明是第一次进行 SetAssociate。

   1. 这里的BOOL变化影响着 objc_getAssociatedObject 中的 isFirstAssociation 、result.second 、refs_result.second 的判断。

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注意一点：
这里的方法入参 (const KeyT &Key, Ts &&... Args) ，单从objc_getAssociatedObject 作为入口来说，&Key 第一次是 disguised ，第二次是才是 SetAssociateKey，要注意区别，当然这也对应着两层不同的HashMap。

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知识点补充：

1. std::pair 主要作用是将两个数据组合成一个数据，两个数据的类型可同类型或者不同类型。
   • 比如 std::pair<int,float> 或 std::pair<double,double> 。
   • std::pair 的实质是一个结构体，其主要的两个成员变量是 first 和 second ，两个变量可以直接使用。
   • 初始化一个 std::pair 可以使用构造函数，也可以使用 std::make_pair 函数。
2. make_pair 主要作用是 构造一个 Pair 对象，并设置First、Second变量。
   • 一般make_pair 使用在需要 std::pair 做参数的位置。
   • 函数定义：template <class T1, class T2> pair<V1,V2> make_pair (T1&& x, T2&& y);

有关 pair & make_pair 更详细介绍，可以到cplusplus.com中查看

2.3、LookupBucketFor

还是先概括一下LookupBucketFor 方法的作用：查找Val的对应的Bucket，将其返回到 指针引用FoundBucket 中。 如果Bucket中存在被查找的Key&Value，返回TURE。否则，返回 空Bucket 或 标记删除的Bucket 并 返回 FALSE。

1. LookupBucketFor 有两个同名函数不过参数不同，如图中箭头所示，标注出了方法最终的执行方向，最终的实现是上面参数中带有const BucketT *&FoundBucket 的方法。

2. 第一块划分： 获取当前HashMap的Bucket和Bucket容量，在第一次进入 LookupBucketFor 进行查询是由于是NewMap，NumBuckets == 0 、 BucketPrt == nil，所以会直接 Rerun，并且在随后的 InsertIntoBucket 中会有方法为Bucket开辟空间。

3. **第二块划分：**准备接下来要进行比较的参数，以及通过Hash算法计算Bucket 中的空位，然后进入 while 循环。

4. 第三快划分： 是整块代码的核心，找到对应Val的Bucket并返回，当然找不到的时候，也会返回 空Bucket 或者 标记删除的Bucket 。

   1. 最开始的 +BucketNO 是 指针偏移，偏移整个 BucketT的长度。
   2. 进入While循环，大部分情况下前面两个IF就可以应对了，一个返回 对应Bucket，一个返回 EmptyBucket ，很少会返回 TombBucket 。
   3. 最后的再Hash，关键代码就是 ProbeAmt++

2.4、 InsertIntoBucket

1. 在 InsertIntoBucketImpl 会对当前Map.Bucket进开辟空间，详细分析放到 2.5小节进行 ，其余代码也就只剩3行了。

2. 使用 std::forward() 完美转发函数，为Bucket的First赋值。这里的值如果是第一层Map，就是 disguised 的地址， 如果是第二层Map，则是 setAssociateKey 的地址。

3. 同样，对 Second 进行赋值。如果是第一层Map，这里的Values是 ObjectAssociationMap ，会调用其构造函数进行初始化，开辟对应的Bucket空间，如果是第二层，这里的Values就是ObjcAssociation ，同样是调用其构造函数进行初始化，构函数是内部的逻辑是 swap(other) 。

4. 最后，返回 Insert 好的 TheBucket 到 try_emplace 中去执行 std::make_pair 。

2.5、InsertIntoBucketImpl

1. 当第一次进入方法时，此时Map的 NewNumEntries 、 NumBuckets 都是0，所以会在IF的3/4分支中对于Map.Bucket进行开辟空间。

2. 开辟空间的关键在于this->grow(NumBuckets * 2) ，虽然在第一次开辟时传入的NumBuckets*2 依旧等于0 ，但是 grow() 内部会用NextPowerOf2(AtLeast-1) 方法计算出大于AtLeast 的最小2次幂，用来分配新的 Buckets。

   • 因为AtLeast 前面有 unsigned 修饰，所以这里不会成 0-1 == -1 。
   • 用32位举例，对于 32 位无符号型整数来说，计算 0 - 1 会得到 4294967295，也就是 32 位无符号型整数类型能表示的最大整数。这与二进制位的按位加有关，至于为什么计算机底层要这么设计，可以更深入了解二进制数相关的知识。

3. 然后调用 LookupBucketFor 使用 TheBucket 对于** Map.Bucket 进行引用**，最后返回 TheBucket 在 InsertIntoBucket 中对其First、Second进行赋值，这一些列的方法前面都已经做过分析。

2.6、getAssociate

1. 现在看 _object_get_associative_reference 的逻辑 是不是像分析Set之前所说的-很简单。
2. 而且整个代码基本和Set过程中， Value 没有值的 ELSE 分支差不多一样，这里不能有 erase() 操作。

三、总结

以上，就是关于 Extension 的简单分析，以及 Associate 底层实现原理分析的全部内容，其中Associate的分析思路是 从 Set方向进入然后是Get的方向作为加强理解， 所以对于 Set 过程要结合好结构图认真思考、理解，毕竟其中存在多层的存储和查找，不仔细分析理解，容易把自己找丢了。

至此，与 类-Cls 有关的内容就全部分析完了，下一篇博客开始准备分析 KVO&KVC 相关的内容。

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