面试题：Objective-C类别与运行时机制在代码扩展深度优化中的应用

Question

深入理解Objective-C运行时机制，结合类别（Category）特性，说明如何在运行时动态地为类添加属性和方法，以实现更灵活的代码扩展。例如，在不修改原有类的头文件和实现文件的情况下，通过类别和运行时机制为一个已有类添加一个存储特定数据的属性，并实现相关的存取方法。请给出具体的代码实现，并解释其中涉及的运行时原理。

Answer 1

代码实现

假设已有类 Person，我们通过类别为其添加属性 extraData。

1. 导入运行时头文件 在类别实现文件中，导入运行时相关头文件 <objc/runtime.h>。

#import <objc/runtime.h>

2. 定义类别

@interface Person (DynamicProperties)
@property (nonatomic, strong) NSString *extraData;
@end

3. 实现类别

@implementation Person (DynamicProperties)
static const char kExtraDataKey;
- (void)setExtraData:(NSString *)extraData {
    objc_setAssociatedObject(self, &kExtraDataKey, extraData, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

- (NSString *)extraData {
    return objc_getAssociatedObject(self, &kExtraDataKey);
}
@end

运行时原理解释

1. 关联对象机制
   • 在Objective-C运行时，类别本身并不真正存储属性的实例变量。当我们为类别声明一个属性时，需要通过运行时的关联对象机制来实现属性的存储和访问。
   • objc_setAssociatedObject 函数用于将一个对象（这里是 extraData）与另一个对象（self，即 Person 实例）进行关联，并指定关联策略（OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC 表示强引用且非原子操作）。关联时通过一个唯一的键（这里通过 static const char kExtraDataKey 定义）来标识。
   • objc_getAssociatedObject 函数用于根据指定的键从关联对象中获取对应的对象，从而实现属性的读取。
2. 方法动态解析 虽然我们在类别中声明和实现了存取方法，但运行时在处理消息发送时，会动态查找和解析方法。当向 Person 实例发送 extraData 或 setExtraData: 消息时，运行时会在类别中找到对应的实现并执行。这样就实现了在不修改原有类头文件和实现文件的情况下，为类动态添加属性和方法，达到灵活的代码扩展目的。