面试题：Objective-C Runtime下关联对象的原理与应用场景

Question

解释在Objective-C运行时中，关联对象是如何实现的？阐述其底层数据结构和相关函数的作用。并举例说明至少两个在实际开发中关联对象的应用场景。

Answer 1

关联对象的实现

在Objective-C运行时，关联对象是通过objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject等函数来实现的。运行时系统在对象的结构体中维护了一个额外的AssociationsManager和AssociationsHashMap来管理关联对象。当给一个对象设置关联对象时，会将对象的指针作为key，关联对象的信息（包括关联策略等）作为value存储在AssociationsHashMap中。

底层数据结构

1. AssociationsManager：这是一个管理类，它维护了一个线程安全的AssociationsHashMap。
2. AssociationsHashMap：是一个哈希表，以对象指针作为key，以ObjectAssociationMap作为value。
3. ObjectAssociationMap：也是一个哈希表，以关联对象的key（通常是一个NSString对象）作为key，以ObjcAssociation作为value。
4. ObjcAssociation：这个结构体存储了关联对象和关联策略。

相关函数的作用

1. objc_setAssociatedObject：用于设置关联对象，它接收三个参数：目标对象、关联的key、关联的对象以及关联策略。例如：

NSString *key = @"myKey";
NSString *value = @"myValue";
objc_setAssociatedObject(self, (__bridge const void *)(key), value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);

2. objc_getAssociatedObject：用于获取关联对象，接收目标对象和关联的key作为参数。例如：

NSString *key = @"myKey";
NSString *value = objc_getAssociatedObject(self, (__bridge const void *)(key));

3. objc_removeAssociatedObjects：用于移除对象所有的关联对象。

实际开发中的应用场景

1. 给分类添加属性：在Objective-C中，分类不能直接添加实例变量，但可以通过关联对象来实现类似的效果。比如，给UIButton分类添加一个自定义的属性：

@interface UIButton (CustomProperty)
@property (nonatomic, strong) NSString *customTitle;
@end

@implementation UIButton (CustomProperty)
- (void)setCustomTitle:(NSString *)customTitle {
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(customTitle), customTitle, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

- (NSString *)customTitle {
    return objc_getAssociatedObject(self, @selector(customTitle));
}
@end

2. 为视图添加额外数据：在处理视图时，有时候需要给视图添加一些额外的数据，而不需要在视图类中定义属性。例如，在一个复杂的视图层级中，为某个UIView添加一个唯一标识：

UIView *myView = [[UIView alloc] init];
NSString *uniqueID = @"12345";
objc_setAssociatedObject(myView, @"uniqueID", uniqueID, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);

在后续处理中可以通过objc_getAssociatedObject获取这个唯一标识进行相关操作。