OC - Association 关联对象
1. 关联对象
1.1 使用场景
默认情况下,由于分类底层结构的限制,不能直接给 Category 添加成员变量,但是可以通过关联对象间接实现 Category 有成员变量的效果。
传送门:OC - Category 和 Extension
1.2 使用方法
#import "Person.h"
@interface Person (Test)
@property (nonatomic, assign) int height;
@end#import "Person+Test.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation Person (Test)
- (void)setHeight:(int)height
{objc_setAssociatedObject(self, @selector(height), [NSNumber numberWithInt:height], OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}
- (int)height
{return [objc_getAssociatedObject(self, @selector(height)) intValue];
}
@end
1.2.1 相关 API
objc_setAssociatedObject
使用给定的key
和关联策略为给定的对象设置关联的value
。
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy);
objc_getAssociatedObject
返回给定key
的给定对象关联的value
。
id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key);
objc_removeAssociatedObjects
删除给定对象的所有关联。
void objc_removeAssociatedObjects(id object);
如果只想移除给定对象的某个key
的关联,可以使用objc_setAssociatedObject
的给参数value
传值nil
。
objc_setAssociatedObject(self, @selector(height), nil, OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
1.2.2 objc_AssociationPolicy 关联策略
typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0, /**< Specifies a weak reference to the associated object. */OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object. * The association is not made atomically. */OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3, /**< Specifies that the associated object is copied. * The association is not made atomically. */OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401, /**< Specifies a strong reference to the associated object.* The association is made atomically. */OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403 /**< Specifies that the associated object is copied.* The association is made atomically. */
};
objc_AssociationPolicy | 对应的属性修饰符 |
---|---|
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN | assign |
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC | strong, nonatomic |
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC | copy, nonatomic |
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN | strong, atomic |
OBJC_ASSOCIATION_COPY | copy, atomic |
1.2.3 key 的常见用法
// ①
static const void *MyKey = &MyKey;
objc_setAssociatedObject(object, MyKey, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
objc_getAssociatedObject(object, MyKey];// ②
static const char MyKey;
objc_setAssociatedObject(object, &MyKey, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
objc_getAssociatedObject(object, &MyKey];// ③ 使用属性名作为 key
#define MYHEIGHT @"height"
objc_setAssociatedObject(object, MYHEIGHT, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
objc_getAssociatedObject(object, MYHEIGHT];// ④ 使用 getter 方法的 SEL 作为 key(可读性高,有智能提示)
objc_setAssociatedObject(object, @selector(getter), value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
objc_getAssociatedObject(object, @selector(getter)];
// 或使用隐式参数 _cmd
objc_getAssociatedObject(object, _cmd];
2. 关联对象的原理
在Runtime
源码objc4
中,有关关联对象的代码都在文件objc-references.mm
中。
实现关联对象技术的核心对象
- AssociationsManager
- AssociationsHashMap
- ObjectAssociationMap
- ObjcAssociation
class AssociationsManager {static AssociationsHashMap *_map;
};
class AssociationsHashMap : public unordered_map<disguised_ptr_t, ObjectAssociationMap>
class ObjectAssociationMap : public std::map<void *, ObjcAssociation>
class ObjcAssociation {uintptr_t _policy;id _value;
};
数据结构
AssociationsManager
- 关联对象并不是存储在关联对象本身内存中,而是存储在全局统一的一个容器中;
- 由 AssociationsManager 管理并在它维护的一个单例 Hash 表 AssociationsHashMap 中存储;
- 使用 AssociationsManagerLock 自旋锁保证了线程安全。
class AssociationsManager {// associative references: object pointer -> PtrPtrHashMap.static AssociationsHashMap *_map;
public:AssociationsManager() { AssociationsManagerLock.lock(); }~AssociationsManager() { AssociationsManagerLock.unlock(); }AssociationsHashMap &associations() {if (_map == NULL)_map = new AssociationsHashMap();return *_map;}
};
AssociationsHashMap
- 一个单例的 Hash 表,存储 disguised_ptr_t 和 ObjectAssociationMap 之间的映射。
- disguised_ptr_t 是根据 object 生成,但不存在引用关系。
disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);
class AssociationsHashMap : public unordered_map<disguised_ptr_t, ObjectAssociationMap *, DisguisedPointerHash, DisguisedPointerEqual, AssociationsHashMapAllocator> {public:void *operator new(size_t n) { return ::malloc(n); }void operator delete(void *ptr) { ::free(ptr); }
};
ObjectAssociationMap
- 存储 key 和 ObjcAssociation 之间的映射。
class ObjectAssociationMap : public std::map<void *, ObjcAssociation, ObjectPointerLess, ObjectAssociationMapAllocator> {public:void *operator new(size_t n) { return ::malloc(n); }void operator delete(void *ptr) { ::free(ptr); }
};
ObjcAssociation
- 存储着关联策略 policy 和关联对象的值 value。
class ObjcAssociation {uintptr_t _policy;id _value;
public:ObjcAssociation(uintptr_t policy, id value) : _policy(policy), _value(value) {}ObjcAssociation() : _policy(0), _value(nil) {}uintptr_t policy() const { return _policy; }id value() const { return _value; }bool hasValue() { return _value != nil; }
};
objc_setAssociatedObject
- ① 实例化一个 AssociationsManager 对象,它维护了一个单例 Hash 表 AssociationsHashMap 对象;
- ② 实例化一个 AssociationsHashMap 对象,它维护 disguised_ptr_t 和 ObjectAssociationMap 对象之间的关系;
- ③ 根据
object
生成一个 disguised_ptr_t 对象; - ④ 根据 disguised_ptr_t 获取对应的 ObjectAssociationMap 对象,它存储
key
和 ObjcAssociation 之间的映射; - ⑤ 根据
policy
和value
创建一个 ObjcAssociation 对象,并存储在 ObjectAssociationMap 中; - ⑥ 如果传进来的
value
为 nil,则在 ObjectAssociationMap 中删除该 ObjcAssociation 对象。
// objc-runtime.mm
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) {_object_set_associative_reference(object, (void *)key, value, policy);
}// objc-references.mm
void _object_set_associative_reference(id object, void *key, id value, uintptr_t policy) {// This code used to work when nil was passed for object and key. Some code// probably relies on that to not crash. Check and handle it explicitly.// rdar://problem/44094390// 判空操作if (!object && !value) return;assert(object);if (object->getIsa()->forbidsAssociatedObjects())_objc_fatal("objc_setAssociatedObject called on instance (%p) of class %s which does not allow associated objects", object, object_getClassName(object));// retain the new value (if any) outside the lock.ObjcAssociation old_association(0, nil);// 判断传进来的 value 是否为 nil?如果有值则调用 acquireValue(value, policy)id new_value = value ? acquireValue(value, policy) : nil;{/*** 初识化一个 AssociationsManager 对象** 它维护了一个单例 Hash 表 AssociationsHashMap 对象*/AssociationsManager manager;/*** 初识化一个 AssociationsHashMap (单例)对象** 它维护 disguised_ptr_t 和 ObjectAssociationMap 对象之间的关系*/AssociationsHashMap &associations(manager.associations());// 根据传进来的 object 生成一个 key(disguised_ptr_t对象), 不存在和 object 的引用关系disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);if (new_value) {// break any existing association.// 根据 key(disguised_object) 从 AssociationsHashMap 中获取遍历器iAssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);if (i != associations.end()) {// secondary table exists/*** 根据遍历器i获取到 ObjectAssociationMap** i->first 表示对象地址** i->second 表示获取 ObjectAssociationMap*/ObjectAssociationMap *refs = i->second;// 根据传进来的 key 从 ObjectAssociationMap 中获取遍历器jObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);if (j != refs->end()) {old_association = j->second;// 根据传进来的 policy 和 value 创建 ObjcAssociation// 若关联对象已存在,则赋新值j->second = ObjcAssociation(policy, new_value);} else {// 若关联对象不存在,则创建新的关联对象(*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value);}} else {// create the new association (first time)./*** 若没有传进来的 object 对应的 ObjectAssociationMap 表,就创建*/ObjectAssociationMap *refs = new ObjectAssociationMap;associations[disguised_object] = refs;(*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value);object->setHasAssociatedObjects();}/*** 如果传进来的 value 为 nil,则删除该关联对象** 调用 erase(j) 函数对 j 进行擦除** 即在 ObjectAssociationMap 中擦除传进来的 key(key) 和它所对应的 ObjcAssociation(value)** 所以,如果想移除给定对象的某个 key 的关联,可以使用 objc_setAssociatedObject 给参数 value 传值 nil。*/} else {// setting the association to nil breaks the association.AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);if (i != associations.end()) {ObjectAssociationMap *refs = i->second;ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);if (j != refs->end()) {old_association = j->second;refs->erase(j);}}}}// release the old value (outside of the lock).if (old_association.hasValue()) ReleaseValue()(old_association);
}
objc_getAssociatedObject
- ① 实例化一个 AssociationsManager 对象;
- ② 实例化一个 AssociationsHashMap 对象;
- ③ 根据
object
生成一个 disguised_ptr_t 对象; - ④ 根据 disguised_ptr_t 获取对应的 ObjectAssociationMap 对象;
- ⑤ 根据 key 获取到它所对应的 ObjcAssociation 对象;
- ⑥ 返回 ObjcAssociation 中的 value。
// objc-runtime.mm
id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key) {return _object_get_associative_reference(object, (void *)key);
}// objc-references.mm
id _object_get_associative_reference(id object, void *key) {id value = nil;uintptr_t policy = OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN;{AssociationsManager manager;AssociationsHashMap &associations(manager.associations());disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);if (i != associations.end()) {ObjectAssociationMap *refs = i->second;ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);if (j != refs->end()) {ObjcAssociation &entry = j->second;value = entry.value();policy = entry.policy();if (policy & OBJC_ASSOCIATION_GETTER_RETAIN) {objc_retain(value);}}}}if (value && (policy & OBJC_ASSOCIATION_GETTER_AUTORELEASE)) {objc_autorelease(value);}return value;
}
objc_removeAssociatedObjects
- ① 实例化一个 AssociationsManager 对象;
- ② 实例化一个 AssociationsHashMap 对象;
- ③ 根据
object
生成一个 disguised_ptr_t 对象; - ④ 根据 disguised_ptr_t 获取对应的 ObjectAssociationMap 对象;
- ⑤ 删除该 ObjectAssociationMap 对象。
// objc-runtime.mm
void objc_removeAssociatedObjects(id object)
{if (object && object->hasAssociatedObjects()) {_object_remove_assocations(object);}
}// objc-references.mm
void _object_remove_assocations(id object) {vector< ObjcAssociation,ObjcAllocator<ObjcAssociation> > elements;{AssociationsManager manager;AssociationsHashMap &associations(manager.associations());if (associations.size() == 0) return;disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);if (i != associations.end()) {// copy all of the associations that need to be removed.ObjectAssociationMap *refs = i->second;for (ObjectAssociationMap::iterator j = refs->begin(), end = refs->end(); j != end; ++j) {elements.push_back(j->second);}// remove the secondary table.delete refs;/* 调用 erase(i) 函数对 i 进行擦除即在 AssociationsHashMap 中擦除传进来的 object(key) 和它所对应的 ObjectAssociationMap(value)所以,如果想删除给定对象的所有关联,调用 objc_removeAssociatedObjects 函数即可*/associations.erase(i);}}// the calls to releaseValue() happen outside of the lock.for_each(elements.begin(), elements.end(), ReleaseValue());
}
acquireValue
根据policy
来对value
进行retain
或者copy
操作。
static id acquireValue(id value, uintptr_t policy) {switch (policy & 0xFF) {case OBJC_ASSOCIATION_SETTER_RETAIN:return objc_retain(value);case OBJC_ASSOCIATION_SETTER_COPY:return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(value, SEL_copy);}return value;
}
3. 相关面试题
Q:如何移除关联对象?
移除一个
object
的某个key
的关联对象:调用objc_setAssociatedObject
设置关联对象value
为nil
。
objc_setAssociatedObject
函数会调用_object_set_associative_reference
函数,并在该函数中判断传进来的value
是否为nil
,是的话会调用erase(j)
擦除函数,将j
变量擦除。j
即为ObjectAssociationMap
对象里的一对【key: key value: ObjcAssociation(_policy、_value)】。移除一个
object
的所有关联对象:调用函数objc_removeAssociatedObjects
。
objc_removeAssociatedObjects
函数会调用_object_remove_assocations
函数,并在该函数中调用对象的erase(i)
擦除函数,将i
变量擦除。i
即为AssociationsHashMap
对象中的一对【key: object value: ObjectAssociationMap】。
Q:如果 object 被销毁,那它所对应的 ObjectAssociationMap 是否也会自动销毁?
答案是肯定的。
Q:如果没有关联对象,怎么实现 Category 有成员变量的效果?
使用字典。创建一个全局的字典,将self
对象在内存中的地址作为key
。
缺点:① 内存泄漏问题:全局变量会一直存储在内存中;
② 线程安全问题:可能会有多个对象同时访问字典,加锁可以解决;
③ 每添加一个成员变量就要创建一个字典,很麻烦。
#import "Person.h"
@interface Person (Test)
@property (nonatomic, assign) int height;
@end#import "Person+Test.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation Person (Test)
NSMutableDictionary *heights_;
+ (void)load {heights_ = [NSMutableDictionary dictionary];
}
- (void)setHeight:(int)height {NSString *key = [NSString stringWithFormat:@"%@",self];heights_[key] = @(height);
}
- (int)height {NSString *key = [NSString stringWithFormat:@"%@",self];return [heights_[key] intValue];
}
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