objc’s category and class cluster(类簇)

objective-c有一个feature，可以给已有的类添加方法，而无需改变类名。传统的语言可能需要通过继承或者组合实现，但是obj-c只需要用这个feature就好，这就是category。

Category：

举个例子，NSString是一个常用的类，NSString是原生支持unicode，比如NSString* str = @”感谢国家”; 要获得string的length，在大部分语言中获得的是字节数（比如python），如果文字编码是utf-8，那么得到的是12（4*3）。但是NSString是原生支持unicode，所以当使用str.length时，获得的长度是4。

有这一特性很好，但这里不是讨论的重点，假设我们需要给NSString增加一个获得字节长度的方法，假设方法名为：byteLengthWithEncoding，使用category可以给NSString类增加如下代码：

@interface NSString (StringLength)- (NSUInteger) byteLengthWithEncoding:(NSStringEncoding)encoding;@end @implementation NSString (StringLength)- (NSUInteger) byteLengthWithEncoding:(NSStringEncoding)encoding {    if (self == nil) {        return 0;    }    const char* byte = [self cStringUsingEncoding:encoding];    return strlen(byte);}@end

开始表明我们要扩展的类是NSString，并且把这个方法归到(StringLength)的分组中。这个category组名称随便你命名。然后增加了一个方法名：byteLengthWithEncoding；

接下来在implementation中实现这个方法，我们使用了NSString原生的方法cStringUsingEncoding，获得char*的指针，然后使用c里面的函数strlen来获得字节数。

来测试一下：

int main(int argc, char* argv[]){    NSAutoreleasePool* pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];    NSString* str = @"感谢国家";    NSLog(@"str's length is : %d", [str length]);    NSLog(@"str's byte length is: %d", [str byteLengthWithEncoding:NSUTF8StringEncoding]);    [pool drain];    return 0;}

编译
gcc -framework Foundation main.m -o test
得到运行结果：

2013-08-18 21:24:03.605 test[271:903] str's length is : 42013-08-18 21:24:03.608 test[271:903] str's byte length is: 12

一切都如预期运行，可以感受到category的威力了吧~

category用于给一个类增加类方法如此好用，但是对于category有两点要注意的：

1. 如果使用category给类增加的方法和原来类的方法同名，则原来的类方法被覆盖，且你将访问不到原来的方法。
2. 使用category只能增加类方法，不能增加类变量（ivar）

对于第二点，如果我们要增加类方法，同时也要增加类变量，该怎么办？嗯，你可能想到了使用类继承。好，那就来写个类继承NSString，不过我们先不增加类变量，然后给这个类增加上面的那个类方法byteLengthWithEncoding，我们的实现大概是这样：

@interface NSStringWithByteLength: NSString {}- (NSUInteger) byteLengthWithEncoding:(NSStringEncoding)encoding;@end @implementation NSStringWithByteLength- (NSUInteger) byteLengthWithEncoding:(NSStringEncoding)encoding {    if (self == nil) {        return 0;    }    const char* byte = [self cStringUsingEncoding:encoding];    return strlen(byte);}@end int main(int argc, char* argv[]){    NSAutoreleasePool* pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];    NSStringWithByteLength* str = (NSStringWithByteLength*)[NSString stringWithString:@"感谢国家"];    NSLog(@"str's length is : %d", [str length]);    NSLog(@"str's byte length is: %d", [str byteLengthWithEncoding:NSUTF8StringEncoding]);    [pool drain];    return 0;}

代码有问题的是main函数的第二行，我们强行将返回NSString*的指针转成NSStringWithByteLength类指针，这样应该在调用类方法byteLengthWithEncoding时出问题。urh，先不管它，gcc编译，输出，运行到输出[str length]时，运行正常，输出4；下一行，调用byteLengthWithEncoding时果然crash了，看出错提示：

-[NSCFString byteLengthWithEncoding:]: unrecognized selector sent to instance 0x100001058

说的是NSCFString类没有byteLengthWithEncoding方法，wait a minute，哪里来的NSCFString这个类？

Class Cluster：

原因在于NSString是个class cluster，一个类簇。什么是一个类簇？简单的来说，NSString是个“工厂类”，然后它在外层提供了很多方法接口，但是这些方法的实现是由具体的内部类来实现的。当使用NSString生成一个对象时，初始化方法会判断哪个“自己内部的类”最适合生成这个对象，然后这个“工厂”就会生成这个具体的类对象返回给你。这种又外层类提供统一抽象的接口，然后具体实现让隐藏的，具体的内部类来实现，在设计模式中称为“抽象工厂”模式。

这里有一篇老外写的，更详细的介绍objective-c class cluster的文章

回过头来看上面的代码，实际上在使用[NSString stringWithString:]的方法时，返回的就是NSCFString* 这个具体类的指针，当然这个类没有后面我们指定的类方法 byteLengthWithEncoding，自然调用时也就出错了。

其实即使不是返回NSCFString的指针，上面的代码也有问题，假设是返回NSString的指针，直接使用(NSStringByteWithLength)去进行强制转换也有问题，毕竟NSStringByteWithLength是子类。这样一来，可能想到正确的写法应该是将第main函数的第2行初始对象是换为：

NSString* str = [[NSStringWithByteLength alloc] initWithBytes:"感谢国家"    length:12 encoding:NSUTF8StringEncoding];

这里我们换了一个初始化string的方法，用了NSString原有的initWithBytes的方法。因为NSStringWithByteLength继承了NSString，即使NSString是个类簇，由于我们没有在NSStringWithByteLength里重写alloc和init的方法，这么接下来的alloc和initWithBytes的方法调用应该都是还是NSString里的方法吧，按我们之前关于类簇的分析，这里返回的可能仍然是NSCFString*的类型，然后我们将返回值赋给NSString，由于NSString*是NSCFString的父类，这种赋值应该没问题。ok，接下来就make & run 。

又crash了~ 看报错的信息：

-[NSStringWithByteLength initWithBytes:length:encoding:]: unrecognized selector sent to instance 0x10010c980

好像是说NSStringWithByteLength没有initWithBytes的方法调用。没错，我们是没有在NSStringWithByteLength中定义这个方法，但是按我们之前的期望，第一步[NSStringWithByteLength alloc] 这里应该调用的是NSString的alloc，然后返回一个对象后再次调用NSString的initWithBytes方法，看起来和直接使用 [[NSString alloc] initWithBytes: length: encoding] 没什么区别啊，为什么这里就说没有initWithBytes这方法了呢？为什么[[NSString alloc] initWithBytes:length:encoding] 调用时没有问题，而用我们自己的 NSStringWithByteLength的派生类调用就出了问题呢？

其实又是NSString这个类簇在底下搞鬼，把[[NSString alloc] initWithBytes:length:encoding]拆开看，相当于：

id someClass = [NSString alloc];[someClass initWithBytes:length:encoding];

先看第一行，我们把这someClass的class打出来看看：[someClass className]，又出来个新玩意：NSPlaceholderString。先不管它，不过这里我们至少知道了，这里alloc返回的一个NSPlaceholderString类型的指针。
然后我们再看，把第一行改为：

id someClass = [NSStringWithByteLength alloc]

按照我们之前的分析，由于这里仍然调用的是NSString的alloc方法，那么返回的someClass的className应该仍然是NSPlaceholderString才对，但是把这个打印出来，返回的居然是：NSStringWithByteLength，没错，还是我们自己的类的指针。

这是怎么回事？如果是在alloc这一步已经返回不同的类型指针的话，那么刚才的报错提示没有initWithBytes:length:encoding的方法的提示就不难理解了，因为NSPlaceholderString这个类里定义了这个方法，而我们自己的NSStringWithByteLength的类没有这个方法。但是同样调用的是NSString的alloc，为啥两次返回不同呢？

Under the hood

接下来就是见证奇迹的时刻，NSString alloc时有个中间层，就是我们上面看到的NSPlaceholderString，alloc的对象先统一为这个类对象之后，在后面调用NSPlaceholderString的类方法时，比如initWithBytes:length:encoding 才返回具体的类，即在NSPlaceholderString这一层做个“代理工厂”，根据调用的不同init方法再返回具体的类，比如NSCFString。

那么为什么我们自己的类调用alloc时，就不返回NSPlaceholderString这个类对象了呢？关键就在于NSString alloc方法的实现。NSString的alloc方法实现类似这样（这里只写简单的逻辑，Cocoa实际的代码实现未必和这个相同，不过逻辑应该是类似的）：

@class NSPlaceholderString; @interface NSString:(NSObject)+ (id) alloc;@ end @implementation NSString+(id) alloc {    if ([self isEquals:[NSString class]]) {        return [NSPlaceholderString alloc];    }    else        return [super alloc];}@end @interface NSPlaceholderString:(NSString)@end

关键就在于alloc的实现，可以发现，当只用NSString调用alloc的时候，由于self == [NSString class]，所以这时返回的是NSPlaceholderString的类对象；而使用其他类（比如派生类）调用alloc时，返回的是super的alloc，这里也就是[NSObject alloc]，而NSObject的alloc方法返回的是调用类的类对象，所以在我们用我们自己的NSStringWithByteLength类调用时，返回的就是NSStringWithByteLength类的类对象了。

综述

只扩展类方法的时候，Category已经足够好用了，而上面也解释了Class Cluster和NSString alloc的“怪异”实现。可见继承一个“class cluster”类型的类是多么不容易，如果不熟悉，可能处处是陷阱。所以在有的书上就提出这样的建议：最好不要继承NSString这样的“类簇”类，同样的还有NSArray，NSDictionary，NSNumber等等。在apple的文档中也提到，建议使用“组合”或者“catogery”来实现这种扩展，如果你没有非要继承这种“类簇”类的理由的话。