category（分类）和 extension（类扩展）是日常开发中经常使用的，下面对它们进行对比分析。

Category (分类)

Category 使用场景

为一个类添加新的方法，可以为系统的类扩展功能
将一个类的不同功能，拆解成多个 category，减少单个文件的体积
创建对私有方法的前向引用: 声明私有方法，把 Framework 的私有方法公开等。直接调用其他类的私有方法时编译器会报错的，这时候可以创建一个该类的分类，在分类中声明这些私有方法（不必提供方法实现），接着导入这个分类的头文件就可以正常调用这些私有方法。
模拟多继承（另外使用 protocol 也可以模拟多继承）

Category 中可以添加哪些内容

可以添加实例方法、类方法、协议、属性（只生成 setter 和 getter 方法的声明，不会生成 setter 和 getter 方法的实现以及下划线成员变量)

Category 编译之后的底层结构是struct category_t，里面存储着分类的对象方法、类方法、属性、协议信息，这时候分类中的数据还没有合并到类中，而是在程序运行的时候通过Runtime机制将所有分类数据合并到类（类对象、元类对象）中去。这是分类最大的特点，也是分类和类扩展的最大区别，类扩展是在编译的时候就将所有数据都合并到类中去了。

OC中类的结构体定义如下：

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE; 
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

编译之后，objc_class 结构体的内存布局已经固定，不可能再向这个结构体中添加数据。 ivars 是一个结构体指针，指向的是一个固定区域，无法修改。不过 methodList 是指针的指针，即指针变量当中存的是一个地址，你可以改变这个地址的值从而改变最终指向的变量。所以可以修改 *methodList 的值来增加方法。因此，可以在运行时动态添加方法，不能添加成员变量。但可以添加关联对象。

Category 实现原理

通过 Clang 将以下分类代码转换为 C++ 代码，来分析分类的底层实现。

//文件：Message+Test.h

#import "Message.h"

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface Message (Test)<NSCopying>
@property (nonatomic, assign) unsigned long long msgId;
@property (nonatomic, copy) NSString *content;

+ (Message *)create;
- (void)send;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

//文件：Message+Test.m

#import "Message+Test.h"

@implementation Message (Test)
@dynamic msgId;
@dynamic content;

+ (Message *)create {
    return [[Message alloc] init];
}

- (void)send {
    NSLog(@"send message.");
}

@end

执行如下命令进行编译：

1	xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc Message+Test.m

得到编译后的文件 Message+Test.cpp，从中选取部分源码如下：

// 分类结构体
struct _category_t {
	const char *name;
	struct _class_t *cls;
	const struct _method_list_t *instance_methods;
	const struct _method_list_t *class_methods;
	const struct _protocol_list_t *protocols;
	const struct _prop_list_t *properties;
};

// 实例方法列表
static struct /*_method_list_t*/ {
	unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
	unsigned int method_count;
	struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_Message_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
	sizeof(_objc_method),
	1,
	{{(struct objc_selector *)"send", "v16@0:8", (void *)_I_Message_Test_send}}
};

// 类方法列表
static struct /*_method_list_t*/ {
	unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
	unsigned int method_count;
	struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_$_CATEGORY_CLASS_METHODS_Message_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
	sizeof(_objc_method),
	1,
	{{(struct objc_selector *)"create", "@16@0:8", (void *)_C_Message_Test_create}}
};

// NSCopying 协议实例方法列表
static struct /*_method_list_t*/ {
	unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
	unsigned int method_count;
	struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_PROTOCOL_INSTANCE_METHODS_NSCopying __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
	sizeof(_objc_method),
	1,
	{{(struct objc_selector *)"copyWithZone:", "@24@0:8^{_NSZone=}16", 0}}
};

struct _protocol_t _OBJC_PROTOCOL_NSCopying __attribute__ ((used)) = {
	0,
	"NSCopying",
	0,
	(const struct method_list_t *)&_OBJC_PROTOCOL_INSTANCE_METHODS_NSCopying,
	0,
	0,
	0,
	0,
	sizeof(_protocol_t),
	0,
	(const char **)&_OBJC_PROTOCOL_METHOD_TYPES_NSCopying
};
struct _protocol_t *_OBJC_LABEL_PROTOCOL_$_NSCopying = &_OBJC_PROTOCOL_NSCopying;

// 协议列表
static struct /*_protocol_list_t*/ {
	long protocol_count;  // Note, this is 32/64 bit
	struct _protocol_t *super_protocols[1];
} _OBJC_CATEGORY_PROTOCOLS_$_Message_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
	1,
	&_OBJC_PROTOCOL_NSCopying
};

// 属性列表
static struct /*_prop_list_t*/ {
	unsigned int entsize;  // sizeof(struct _prop_t)
	unsigned int count_of_properties;
	struct _prop_t prop_list[2];
} _OBJC_$_PROP_LIST_Message_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
	sizeof(_prop_t),
	2,
	{{"msgId","TQ,D,N"},
	{"content","T@\"NSString\",C,D,N"}}
};


// Message+Test 分类编译后的结构如下：
static struct _category_t _OBJC_$_CATEGORY_Message_$_Test __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = 
{
	"Message",
	0, // &OBJC_CLASS_$_Message,
	(const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_Message_$_Test,
	(const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_CLASS_METHODS_Message_$_Test,
	(const struct _protocol_list_t *)&_OBJC_CATEGORY_PROTOCOLS_$_Message_$_Test,
	(const struct _prop_list_t *)&_OBJC_$_PROP_LIST_Message_$_Test,
};

从上可知，分类编译之后的底层结构体是 struct category_t，分类中可以添加实例方法、类方法、协议、属性，但是不能添加成员变量，因为没有存储成员变量对应的指针变量。

分类内容加载过程

在编译时，Category 中的数据还没有合并到类中，而是在程序运行的时候通过Runtime机制将所有分类数据合并到类（类对象、元类对象）中去。下面我们来看一下 Category 的加载处理过程:

通过 Runtime 加载某个类的所有 Category 数据.
把所有的分类数据（方法、属性、协议），合并到一个数组中.(后面参与编译的 Category 数据，会排在数组的前面)
将合并后的分类数据（方法、属性、协议），插入到宿主类原来数据的前面.(所以会优先调用最后参与编译的分类中的同名方法)

Extension 类扩展

Extension 有一种说法叫“匿名分类”，因为它很像分类，但没有分类名。它的作用是将原来放在 .h 中的数据放到 .m 中去，私有化，变成私有的声明。

Extension 是在编译的时候就将所有数据都合并到类中去了（编译时决议），而 Category 是在程序运行的时候通过Runtime机制将所有数据合并到类中去（运行时决议）。

类扩展一般用于为类添加私有属性，私有方法，私有成员变量。

Category	Extension
运行时决议	编译时决议
可以有声明，可以有实现	只以声明的形式存在，多数情况下寄生于宿主类的.m中
可以为系统的类添加分类	不能为系统类添加扩展

Category与Extention