1、能否在分类中添加成员变量

如果在分类中直接添加成员变量

@interface Person (Test1) {
    int _weight;
}

系统会报错：
！Instance variables may not be placed in categories （实例变量不能放在类别中）
说明分类中不能直接添加成员变量。
如果在分类中添加属性：

@interface Person (Test1)
@property (nonatomic, assign) int weight;
@end

当调用set或者get方法时，控制台会报错：

～：-[Person setWeight:]: unrecognized selector sent to instance 0x1007160e0
～：-[Person weight]: unrecognized selector sent to instance 0x105011920

说明分类可以添加属性，但是添加属性后，只会自动添加set和get方法声明，不会实现set和get方法。

2、利用字典给分类添加成员变量

声明一个全局字典，用于保存属性
NSMutableDictionary *dic_;
+ (void)load {
    dic_ = [[NSMutableDictionary alloc] init];
}
- (void)setWeight:(int)weight {
    NSString *key = [NSString stringWithFormat:@"%p",self];
    dic_[key] = @(weight);
}
- (int)weight {
    NSString *key = [NSString stringWithFormat:@"%p",self];
    return [dic_[key] intValue];
}

通过分类中的字典可以保存分类里添加属性的值，但是有以下几个缺点
1、内存泄漏，字典是全局变量，会一直保存在内存中。
2、线程安全，不同的对象在不同的线程同时访问分类中的成员变量，可能会导致读写错误。
3、代码量比较大，实现起来比较麻烦。

3、关联对象

3.1、基本用法

关联对象主要方法有：

// 添加关联对象
objc_setAssociatedObject(id object, const void * key,
                         id value, objc_AssociationPolicy policy);
// 读取关联对象
objc_getAssociatedObject(id object, const void * key);
// 移除所有关联对象
objc_removeAssociatedObjects(id _Nonnull object);

关联策略对应关系：

代码举例：

- (void)setName:(NSString *)name {
    objc_setAssociatedObject(self, @"key", name, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}
- (NSString *)name {
    return objc_getAssociatedObject(self, "key");
}

3.2、key的用法

3.2.1、使用变量地址作为key

static const void *NameKey = &NameKey;
- (void)setName:(NSString *)name {
    objc_setAssociatedObject(self, NameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}
- (NSString *)name {
    return objc_getAssociatedObject(self, NameKey);
}

缺点：声明一个全局指针变量，占用8个字节，且书写麻烦。

3.2.2、使用char类型变量地址作为key

static const char NameKey;
- (void)setName:(NSString *)name {
    objc_setAssociatedObject(self, &NameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}
- (NSString *)name {
    return objc_getAssociatedObject(self, &NameKey);
}

优点：char类型只占用1个字节
缺点：书写麻烦

3.2.3、使用字符串作为key

#define NameKey @"name"
- (void)setName:(NSString *)name {
    objc_setAssociatedObject(self, NameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}
- (NSString *)name {
    return objc_getAssociatedObject(self, NameKey);
}

缺点：书写麻烦

3.2.4、使用方法地址作为key（推荐）

- (void)setName:(NSString *)name {
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(name), name, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}
- (NSString *)name {
    return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}

优点：可读性较高、如果方法名写错系统会有提示，书写简单。
其中_cmd == @selector(name)，OC方法有两个隐式参数，一个是self，一个是_cmd，比如name函数可能是：

- (NSString *)nameSelf:(id)self cmd:(SEL):_cmd {
}

4、关联对象原理

查看 objc源码 objc-references.mm中的_object_set_associative_reference方法和_object_get_associative_reference方法：

_object_get_associative_reference(id object, const void *key)
_object_set_associative_reference(id object, const void *key, id value, uintptr_t policy){}

可以看出关联对象过程中主要用到一下几个数据结构:
AssociationsManager、AssociationsHashMap、ObjectAssociationMap、ObjcAssociation

typedef DenseMap<const void *, ObjcAssociation> ObjectAssociationMap;
typedef DenseMap<DisguisedPtr<objc_object>, ObjectAssociationMap> AssociationsHashMap;
class AssociationsManager {
......    
    AssociationsHashMap &get() {
        return _mapStorage.get();
    }
......
};
class ObjcAssociation {
    uintptr_t _policy;
    id _value;
......    
}

它们的结构关系如下：

所有实例对象的关联对象都由一个AssociationsManager管理，其内部有一个AssociationsHashMap对象，AssociationsHashMap内部保存着实例对象（object）和存储着实例对象对应自己关联对象的ObjectAssociationMap，ObjectAssociationMap内部存储着关联对象的key和对应关联对象的value和策略。

5、总结

1、关联对象并不是存储在被关联对象本身
2、关联对象存储在全局统一的一个AssociationsManager中
3、移除关联对象将关联对象设置nil即可（通过查看源码可知，当value==nil时会调用erase方法）
4、移除所有关联对象，调用objc_removeAssociatedObjects(id _Nonnull object)
5、如果被关联对象销毁，对应的关联属性也都会销毁