Objective-C 基础

关于Objective-C

Objective-C 是一种通用、高级、面向对象的编程语言。它扩展了标准的 ANSI C 编程语言,将 Smalltalk 式的消息传递机制加入到 ANSI C 中。目前主要支持的编译器有 GCC 和 Clang。


历史

Objective-C 主要由 Stepstone 公司的 Brad Cox 和 Tom Love 在 19 世纪 80 年代发明。

1981年 Brad Cox 和 Tom Love 还在 ITT 公司技术中心任职时,接触到了 SmallTalk语言。Cox 当时对软件设计和开发问题非常感兴趣,他很快地意识到 SmallTalk 语言在系统工程构建中具有无法估量的价值。

1983 年,Cox 与 Love 合伙成立了 Productivity Products International(PPI)公司,将 Objective-C 及其相关库商品化贩售,并在之后将公司改名为StepStone。

1988年,斯蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)离开苹果公司后成立了 NeXT Computer 公司,NeXT 公司买下 Objective-C 语言的授权,并扩展了 GCC 使之支持 Objective-C 的编译,基于 Objective-C 开发了 AppKit 与 Foundation Kit 等库,作为 NeXTSTEP 的的用户界面与开发环境的基础。

1996年12月20日,苹果公司宣布收购 NeXT Software 公司,NEXTSTEP/OPENSTEP 环境成为苹果操作系统下一个主要发行版本 OS X 的基础。


C语言的严格超集

  • 任何C语言程序不经修改就可以直接通过Objective-C编译器成功编译
  • Objective-C 源程序中可以直接使用任何C语言代码

正是由于以上优势,在 Swift 推出之后,许多和 C 有直接交互的部分大多仍旧使用 Objective-C 编写。


SmallTalk 式的消息传递模型

Objective-C 最大的特色是承自 Smalltalk 的消息传递模型(message passing),此机制与 C Family 式的主流风格差异甚大。

如在 java 中,方法调用:

obj.method(argument);

Objective-C 里的方法调用:

[obj method:argument];

Objective-C 与其说调用对象的方法,不如说向对象传递消息更为精确。
二者并不仅仅是语法上的差异,还有基本行为上的不同。

举个🌰:

[car fly];

Java 的解读是 “调用 car 类的 fly 方法”。
若 car 类里没有定义 fly 方法,那编译不会通过。

Objective-C 里,则解读为 “向 car 对象发送 fly 消息”。
若 car 类内定义有 fly 方法就运行方法内的代码,若 car 内不存在 fly 方法,则程序依旧可以通过编译,运行期则抛出异常: unrecognized selector sent to instance 0x8871710

Objective-C 因为运行期才处理消息,允许发送未知消息给对象。同时空对象 nil 接受消息后默认为不做事,所以送消息给 nil 也不用担心程序崩溃。


布尔(BOOL)

Java 的布尔数据类型 boolean 具有 true 和 false 两个值,Objective-C 的 BOOL 具有 YES 和 NO 两个值。

Objective-C 中的 BOOL 实际上一种对带符号的字符类型(signed char)的类型定义。通过 #define 把 YES 定义为1,NO 定义为0。


字符串(NSString)

Objective-C 字符串由双引号包裹,并在引号前加一个@符号,如:

NSString *name = @"Tony";


import 语句

在C语言中,使用 #include 导入入头文件。在Objective-C中,类似的指令 #import 保证一个文件只会被包含一次,类似于一般头文件中的:

#ifndef XXX
#define XXX ...
#endif


类的定义与实现

Objective-C 中将类的定义(interface)与实现(implementation)分为两个部分。
类的定义文件遵循 C 语言惯例以 .h 为后缀,实现文件以 .m 为后缀。

定义部分,定义类的名称、数据成员和方法。 以关键字 @interface 开始,@end 结束:

@interface MyClass : NSObject {
    int memberVar1; // 实体变量
    id  memberVar2;
}

+ (return_type)class_method; // 类方法

- (return_type)instance_method1; // 实例方法
- (return_type)instance_method2:(int)p1;
- (return_type)instance_method3:(int)p1 andPar:(int)p2;
@end

实现部分,以关键字 @implementation 开始,@end 结束:

@implementation MyClass {
    int memberVar3; // 私有实体变量
}

- (return_type)instance_method1 {
    ....
}

- (return_type)instance_method2:(int)p1 {
    ....
}

- (return_type)instance_method3:(int)p1 andPar:(int)p2 {
    ....
}
@end

上述代码 Java 版对照:

public class MyClass {
    protected int memberVar1;
    protected pointer memberVar2;
    private int memberVar3;
    
    public (return_type) instance_method1() {
        ....
    }
    
    public (return_type) instance_method2(int p1) {
        ....
    }
    
    public (return_type) instance_method3andPar(int p1, int p2) {
        ....
    }
}

方法前面的 +/- 代表函数的类型:加号(+)代表类方法(class method),不需要实例就可以调用,与 Java 的静态方法相似。减号(-)即是一般的实例方法(instance method)。


创建对象

Objective-C 创建对象需通过 alloc 和 init 两个消息。alloc 是分配内存,init 则是初始化对象。 init 与 alloc 都是定义在 NSObject 里的方法,父对象收到这两个信息并做出正确回应后,新对象才创建完毕。

举个🌰:

MyObject *obj = [[MyObject alloc] init];

MyObject *obj = [MyObject new]; // 也可以这么写,new 相当于 alloc + init

Java 版本:

MyObject obj = new MyObject();


协议(Protocol)

协议类似与 Java 语言中的接口。

协议的定义以 @protocol 开头,@end 结尾:

@protocol SayHello
- (void)sayHello;
@end

协议中定义的方法分为必须实现的方法和可选实现的方法。协议中的方法默认必须实现,可选实现的方法以 @optional 为标识。

@protocol SomeProtocol
 - (void)method1; // 必须实现
@optional
- (void)method2; // 可选实现
- (void)method3; // 可选实现
@end

实现一个协议:

@interface SomeClass : SomeSuperClass <SomeProtocol>
@end
@implementation SomeClass
 - (void)method1 {
  // ...
}

- (void)method2 {
  // ...
}

- (void)method3 {
  // ...
}
@end


分类(Category)

分类可以给一个已经存在的类增加方法,而不用去改它的源码。类似于 Swift 和 Kotlin 中的扩展(extension)。

比如,NSString 是 Objective-C 内置的系统类,我们创建一个它的分类以支持加法运算:

// interface 部分
@interface NSString (Calculation)
- (NSString *)stringByAdding:(NSString *)aString; // 加
@end

// implementation 部分
@implementation NSObject (Calculation)
- (NSString *)stringByAdding:(NSString *)aString {
    // ...
}
@end

使用的时候,只要包含NSObject+Calculation.h,就可以使用了:

NSString *str = @"100";
NSString *result = [str stringByAdding:10]; // result is 110


引用计数

Objective-C 使用引用计数来管理对象的生命周期。

如果想使某个对象继续存活,那就递增其引用计数(reatain);用完了之后,就递减其计数(release)。当计数为0时,系统就会将它销毁。

对象操作 Objective-C方法 操作结果
生成并持有对象 alloc, new, copy, mutableCopy 等方法 生成对象并设置引用计数 =1
持有对象 reatain 方法 引用计数 +1
释放对象 release 方法 引用计数 -1
废弃对象 dealloc 方法 系统自动调用 引用计数 =0 时调用



memory_management_2x.png



iOS5 开始引入了自动引用计数 (ARC, Automatic Reference Counting)
简单地说,ARC 在编译时为代码在合适的位置加上 retain 和 release。


属性

属性(property)是 Objective-C 的一项特性,用于封装对象中的数据。实例变量一般通过“存取方法”(access method)来访问。其中,“获取方法”(getter)用于读取变量值,而“设置方法”(setter)用于写入变量值。

Xcode 4.4时代之前,需要一个属性的时候:

// .h
@property NSObejct *foo;

// .m
@synthesize foo = _foo;

头文件中加上@property,那么编译器会自动添加下面一段代码:

- (NSObject *)foo; 
- (void)setFoo:(NSObject *)newFoo; 

在 .m 中实现:

- (NSObject *)foo {
    return _foo;
}

- (void)setFoo:(NSObject *)newFoo {
    [foo retain];
    [_foo release];
    _foo = foo;
}

自动引用计数时代,喜大普奔,一切都变得简单了,只需要一句话:

@property (nonatomic, strong) NSObejct *foo;



@property(*) 括号中的属性内容:

  • 原子性:atomic 和 nonatomic,默认为atomic。
  • 读写权限:readwrite 和 readonly, 默认为 readwrite,同时生成setter和getter,所以本质上是由@synthesize来实现的。而 readonly 就是代表只生成 getter 方法。
  • 指定方法名:使用getter=<name>或setter=<name>来指定方法名。
  • 内存管理:assign,strong,weak,copy。



当 B 是 A 的 strong 属性,A 又是 B 的 strong 属性,此时就会造成循环引用,如图:

QQ20180730-212815@2x.png

此时,A 若想被释放,需要引用计数为0。而 B 持有 A,所以想要 A dealloc,需要 B 发送 release 消息到 A。而 B 只有 dealloc 时,才会发送 release 到 A,并且 B dealloc 也需要 A 向其发送 release 消息。这样 A 和 B 互相等待对方的 release 消息,造成循环引用,导致内存无法释放。

解决循环引用:将其中一方的属性使用 weak 修饰。


点语法

属性合成的方法可以通过点语法调用:

obj.foo = newFoo;

// 上述代码等同于
[obj setFoo:newFoo];

点语法的本质还是方法调用,是一种编译器行为,编译器会自动进行转换,来判断调用 set 方法还是 get 方法。

操作 点语法 使用消息表达式
setter obj.name = val; [obj setName:val];
getter val = obj.name; val = [obj name];


代码块 (block)

block 对象是对函数的扩展。除了函数中的代码,block 还包含变量绑定。block 也被称为闭包(closure)。block 是以 “^” 开头为标识的。后面跟的一个括号标示 block 需要的参数列表。

一个简单的🌰:

void (^myBlock) (int) = ^(int input) {
    NSLog(@"input number is %d", input);
};

// 调用 block 
myBlock(1);
// 输出:input number is 1

block 使用局部变量:

NSString *name = @"Candy";
void (^myBlock) (void) = ^ {
    NSLog(@"name is %@", name);
};

myBlock();
// 输出:name is Candy

block 可以方便的使用局部变量 name,但是你不能修改它,当你尝试修改 name 时,会报错 Variable is not assignable (missing __block type specifier)

此时你需要用 __block 修饰 name:

__block NSString *name = @"Candy";
void (^myBlock) (void) = ^ {
    name = @"Jack"
    NSLog(@"name is %@", name);
};

myBlock();
// 输出:name is Jack

block 使用实例变量:

// 定义的实例变量 userName
@property (nonatomic, copy) NSString *name;

// block 使用实例变量
void (^myBlock) (void) = ^ {
    NSLog(@"ins is %@", self.name);
};

当 block 本身为实例变量,而 block 内部又使用了 实例变量,此时就会出现循环引用。
举个🌰:

// 定义的实例变量 userName 和 myBlock
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, copy) void (^myBlock)(void);

// block 使用实例变量
_myBlock = ^ {
    NSLog(@"name is %@", self.name);
 };

此时会有警告:Capturing 'self' strongly in this block is likely to lead to a retain cycle
简单来说,是因为 self 引用了 myBlock,myBlock 又引用了 self。

解决 block 循环引用:

// 定义的实例变量 userName 和 myBlock
@property (nonatomic, copy) NSString *userName;
@property (nonatomic, copy) void (^myBlock)(void);

// block 使用实例变量
__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.myBlock = ^ {
    NSLog(@"name is %@", weakSelf.userName);
 };




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