100、数据持久化与文件处理技术详解-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/fox11/article/details/149589347

数据持久化与文件处理技术详解

1. JSON数据结构

在数据处理中，我们会遇到一种特定的JSON数据结构，它可以表示为一个 Outer 对象数组，每个 Outer 对象包含一个未知属性，该属性的值是一个 Inner 对象数组。以下是具体示例：

[
    Outer(categoryName: "Trending",
               unknown:
                   [Inner(category: "Trending",
                       price: 20.5,
                       isFavourite: Optional(true),
                       isWatchlist: nil)
                    ]),
    Outer(categoryName: "Comedy",
               unknown:
                   [Inner(category: "Comedy",
                       price: 24.32,
                       isFavourite: nil,
                       isWatchlist: Optional(false))
                    ])
]

这个数据结构是面向对象的，与原始JSON数据相对应，它清晰地展示了不同类别及其相关属性的层级关系。

2. SQLite数据库

2.1 简介

SQLite是一款轻量级、功能齐全的关系型数据库，可使用通用的数据库语言SQL与之交互。当数据以行和列（记录和字段）的形式存在，且需要快速搜索时，SQLite是一种合适的存储格式。此外，它不会将整个数据库加载到内存中，仅在需要时访问数据，这在内存有限的iOS设备环境中非常有价值。

2.2 使用步骤

2.2.1 导入和配置

要使用SQLite，需导入 SQLite3 。不过，与SQLite交互的C接口较为复杂，可使用轻量级前端库 fmdb （https://github.com/ccgus/fmdb ）。由于 fmdb 是用Objective - C编写的，所以需要一个桥接头文件，并在其中导入 FMDB.h 。

2.2.2 创建数据库和表

以下是创建数据库并添加 people 表的示例代码：

let db = FMDatabase(path:self.dbpath)
db.open()
do {
    db.beginTransaction()
    try db.executeUpdate(
        "create table people (lastname text, firstname text)",
        values:nil)
    try db.executeUpdate(
        "insert into people (firstname, lastname) values (?,?)",
        values:["Matt", "Neuburg"])
    try db.executeUpdate(
        "insert into people (firstname, lastname) values (?,?)",
        values:["Snidely", "Whiplash"])
    try db.executeUpdate(
        "insert into people (firstname, lastname) values (?,?)",
        values:["Dudley", "Doright"])
    db.commit()
} catch {
    db.rollback()
}

上述代码首先打开数据库，然后开始事务，创建 people 表并插入三条记录，最后提交事务。若出现错误，则回滚事务。

2.2.3 读取数据

读取数据库数据的代码如下：

let db = FMDatabase(path:self.dbpath)
db.open()
if let rs = try? db.executeQuery("select * from people", values:nil) {
    while rs.next() {
        if let firstname = rs["firstname"], let lastname = rs["lastname"] {
            print(firstname, lastname)
        }
    }
}
db.close()

此代码打开数据库，执行查询语句，遍历结果集并打印出每个人的名字，最后关闭数据库。

2.3 注意事项

若要在应用程序包中包含预先构建的SQLite文件，但不能直接在其中写入数据。解决方法是在开始使用之前，将其从应用程序包复制到其他位置，如 Documents 目录。

3. Core Data框架

3.1 概述

Core Data框架（ import CoreData ）提供了一种通用的方式来表达形成关系图的对象和属性。它内置了将这些对象存储在持久化存储中的功能，通常使用SQLite作为文件格式，并仅在需要时从存储中读取数据，从而有效利用内存。

3.2 特点与难点

Core Data并非入门级技术，使用和调试都有一定难度。它的表达方式冗长、僵化且晦涩，有其独特的操作方式，这使得之前关于对象集合中对象的创建、访问、修改或删除的知识变得不再适用。同时，它也不能完全替代真正的关系型数据库。

3.3 项目构建

3.3.1 模板选择

从头构建Core Data项目时，最简单的方法是选择 Master–Detail App 模板（或 Single View App 模板），并在第二步中勾选 Use Core Data 。这样会在应用程序委托类中提供构建Core Data持久化栈的模板代码，大多数情况下无需对其进行重大修改。

3.3.2 持久化栈

持久化栈由三个对象组成：
- 托管对象模型（ NSManagedObjectModel ） ：描述数据的结构。
- 托管对象上下文（ NSManagedObjectContext ） ：用于与数据通信。
- 持久存储协调器（ NSPersistentStoreCoordinator ） ：处理数据作为文件的实际存储。

从iOS 10开始， NSPersistentContainer 对象会为我们创建整个持久化栈。以下是模板代码提供的 NSPersistentContainer 的懒加载初始化示例：

lazy var persistentContainer: NSPersistentContainer = {
    let con = NSPersistentContainer(name: "PeopleGroupsCoreData")
    con.loadPersistentStores { desc, err in
        if let err = err {
            fatalError("Unresolved error \(err)")
        }
    }
    return con
}()

3.3.3 托管对象上下文

托管对象上下文是 NSPersistentContainer 的 viewContext ，是与Core Data交互的关键。要获取对象，从托管对象上下文获取；要创建对象，将其插入托管对象上下文；要保存数据，保存托管对象上下文。为了方便应用程序其他部分访问托管对象上下文，根视图控制器有一个 managedObjectContext 属性，应用程序委托的 application(_:didFinishLaunchingWithOptions:) 方法会将其配置为指向持久化容器的 viewContext ：

let nav = self.window!.rootViewController as! UINavigationController
let tvc = nav.topViewController as! GroupLister
tvc.managedObjectContext = self.persistentContainer.viewContext

3.4 数据模型设计

要描述构成数据模型（托管对象模型）的对象的结构和关系，需在数据模型文档中设计对象图。例如，在一个简单的对象图中，一个 Group 可以有多个 Person 。除了时间戳是日期类型， Group 的UUID是UUID类型外，其他属性（类似于对象属性）均为字符串类型。

3.5 代码生成

Group 和 Person 不是类，而是实体名称，它们的属性也不是普通属性。所有Core Data模型对象都是 NSManagedObject 的实例，通过键值编码（KVC）动态处理属性。不过，可以在数据模型检查器中配置实体进行代码生成，这样在编译项目时，会为实体（如 Group 和 Person ）创建 NSManagedObject 的子类，并赋予与实体属性对应的属性。

3.6 视图控制器实现

3.6.1 GroupLister视图控制器

GroupLister 的职责是列出组并允许用户创建新组。它通过获取请求从Core Data获取组列表，在iOS中，Core Data模型对象常作为 UITableView 的模型数据，获取请求可通过 NSFetchedResultsController 方便地管理。以下是 GroupLister 中 NSFetchedResultsController 的初始化代码：

lazy var frc: NSFetchedResultsController<Group> = {
    let req: NSFetchRequest<Group> = Group.fetchRequest()
    req.fetchBatchSize = 20
    let sortDescriptor = NSSortDescriptor(key:"timestamp", ascending:true)
    req.sortDescriptors = [sortDescriptor]
    let frc = NSFetchedResultsController(
        fetchRequest:req,
        managedObjectContext:self.managedObjectContext,
        sectionNameKeyPath:nil, cacheName:nil)
    frc.delegate = self
    do {
        try frc.performFetch()
    } catch {
        fatalError("Aborting with unresolved error")
    }
    return frc
}()

在 tableView 的数据源方法中，将 NSFetchedResultsController 作为模型数据：

override func numberOfSections(in tableView: UITableView) -> Int {
    return self.frc.sections!.count
}
override func tableView(_ tableView: UITableView,
    numberOfRowsInSection section: Int) -> Int {
        let sectionInfo = self.frc.sections![section]
        return sectionInfo.numberOfObjects
}
override func tableView(_ tableView: UITableView,
    cellForRowAt indexPath: IndexPath) -> UITableViewCell {
        let cell = tableView.dequeueReusableCell(
            withIdentifier: self.cellID, for: indexPath)
        cell.accessoryType = .disclosureIndicator
        let group = self.frc.object(at:indexPath)
        cell.textLabel!.text = group.name
        return cell
}

当用户请求创建组时，会弹出一个提示框，输入组名后创建新的 Group 对象，保存到托管对象上下文，并导航到 PeopleLister 视图：

let context = self.frc.managedObjectContext
let group = Group(context: context)
group.name = av.textFields![0].text!
group.uuid = UUID()
group.timestamp = Date()
do {
    try context.save()
} catch {
    return
}
let pl = PeopleLister(group: group)
self.navigationController!.pushViewController(pl, animated: true)

3.6.2 PeopleLister视图控制器

PeopleLister 用于列出特定组中的所有人，其指定初始化方法为 init(group:) 。当从 GroupLister 视图导航到 PeopleLister 视图时，会实例化 PeopleLister 并将其推送到导航控制器栈中。 PeopleLister 也有一个 NSFetchedResultsController 属性，不过它只列出属于特定组的 Person ，通过设置获取请求的谓词来实现：

let pred = NSPredicate(format:"group = %@", self.group)
req.predicate = pred

PeopleLister 的界面是一个文本字段表，在 tableView(_:cellForRowAt:) 方法中，可使用 self.frc.object(at:indexPath) 获取 Person 对象，并设置文本字段的文本。当用户编辑文本字段时，会更新数据模型并保存托管对象上下文：

func textFieldDidEndEditing(_ textField: UITextField) {
    var v : UIView = textField
    repeat { v = v.superview! } while !(v is UITableViewCell)
    let cell = v as! UITableViewCell
    let ip = self.tableView.indexPath(for:cell)!
    let object = self.frc.object(at:ip)
    object.setValue(textField.text!, forKey: (
        (textField.tag == 1) ? "firstName" : "lastName"))
    do {
        try object.managedObjectContext!.save()
    } catch {
        return
    }
}

当用户请求创建新的 Person 时，会创建一个新的 Person 对象，配置其属性并保存到上下文。同时，通过实现 NSFetchedResultsController 的委托方法，使新的 Person 出现在表中：

@objc func doAdd(_:AnyObject) {
    self.tableView.endEditing(true)
    let context = self.frc.managedObjectContext
    let person = Person(context:context)
    person.group = self.group
    person.lastName = ""
    person.firstName = ""
    person.timestamp = Date()
    do {
        try context.save()
    } catch {
        return
    }
}
func controllerWillChangeContent(
    _ controller: NSFetchedResultsController<NSFetchRequestResult>) {
        self.tableView.beginUpdates()
}
func controllerDidChangeContent(
    _ controller: NSFetchedResultsController<NSFetchRequestResult>) {
        self.tableView.endUpdates()
}
func controller(
    _ controller: NSFetchedResultsController<NSFetchRequestResult>,
    didChange anObject: Any,
    at indexPath: IndexPath?,
    for type: NSFetchedResultsChangeType,
    newIndexPath: IndexPath?) {
        if type == .insert {
            self.tableView.insertRows(at:[newIndexPath!], with: .automatic)
            DispatchQueue.main.async {
                let cell = self.tableView.cellForRow(at:newIndexPath!)!
                let tf = cell.viewWithTag(1) as! UITextField
                tf.becomeFirstResponder()
            }
        }
}

3.7 注意事项

Core Data文件不适合用作iCloud文档。若要将结构化数据反映到云端， CloudKit 框架是更好的选择，它可以在线维护数据库，并同步不同设备间的数据变化。可参考Apple的 CloudKit Quick Start 指南获取更多信息。

3.8 流程总结

graph LR
    A[选择模板创建项目] --> B[配置持久化栈]
    B --> C[设计对象图]
    C --> D[代码生成]
    D --> E[实现视图控制器]
    E --> F[处理数据操作]

4. PDF文件处理

4.1 简介

在iOS 11之前，显示PDF文件的方式较为复杂。从iOS 11开始，引入了PDF Kit（ import PDFKit ），它提供了一个原生的 UIView 子类 PDFView ，用于美观地显示PDF文件。

4.2 基本使用

基本使用 PDFView 很简单，只需初始化一个 PDFDocument （可以从数据或文件URL初始化），并将其赋值给 PDFView 的 document 属性：

let v = PDFView(frame:self.view.bounds)
self.view.addSubview(v)
let url = Bundle.main.url(forResource: "notes", withExtension: "pdf")!
let doc = PDFDocument(url: url)
v.document = doc

4.3 其他配置

PDFView 还有许多可配置的方面，例如可以嵌入 UIPageViewController 用于PDF页面的布局和导航：

v.usePageViewController(true)

4.4 自定义PDF创建

可以通过创建 PDFPage 的子类来自定义PDF页面内容。以下是创建一个包含“Hello, world!”的PDF页面的示例：

class MyPage: PDFPage {
    override func draw(with box: PDFDisplayBox, to context: CGContext) {
        UIGraphicsPushContext(context)
        context.saveGState()
        let r = self.bounds(for: box)
        let s = NSAttributedString(string: "Hello, world!", attributes: [
            .font : UIFont(name: "Georgia", size: 80)!
        ])
        let sz = s.boundingRect(with: CGSize(10000,10000),
            options: .usesLineFragmentOrigin, context: nil)
        context.translateBy(x: 0, y: r.height)
        context.scaleBy(x: 1, y: -1)
        s.draw(at: CGPoint(
            (r.maxX - r.minX) / 2 - sz.width / 2,
            (r.maxY - r.minY) / 2 - sz.height / 2
        ))
        context.restoreGState()
        UIGraphicsPopContext()
    }
}
let v = PDFView(frame:self.view.bounds)
self.view.addSubview(v)
let doc = PDFDocument()
v.document = doc
doc.insert(MyPage(), at: 0)

4.5 页面判断

若文档中有多个自定义页面，可在 draw(with:to:) 方法中判断当前页面的索引：

let pagenum = self.document?.index(for: self)

4.6 其他功能

PDF Kit还提供了许多辅助类，可用于操作页面缩略图、选择、注释等。

4.7 流程总结

graph LR
    A[初始化PDFView] --> B[初始化PDFDocument]
    B --> C[赋值给PDFView]
    C --> D[可选：配置导航等]
    D --> E[可选：自定义页面内容]

5. 图像文件处理

5.1 简介

Image I/O框架提供了一种简单、统一的方式来打开图像文件、保存图像文件、转换图像文件格式，以及从标准图像文件格式中读取元数据，包括数码相机的EXIF和GPS信息。使用时需要导入 ImageIO 。该API是用C语言编写的，使用 CFTypeRefs 而非对象，没有Swift的面向对象封装，需要直接调用全局C函数，并在 CFTypeRefs 和其Foundation对应类型之间进行转换。

5.2 图像源的创建

使用Image I/O框架从图像文件获取元数据的步骤如下：
1. 获取图像文件的URL。
2. 设置选项，例如不缓存。
3. 使用 CGImageSourceCreateWithURL 创建图像源。
4. 使用 CGImageSourceCopyPropertiesAtIndex 获取图像的属性字典。

示例代码如下：

let url = Bundle.main.url(forResource:"colson", withExtension: "jpg")!
let opts : [AnyHashable:Any] = [kCGImageSourceShouldCache : false]
let src = CGImageSourceCreateWithURL(url as CFURL, opts as CFDictionary)!
let d = CGImageSourceCopyPropertiesAtIndex(src, 0, opts as CFDictionary) as! [AnyHashable:Any]

通过上述代码，在未将图像文件作为图像打开的情况下，就可以获得一个包含图像信息的字典，其中包括像素尺寸、分辨率、颜色模型、颜色深度、方向，以及数码相机拍摄的EXIF数据（如光圈、曝光、相机型号等）。

5.3 获取图像和缩略图

5.3.1 获取完整图像

可以使用 CGImageSourceCreateImageAtIndex 从图像源获取完整的 CGImage 。

5.3.2 获取缩略图

如果只是为了在界面中显示图像，获取缩略图是更好的选择，因为可以指定缩略图的大小，避免将大图像分配给小图像视图时造成的内存浪费。获取缩略图的步骤如下：
1. 获取图像文件的URL。
2. 设置初始选项，例如不缓存。
3. 创建图像源。
4. 根据设备屏幕比例和目标图像视图的宽度，设置缩略图的大小和其他选项。
5. 使用 CGImageSourceCreateThumbnailAtIndex 创建缩略图。
6. 将缩略图转换为 UIImage 并显示。

示例代码如下：

let url = Bundle.main.url(forResource:"colson", withExtension: "jpg")!
var opts : [AnyHashable:Any] = [kCGImageSourceShouldCache : false]
let src = CGImageSourceCreateWithURL(url as CFURL, opts as CFDictionary)!
let scale = UIScreen.main.scale
let w = self.iv.bounds.width * scale
opts = [
    kCGImageSourceShouldAllowFloat : true,
    kCGImageSourceCreateThumbnailWithTransform : true,
    kCGImageSourceCreateThumbnailFromImageAlways : true,
    kCGImageSourceShouldCacheImmediately : true,
    kCGImageSourceThumbnailMaxPixelSize : w
]
let imref = CGImageSourceCreateThumbnailAtIndex(src, 0, opts as CFDictionary)!
let im = UIImage(cgImage: imref, scale: scale, orientation: .up)
self.iv.image = im

5.4 保存图像

保存图像时，需要创建一个图像目标。以下是将图像保存为TIFF格式的示例代码：

let url = Bundle.main.url(forResource:"colson", withExtension: "jpg")!
let opts : [AnyHashable:Any] = [kCGImageSourceShouldCache : false]
let src = CGImageSourceCreateWithURL(url as CFURL, opts as CFDictionary)!
let fm = FileManager.default
let suppurl = try! fm.url(for:.applicationSupportDirectory, in: .userDomainMask, appropriateFor: nil, create: true)
let tiff = suppurl.appendingPathComponent("mytiff.tiff")
let dest = CGImageDestinationCreateWithURL(tiff as CFURL, kUTTypeTIFF, 1, nil)!
CGImageDestinationAddImageFromSource(dest, src, 0, nil)
let ok = CGImageDestinationFinalize(dest)

上述代码直接从图像源将图像保存到图像目标，无需将图像作为图像打开。

5.5 流程总结

graph LR
    A[获取图像URL] --> B[创建图像源]
    B --> C{操作类型}
    C -->|获取元数据| D[获取属性字典]
    C -->|获取完整图像| E[获取CGImage]
    C -->|获取缩略图| F[设置缩略图选项]
    F --> G[创建缩略图]
    G --> H[转换为UIImage显示]
    C -->|保存图像| I[创建图像目标]
    I --> J[添加图像到目标]
    J --> K[完成保存]

6. 总结与对比

6.1 不同数据存储和文件处理方式对比

类型	优点	缺点	适用场景
SQLite	轻量级、功能全、可快速搜索、不占大量内存	C接口复杂	数据以行列形式存在且需快速搜索，如iOS设备本地存储
Core Data	通用表达对象关系、自动管理持久化存储、节省内存	难用难调试、表达晦涩、不能替代关系型数据库	处理复杂对象关系和持久化存储
PDF Kit	简单美观显示PDF、可自定义页面	iOS 11 之前不可用	显示和处理PDF文件
Image I/O	统一处理图像文件、可获取元数据和缩略图	C接口、需类型转换	图像文件的打开、保存、格式转换和元数据读取