17、iOS开发：数据存储、协议与委托及Xcode调试全解析

iOS开发：数据存储、协议与委托及Xcode调试全解析

1. 数据存储相关知识

1.1 偏好设置

可以使用 NSUserDefaults 在iOS和OS X系统中从文件保存和读取偏好设置。

1.2 数据库

了解数据库的概念，使用数据库存储信息相比偏好设置文件有一定优势。苹果将数据库引擎集成到了OS X和iOS系统中，同时该数据库引擎也存在优点和局限性。

1.3 Core Data

苹果提供了与SQLite数据库交互的框架，使得交互变得更加简单。以书店应用为例，可以创建一个简单的Core Data应用，步骤如下：
- 使用Xcode为书店创建数据模型，学习创建两个实体之间的关系。
- 使用Xcode为Core Data模型创建简单的界面。

1.4 练习任务

• 为应用添加一个新视图，允许用户输入书籍名称。
• 提供从列表中移除书籍的方法。
• 创建一个 Author 对象并将其添加到 Book 对象中。

2. 协议与委托

2.1 多重继承与协议的引入

在一些编程语言如C++、Perl和Python中存在多重继承，它允许一个类从多个父类继承行为和特性。但多重继承可能会导致歧义问题，因此Objective - C不实现多重继承，而是引入了协议的概念。

2.2 理解协议

苹果将协议定义为一组方法声明，不依附于类定义。它类似于类接口，但不定义特定的类。例如，Mac上报告鼠标用户操作的方法可以放在一个协议中。任何想要响应鼠标事件的类都可以采用该协议并实现其方法。协议使用简单，不依赖于类层次结构，任何类都可以实现。

以书店为例，若书店还销售口香糖和糖果，创建 EdibleItem 类。口香糖和书籍、杂志继承相同方法不合理，但所有商品都需要销售和跟踪库存，此时可以将相关方法添加到一个协议中供各商品类共享。

需要注意的是，协议与继承不同。类继承时不仅接收方法声明，还接收方法本身；而使用协议时，仅引入声明，方法需要自行编写。

2.3 协议语法

协议的接口示例如下：

@protocol InventoryItem
- (void)removeFromInventory;
- (void)addToInventory;
@end

实现该协议的对象接口文件示例：

@interface MyClass : SomeSuperClass < InventoryItem >
@end

若要实现多个协议，可在第一个协议后用逗号分隔添加其他协议，例如：

@interface EditbleItem : UITableViewController < InventoryItem, SaleItem >
@end

2.4 理解委托

委托是辅助对象，用于控制对象的行为。协议中定义的方法成为对象的辅助方法。委托是一个独立对象，用于增强宿主对象的行为。例如，可以创建一个应用委托对象来影响iOS的 NSApplication 对象的行为，而无需对 NSApplication 类进行子类化或修改。委托对象需设置为宿主的委托属性才能生效。

以实现 <CLLocationManagerDelegate> 协议为例，在对象的实现文件中包含并定义如下方法：

- (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didUpdateLocations:(nonnull NSArray<CLLocation *> *)locations
{
    // 处理代码
}

当GPS位置改变时， locationManager 委托方法会自动被调用，允许代码处理坐标信息。

2.5 协议与委托的总结

协议和委托是iOS开发中重要的概念，通过协议可以让不同类共享方法声明，而委托则可以在不修改宿主类的情况下控制宿主对象的行为。

下面用mermaid流程图展示协议与委托的关系：

graph LR
    A[宿主对象] --> B[委托对象]
    B --> C[协议方法]
    A --> D[实现协议方法]
    C --> D

2.6 Xcode调试基础

2.6.1 调试的概念

程序会按照编写的代码执行，但有时编写的代码与预期功能不符，导致程序崩溃或无法达到预期效果，这种情况被称为程序存在“bug”。调试就是检查代码并修复这些问题的过程。

2.6.2 调试的准备工作

• 加载现有程序，例如加载MyBookstore项目。
• 选择调试设备，Xcode提供了多种设备模拟器，如iPad、iPhone 5s、iPhone 6 Plus等，可根据需要选择。

2.7 设置断点

为了查看程序执行过程中的情况，可以设置断点让程序在特定点暂停。设置断点的方法是将光标放在行号（不是程序文本）上并点击一次。如果行号未显示，可以通过 Xcode ➤ Preference ，点击 Text Editing 标签，勾选 Line Numbers 复选框来显示。

移除断点可以将其拖到行号列的左侧或右侧并放下，拖动过程中断点会变成一团烟雾消失。也可以通过点击断点来禁用或重新启用它，启用状态为深蓝色，禁用状态为淡蓝色。

2.8 使用断点导航器

对于小型项目，跟踪所有断点位置相对容易；但对于大型项目，管理断点可能会有困难。Xcode 7提供了断点导航器来列出应用中的所有断点，点击导航选择栏中的断点导航器图标即可访问。在断点导航器中，可以方便地删除、禁用断点，也可以选择与断点关联的文件，删除文件时会同时删除该文件中的所有断点。

2.9 调试基础操作

设置好断点后，点击 Run 按钮编译项目并在Xcode调试器中启动程序。程序会在断点处停止执行，此时调试器视图会显示一些额外的窗口：
| 窗口名称 | 功能描述 |
| ---- | ---- |
| 调试器控件 | 可以暂停、继续、单步执行、进入和跳出程序中的语句，左侧第一个按钮用于显示或隐藏调试区域 |
| 变量窗口 | 显示当前作用域内的变量，点击变量名左侧的小三角形可展开变量 |
| 输出窗口 | 在程序崩溃或出现异常时显示有用信息， NSLog 输出也会显示在此处 |
| 堆栈跟踪 | 显示对象堆栈和程序中当前活动的所有线程，以层次结构展示方法调用情况 |

2.10 使用调试器控件

调试器控件的功能如下表所示：
| 控件 | 描述 |
| ---- | ---- |
| 停止按钮 | 停止程序执行，若iPhone或iPad模拟器正在运行应用，其表现如同用户按下设备的Home按钮 |
| 运行按钮 | 开始调试，若应用已处于调试模式，再次点击会从头开始调试应用 |
| 暂停/继续按钮 | 使程序暂停或继续执行，程序会一直运行直到结束、点击停止按钮或遇到另一个断点 |
| 单步跳过按钮 | 调试器停止在断点时，点击该按钮会执行当前行代码并停在下一行。若遇到断点，会跳转到断点处 |
| 单步进入按钮 | 使调试器进入指定的函数或方法，只有项目有源代码的方法才能单步进入 |
| 单步跳出按钮 | 使当前方法执行完毕，调试器返回调用者处 |

例如，在 MainViewController.m 文件的第18行设置断点，点击 Run 按钮，再点击 Step Into 按钮，调试器会进入 Bookstore 对象的 init 方法。

综上所述，掌握数据存储、协议与委托以及Xcode调试的相关知识，对于成为一名优秀的iOS开发者至关重要。在实际开发中，要灵活运用这些知识，不断提升开发和调试能力。

3. 深入调试操作示例

3.1 单步调试实践

我们继续以之前设置断点并进入 Bookstore 对象 init 方法的场景为例。当调试器进入 init 方法后，我们可以使用单步跳过和单步进入功能来详细查看代码执行过程。

假设 init 方法中有如下代码：

- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        [self setupDefaultData];
        [self configureUI];
    }
    return self;
}

当调试器停在 [self setupDefaultData]; 这一行时，点击单步进入按钮，调试器会进入 setupDefaultData 方法内部，这样我们就可以查看该方法具体的执行逻辑，包括变量的赋值、条件判断等操作。如果点击单步跳过按钮，调试器会直接执行这一行代码，然后停在 [self configureUI]; 这一行。

3.2 利用变量窗口观察数据

在调试过程中，变量窗口是非常有用的工具。它可以实时显示当前作用域内的变量值。例如，在 setupDefaultData 方法中，如果有一个数组变量 bookList 用于存储书籍信息，我们可以在变量窗口中查看该数组的内容。点击变量名左侧的小三角形展开数组，可以看到数组中的每个元素。

- (void)setupDefaultData {
    NSMutableArray *bookList = [NSMutableArray array];
    Book *book1 = [[Book alloc] initWithTitle:@"iOS开发指南"];
    [bookList addObject:book1];
    // 更多书籍添加操作
}

在调试到 [bookList addObject:book1]; 这一行后，我们可以在变量窗口中看到 bookList 数组已经包含了一个元素，即 book1 对象。通过观察变量值，我们可以判断代码是否按照预期执行，是否存在变量赋值错误等问题。

3.3 输出窗口的作用

输出窗口在调试中也起着重要作用。当程序崩溃或出现异常时，输出窗口会显示详细的错误信息，帮助我们定位问题。例如，如果在 configureUI 方法中出现了内存访问错误，输出窗口可能会显示类似“EXC_BAD_ACCESS”的错误信息，同时还会给出错误发生的具体位置和调用栈信息。

此外，我们在代码中使用 NSLog 输出的信息也会显示在输出窗口中。例如：

- (void)configureUI {
    NSLog(@"开始配置UI界面");
    // UI配置代码
}

当调试到这一行时，输出窗口会显示“开始配置UI界面”的信息，这有助于我们了解程序的执行流程和状态。

3.4 堆栈跟踪的分析

堆栈跟踪窗口以层次结构展示了方法的调用情况。通过分析堆栈跟踪，我们可以了解程序是如何执行到当前断点位置的。例如，在调试 Bookstore 对象的 init 方法时，堆栈跟踪可能会显示如下信息：

main
    UIApplicationMain
        AppDelegate.application:didFinishLaunchingWithOptions:
            BookstoreViewController.viewDidLoad
                Bookstore.init

这表明程序从 main 函数开始执行，经过 UIApplicationMain 启动应用，调用 AppDelegate 的 application:didFinishLaunchingWithOptions: 方法，然后在 BookstoreViewController 的 viewDidLoad 方法中调用了 Bookstore 对象的 init 方法。通过分析堆栈跟踪，我们可以快速定位问题所在的方法调用链，有助于排查复杂的逻辑错误。

4. 调试技巧总结

4.1 合理设置断点

在调试过程中，合理设置断点可以提高调试效率。不要在代码中随意设置大量断点，而是根据问题的可能出现位置有针对性地设置。例如，如果怀疑某个方法的逻辑有问题，可以在该方法的入口和关键代码行设置断点。同时，对于循环体内部的代码，要谨慎设置断点，避免因为循环次数过多而导致调试效率低下。

4.2 利用条件断点

Xcode还支持条件断点，即只有当满足特定条件时，程序才会在断点处停止。例如，在一个循环中，我们只关心某个变量等于特定值时的情况，可以设置条件断点。在设置断点时，右键点击断点，选择“Edit Breakpoint”，在“Condition”字段中输入条件表达式，如 variable == 10 。这样，只有当 variable 的值等于10时，程序才会在该断点处停止。

4.3 结合日志输出

虽然调试器可以帮助我们查看变量值和程序执行流程，但在某些情况下，结合日志输出可以更方便地了解程序的运行状态。在关键代码位置添加 NSLog 输出，记录重要的变量值和执行步骤，这样在调试时可以通过输出窗口快速查看程序的执行情况。同时，日志输出也可以在程序发布后用于收集用户反馈和排查线上问题。

4.4 调试多线程程序

在iOS开发中，多线程程序是常见的。调试多线程程序时，要注意线程之间的同步和数据共享问题。堆栈跟踪窗口可以显示当前活动的线程信息，我们可以切换线程来查看不同线程的执行状态。同时，在多线程环境中，要注意避免死锁和数据竞争等问题，可以通过设置断点和观察变量值来排查这些问题。

下面用mermaid流程图展示调试的整体流程：

graph LR
    A[加载程序] --> B[选择调试设备]
    B --> C[设置断点]
    C --> D[运行程序]
    D --> E{是否遇到断点}
    E -- 是 --> F[调试操作（单步、观察变量等）]
    F --> G{是否解决问题}
    G -- 否 --> C[设置新断点]
    G -- 是 --> H[结束调试]
    E -- 否 --> I[程序正常结束]
    I --> H

5. 总结与展望

通过对数据存储、协议与委托以及Xcode调试的学习，我们掌握了iOS开发中的重要知识和技能。数据存储方面，我们了解了偏好设置、数据库和Core Data的使用，能够根据不同的需求选择合适的存储方式。协议与委托的引入，让我们的代码更加灵活和可扩展，能够实现对象之间的解耦和交互。Xcode调试则是我们排查和解决程序问题的重要工具，通过合理设置断点、利用调试器控件和观察窗口，我们可以快速定位和修复代码中的bug。

在未来的iOS开发中，我们可以进一步深入学习这些知识，不断提升自己的开发水平。例如，在数据存储方面，可以研究更高效的数据库操作和数据加密技术；在协议与委托方面，可以探索更多复杂的应用场景，实现更强大的功能。同时，随着iOS系统的不断更新和发展，调试工具也会不断完善，我们要及时学习和掌握新的调试技巧，以应对日益复杂的开发需求。

总之，iOS开发是一个充满挑战和机遇的领域，不断学习和实践是我们提升自己的关键。希望大家能够将所学知识运用到实际开发中，创造出更加优秀的iOS应用。