32、静态分析器与NSPredicate的使用指南

静态分析器与NSPredicate的使用指南

1. 静态分析器的使用

在编程过程中，内存管理和代码质量是至关重要的。静态分析器在这方面能发挥很大的作用，它可以帮助我们发现代码中潜在的问题。

1.1 内存释放问题

当退出一个方法时，我们需要考虑哪些对象被分配了内存但还未释放。例如，在以下代码中：

if(nil == array)
{
  [string release];
  return;
}

这里通过在特定条件下释放 string 对象，避免了内存泄漏。

1.2 过度释放问题

有时候我们会不小心对对象进行过度释放。比如：

NSString *myString = [[[NSString alloc] initWithFormat:…] autorelease];
// later that same app
[myString autorelease];

在这个例子中， myString 原本的引用计数为 0，但我们又让编译器释放它，静态分析器会指出这个问题。解决方法是移除其中一个 autorelease 调用。

1.3 对 nil 对象进行同步操作

当我们需要修改一个对象，并且希望在修改过程中确保没有其他线程可以访问它时，通常会使用 @synchronized(object) 。但如果对象为 nil ，静态分析器会发现这个问题，并且 @synchronized 不会有任何效果。所以，我们必须确保对象不为 nil 。

1.4 正确看待静态分析器

静态分析器会报告代码中许多潜在的问题，并且随着版本的更新，它会变得越来越智能。不过，我们不需要完全听从它的所有提示，有时候它的信息可能会让我们感到困惑，但花些时间去理解它所指出的问题是很有必要的。可以把静态分析器看作是一个善意但有点烦人的朋友，它往往是正确的。但同时，我们也不能过度依赖静态分析器来捕捉所有的内存泄漏和不良编码习惯，我们仍然要对自己的代码负责。

静态分析器在一个小的程序中都能发现四个问题，想象一下在一个大型复杂的项目中它能发现多少问题。虽然我们不需要每次构建时都运行分析器，但在开发过程中将其纳入工作流程绝对是一个好的做法。不过要注意，分析器只是帮助我们指出问题，我们仍然需要自己去深入调查，找出具体的错误所在。

2. NSPredicate 的使用

在软件开发中，对一组对象进行评估并筛选出符合特定条件的对象是一个常见的操作。Cocoa 提供了 NSPredicate 类来帮助我们实现这个功能。

2.1 NSPredicate 简介

“Predicate” 在这里是数学和计算机科学意义上的概念，指的是一个返回布尔值的函数。 NSPredicate 是 Cocoa 用于描述查询的一种方式，类似于数据库查询。我们可以使用 NSPredicate 对象来指定筛选条件，然后将每个对象通过这个谓词进行评估，看是否匹配。

例如，在 iPhoto 中，如果我们要求只显示三星及以上评分的照片，那么 “照片必须有三星或更高的评分” 就是我们指定的筛选条件。所有照片都会通过这个过滤器，评分达到三星或以上的照片会通过，其余的则不会。iTunes 的搜索框也是类似的原理。

2.2 创建谓词

创建 NSPredicate 对象有两种基本方式：
- 创建多个对象并组装 ：这种方式需要编写大量代码，适用于构建通用的搜索界面。
- 使用查询字符串 ：这种方式在刚开始使用时更容易处理，我们主要关注这种方式。不过，基于字符串的 API 通常存在编译器缺乏错误检查和可能出现奇怪的运行时错误等问题。

以下是一个创建谓词的示例：

Car *car;
car = makeCar (@"Herbie", @"Honda", @"CRX", 1984, 2, 34000, 58);
[garage addCar: car];

NSPredicate *predicate;
predicate = [NSPredicate predicateWithFormat: @"name == 'Herbie'"];

在这个例子中，我们使用 NSPredicate 的类方法 +predicateWithFormat: 来创建谓词。这个方法接受一个字符串，并在幕后构建一个对象树，用于评估谓词。谓词字符串看起来像一个标准的 C 表达式，左边是键路径，中间是操作符，右边是引用的字符串。如果字符串中的文本没有被引用，它将被视为键路径；如果被引用，则被视为字面字符串。

2.3 评估谓词

创建好谓词后，我们可以使用 –evaluateWithObject: 方法对对象进行评估。例如：

BOOL match = [predicate evaluateWithObject: car];
NSLog (@"%s", (match) ? "YES" : "NO");

这里将 car 对象通过谓词进行评估，根据评估结果输出 YES 或 NO 。

我们还可以使用不同的谓词来评估对象。比如：

predicate = [NSPredicate predicateWithFormat:
  @"engine.horsepower > 150"];
match = [predicate evaluateWithObject: car];

这个谓词用于检查汽车发动机的马力是否大于 150。

当我们有一组对象时，评估谓词会变得更有趣。例如，我们想找出车库中马力最大的汽车，可以通过循环遍历所有汽车并使用谓词进行评估：

NSArray *cars = [garage cars];
for (Car *car in [garage cars])
{
  if ([predicate evaluateWithObject: car])
  {
   NSLog (@"%@", car.name);
 }
}

2.4 谓词过滤方法

为了简化代码，Cocoa 的集合类添加了一些谓词过滤方法。
- –filteredArrayUsingPredicate: ：这是 NSArray 的一个类别方法，它会遍历数组中的所有对象，对每个对象应用谓词，并将评估结果为 YES 的对象收集到一个新的数组中返回。

NSArray *results;
results = [cars filteredArrayUsingPredicate: predicate];
NSLog (@"%@", results);

• –filterUsingPredicate ： NSMutableArray 的这个方法可以直接移除数组中不符合谓词条件的元素。

NSMutableArray *carsCopy = [cars mutableCopy];
[carsCopy filterUsingPredicate: predicate];

使用谓词过滤虽然很方便，但性能上和自己编写循环代码差不多，因为都需要遍历所有对象。对于 OS X 开发来说，这种遍历通常不会有太大问题，但 iOS 开发者需要时刻关注程序的性能。

2.5 格式说明符和变量名

为了使谓词更加灵活，我们可以使用格式说明符和变量名。
- 格式说明符 ：可以使用 %d 和 %f 插入数值，使用 %@ 插入字符串值，使用 %K 指定键路径。

predicate = [NSPredicate predicateWithFormat: @"engine.horsepower > %d", 50];
predicate = [NSPredicate predicateWithFormat: @"name == %@", @"Herbie"];
predicate = [NSPredicate predicateWithFormat: @"%K == %@", @"name", @"Herbie"];

• 变量名 ：我们可以在谓词字符串中使用变量名，类似于环境变量。

NSPredicate *predicateTemplate =
 [NSPredicate predicateWithFormat:@"name == $NAME"];
NSDictionary *varDict;
varDict = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:
       @"Herbie", @"NAME", nil];
predicate =
 [predicateTemplate predicateWithSubstitutionVariables: varDict];

需要注意的是，谓词机制不会进行类型检查，可能会在运行时出现错误或产生令人困惑的行为。

2.6 谓词中的操作符

NSPredicate 的格式字符串包含了许多不同的操作符，下面介绍一些常见的操作符。

操作符	含义
>	大于
>= 和 =>	大于或等于
<	小于
<= 和 =<	小于或等于
!= 和 <>	不等于

谓词字符串语法还支持括号表达式以及逻辑操作符 AND 、 OR 、 NOT 或它们的 C 风格等价物 && 、 || 、 ! 。例如：

predicate = [NSPredicate predicateWithFormat:
         @"(engine.horsepower > 50) AND
          (engine.horsepower < 200)"];
results = [cars filteredArrayUsingPredicate: predicate];
NSLog (@"oop %@", results);

此外，还有数组操作符，如 BETWEEN 和 IN 。
- BETWEEN ：用于检查一个值是否在两个值之间。

predicate = [NSPredicate predicateWithFormat:
       @"engine.horsepower BETWEEN { 50, 200 }"];

• IN ：用于检查一个值是否包含在一个数组中。

predicate = [NSPredicate predicateWithFormat:
 @"name IN { 'Herbie', 'Snugs', 'Badger', 'Flap' }"];

当我们对简单值（如字符串）应用谓词时，可以使用 SELF 来指代被评估的对象。例如：

NSArray *names = [cars valueForKey: @"name"];
predicate = [NSPredicate predicateWithFormat:
 @"SELF IN { 'Herbie', 'Snugs', 'Badger', 'Flap' }"];

通过合理使用 NSPredicate ，我们可以更方便地对对象进行筛选和查询，提高代码的灵活性和可维护性。

下面是一个简单的流程图，展示了使用 NSPredicate 进行对象筛选的基本流程：

graph TD;
    A[创建谓词] --> B[获取对象集合];
    B --> C[遍历对象集合];
    C --> D[使用谓词评估对象];
    D --> E{评估结果是否为 YES};
    E -- 是 --> F[收集对象];
    E -- 否 --> C;
    F --> G[输出筛选结果];

总之，静态分析器和 NSPredicate 都是编程中非常有用的工具，掌握它们的使用方法可以帮助我们提高代码的质量和开发效率。

3. 操作符的详细使用案例

在使用 NSPredicate 时，各种操作符能让我们实现不同的筛选逻辑。下面进一步介绍操作符的使用案例。

3.1 比较和逻辑操作符的组合使用

我们可以结合比较和逻辑操作符来实现更复杂的筛选。例如，要筛选出马力大于 50 且行驶里程小于 50000 英里的汽车：

predicate = [NSPredicate predicateWithFormat:
         @"(engine.horsepower > 50) AND (mileage < 50000)"];
results = [cars filteredArrayUsingPredicate: predicate];
NSLog (@"%@", results);

这里使用了 AND 逻辑操作符将两个比较条件组合起来。

3.2 数组操作符的灵活运用

数组操作符 BETWEEN 和 IN 能让我们更方便地处理范围和集合筛选。

• BETWEEN 操作符结合变量 ：

NSArray *powerRange = [NSArray arrayWithObjects:
  [NSNumber numberWithInt: 100],
  [NSNumber numberWithInt: 300], nil];
predicateTemplate =
  [NSPredicate predicateWithFormat: @"engine.horsepower BETWEEN $POWERS"];
varDict =
  [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys: powerRange, @"POWERS", nil];
predicate = [predicateTemplate predicateWithSubstitutionVariables: varDict];
results = [cars filteredArrayUsingPredicate: predicate];
NSLog (@"%@", results);

通过使用 %@ 格式说明符和变量，我们可以动态地指定 BETWEEN 操作符的范围。

• IN 操作符筛选多个条件 ：

predicate = [NSPredicate predicateWithFormat:
 @"name IN { 'Herbie', 'Badger' } AND engine.horsepower > 50"];
results = [cars filteredArrayUsingPredicate: predicate];
NSLog (@"%@", [results valueForKey: @"name"]);

这里将 IN 操作符和比较操作符结合，筛选出特定名称且马力大于 50 的汽车。

4. 注意事项和最佳实践

在使用静态分析器和 NSPredicate 时，有一些注意事项和最佳实践可以帮助我们更好地编写代码。

4.1 静态分析器使用注意事项

• 不要完全依赖 ：虽然静态分析器能发现很多潜在问题，但它不是万能的。有些问题可能无法被分析器检测到，所以我们仍然需要自己对代码进行仔细的审查。
• 理解分析器提示 ：分析器的提示可能有时会让人困惑，我们需要花时间去理解它所指出的问题，而不是盲目地按照提示修改代码。

4.2 NSPredicate 使用最佳实践

• 类型安全 ：由于谓词机制不会进行类型检查，我们在使用格式说明符和变量时要确保类型的正确性，避免运行时错误。
• 性能考虑 ：对于大规模数据的筛选，虽然使用 NSPredicate 很方便，但性能上和手动编写循环代码差不多。如果对性能有严格要求，需要进行性能测试和优化。

5. 总结

通过本文，我们了解了静态分析器和 NSPredicate 的使用方法。静态分析器可以帮助我们发现代码中潜在的内存管理和其他问题，提高代码的质量。而 NSPredicate 则为我们提供了一种方便的方式来对对象进行筛选和查询，通过灵活使用各种操作符和格式说明符，我们可以实现复杂的筛选逻辑。

下面是一个总结表格，对比静态分析器和 NSPredicate 的特点：
| 工具 | 作用 | 优点 | 注意事项 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 静态分析器 | 发现代码潜在问题 | 能检测多种类型的问题，随着版本更新更智能 | 不要完全依赖，理解提示含义 |
| NSPredicate | 对象筛选和查询 | 方便灵活，支持多种操作符 | 注意类型安全，考虑性能问题 |

最后，为了更清晰地展示使用静态分析器和 NSPredicate 的整体流程，我们给出以下 mermaid 流程图：

graph LR;
    A[编写代码] --> B[使用静态分析器检查];
    B -- 发现问题 --> C[修改代码];
    C --> B;
    B -- 无问题 --> D[创建 NSPredicate 对象];
    D --> E[获取对象集合];
    E --> F[使用 NSPredicate 筛选对象];
    F --> G[输出筛选结果];

掌握静态分析器和 NSPredicate 的使用，能够让我们在编程过程中更加高效地发现问题和处理数据，提升代码的质量和可维护性。希望本文能帮助你更好地运用这两个工具。