33、《Objective-C 编程：NSPredicate 与跨语言过渡全解析》

《Objective-C 编程：NSPredicate 与跨语言过渡全解析》

1. NSPredicate 基础与数组交集操作

NSPredicate 是一个强大的工具，可用于过滤对象集合。例如，通过以下代码可以对数组进行过滤操作：

NSArray *names = @[@"Herbie", @"Badger", @"Judge", @"Elvis"];
NSPredicate *predicate = [NSPredicate predicateWithFormat: @"SELF BEGINSWITH 'B'"];
NSArray *results = [names filteredArrayUsingPredicate: predicate];

这里，我们创建了一个包含一些名字的数组 names ，然后使用 NSPredicate 创建了一个谓词，该谓词用于筛选以 ‘B’ 开头的元素。最后，使用 filteredArrayUsingPredicate 方法对数组进行过滤，得到符合条件的结果。

下面来看一个求两个数组交集的例子：

NSArray *names1 = [NSArray arrayWithObjects:
 @"Herbie", @"Badger", @"Judge", @"Elvis", nil];
NSArray *names2 = [NSArray arrayWithObjects:
 @"Judge", @"Paper Car", @"Badger", @"Phoenix", nil];
NSPredicate *predicate = [NSPredicate predicateWithFormat: @"SELF IN %@", names1];
NSArray *results = [names2 filteredArrayUsingPredicate: predicate];
NSLog (@"%@", results);

在这个例子中，我们创建了两个数组 names1 和 names2 ，然后使用 NSPredicate 创建了一个谓词，该谓词用于筛选 names2 中存在于 names1 中的元素。最终输出的结果为：

(
  Judge,
  Badger
)

整个过程的流程图如下：

graph TD;
    A[创建 names1 和 names2 数组] --> B[创建谓词 predicate];
    B --> C[使用谓词过滤 names2 数组];
    C --> D[输出结果数组];

2. 字符串操作相关的谓词

除了基本的过滤操作，NSPredicate 还支持一些字符串特定的操作符，如下表所示：
| 操作符 | 含义 |
| ---- | ---- |
| BEGINSWITH | 检查一个字符串是否以另一个字符串开头 |
| ENDSWITH | 检查一个字符串是否以另一个字符串结尾 |
| CONTAINS | 检查一个字符串是否包含另一个字符串 |

使用这些操作符可以实现一些有趣的匹配，例如：
- "name BEGINSWITH 'Bad'" 可以匹配 “Badger”。
- "name ENDSWITH 'vis'" 可以匹配 “Elvis”。
- "name CONTAINS udg" 可以匹配 “Judge”。

需要注意的是，这些匹配是区分大小写和重音符号的。如果想要忽略大小写和重音符号，可以使用 [c] 、 [d] 或 [cd] 修饰符。例如， "name BEGINSWITH[cd] 'HERB'" 可以匹配 “Herbie”。

3. LIKE 操作符和正则表达式

有时候，基本的字符串匹配操作可能不够强大，这时可以使用 LIKE 操作符。在 LIKE 操作符中，问号 ? 匹配一个字符，星号 * 匹配任意数量的字符。例如：
- "name LIKE '*er*'" 可以匹配任何包含 “er” 的名字，这与 CONTAINS 操作符的效果相同。
- "name LIKE '???er*'" 可以匹配 “Paper Car”，因为它有三个字符、一个 “er” 和任意数量的字符在 “er” 之后，但不能匹配 “Badger”，因为 “Badger” 在 “er” 之前有四个字符。

LIKE 操作符也支持 [cd] 修饰符，用于忽略大小写和重音符号。

如果需要更强大的字符串匹配功能，可以使用 MATCHES 操作符，它支持正则表达式。不过，正则表达式虽然强大，但计算成本较高。如果谓词中有更简单的操作，如基本的字符串操作符和比较操作符，建议先执行这些操作，再使用 MATCHES ，以提高性能。

4. 从其他语言过渡到 Objective-C

许多程序员从其他语言转向 Objective-C 和 Cocoa 时会遇到困难，因为 Objective-C 的行为与大多数流行语言不同。对于新的 Objective-C 程序员，建议暂时抛开对编程的先入之见，以 Objective-C、Cocoa 和 Xcode 自身的规则去学习。通过阅读一些书籍和教程，积累一定的 Objective-C 经验后，再判断其他语言的技术和方法是否适用于 Cocoa 和 Objective-C。

4.1 从 C 语言过渡

Objective-C 是在 C 语言的基础上增加了一些面向对象的特性。Objective-C 程序员可以使用 C 语言的所有标准库，例如使用 malloc() 和 free() 处理动态内存，使用 fopen() 和 fgets() 处理文件。

当调用使用回调函数的 ANSI C 库时，不能直接让其调用 Objective-C 方法，因为回调函数需要符合 C 函数的签名，而实现 Objective-C 方法的函数需要先有 self 和 selector 参数。不过，大多数回调导向的库允许提供用户数据或指针。可以使用 Objective-C 对象的地址作为上下文指针，在回调函数中，将上下文指针转换为对象类型，然后向其发送消息。

下面是一个具体的例子，假设使用一个虚构的 C API XML 解析库，并在解析 XML 文件时将数据传递给 TreeWalker 类：

// 创建 TreeWalker 对象
TreeWalker *walker = [[TreeWalker alloc] init];
// 创建 XML 解析器
XMLParser parser;
parser = XMLParserLoadFile ("/tmp/badgers.xml");
// 设置解析器的回调函数，并使用 TreeWalker 对象作为上下文
XMLSetParserCallback (parser, elementCallback, walker);
// 回调函数
void elementCallback (XMLParser *parser, XMLElement *element, userData *context)
{
  TreeWalker *walker = (TreeWalker *) context;
  [walker handleNewElement: element inParser: parser];
}

整个过程的操作步骤如下：
1. 创建 TreeWalker 对象。
2. 创建 XML 解析器并加载 XML 文件。
3. 设置解析器的回调函数，并将 TreeWalker 对象作为上下文传递。
4. 在回调函数中，将上下文指针转换为 TreeWalker 对象类型，并向其发送消息。

4.2 从 C++ 语言过渡

C++ 有许多 Objective-C 所没有的特性，如多重继承、命名空间、操作符重载、模板、类变量、抽象类和标准模板库等。不过，Objective-C 有一些特性和技术可以替代或模拟这些功能。

例如，可以使用类别（categories）和协议（protocols）来实现类似多重继承或抽象基类的功能。如果需要通过多重继承引入额外的实例变量，可以使用组合的方式将一个对象包含在另一个对象中，并使用存根方法将消息重定向到第二个对象。还可以通过重写 forwardInvocation: 方法来模拟多重继承，但这种方法比真正的多重继承慢，并且设置起来比较麻烦。

C++ 和 Objective-C 在方法调度机制上也有很大的不同。C++ 使用基于虚函数表（vtable）的机制来确定调用哪个代码，这种方式速度快且安全，但不够灵活。而 Objective-C 使用运行时函数在各种类结构中查找要调用的代码，这种方式虽然速度较慢，但增加了灵活性和便利性。

在类型安全性方面，Objective-C 比 C++ 弱。Objective-C 可以向任何对象发送任何消息，这可能会导致运行时错误。不过，Objective-C 携带了大量关于类的元数据，可以使用反射来检查对象是否响应特定的消息，从而避免一些运行时错误。

此外，Objective-C 没有类变量，可以使用文件作用域的全局变量并提供访问器来模拟类变量。例如：

// 类声明
@interface Blarg : NSObject
{
}
+ (int) classVar;
+ (void) setClassVar: (int) cv;
@end

// 类实现
#import "Blarg.h"
static int g_cvar;
@implementation Blarg
+ (int) classVar
{
  return (g_cvar);
}
+ (void) setClassVar: (int) cv
{
  g_cvar = cv;
}
@end

5. Objective-C++：融合 C++ 和 Objective-C 的优势

Xcode 附带的 Clang 编译器支持一种名为 Objective-C++ 的混合语言，它允许自由混合 C++ 和 Objective-C 代码，但有一些小的限制。使用 Objective-C++ 可以在需要时获得类型安全性和底层性能，同时在合适的地方使用 Objective-C 的动态特性和 Cocoa 工具包。

一个常见的开发场景是将应用程序的核心逻辑放在一个可移植的 C++ 库中（如果正在构建跨平台应用程序），并使用平台的原生工具包编写用户界面。Objective-C++ 对于这种开发风格非常有帮助，既可以获得 C++ 的性能和类型安全性，又可以让用户获得与平台无缝融合的原生应用程序。

要让编译器将代码视为 Objective-C++，可以在源文件上使用 .mm 文件扩展名。虽然 .M 扩展名也可以工作，但由于 Mac 的 HFS+ 文件系统对大小写不敏感但会保留大小写，因此最好避免任何大小写依赖。

需要注意的是，Objective-C 和 C++ 的对象层次结构不能混合，即不能有一个 C++ 类继承自 NSView ，也不能有一个 Objective-C 类继承自 std::string 。

综上所述，无论是使用 NSPredicate 进行对象过滤，还是从其他语言过渡到 Objective-C，都需要深入理解其特性和机制，才能更好地进行编程开发。通过不断学习和实践，相信你可以熟练掌握 Objective-C 编程，为 iOS 和 OS X 开发打下坚实的基础。

《Objective-C 编程：NSPredicate 与跨语言过渡全解析》

6. 回调函数与上下文指针的运用总结

在从 C 语言过渡到 Objective-C 时，回调函数与上下文指针的运用是一个关键知识点。为了更清晰地理解，我们可以将其操作流程总结如下：

graph LR;
    A[创建 Objective-C 对象] --> B[初始化 C 库相关操作];
    B --> C[设置回调函数并传递对象地址作为上下文];
    C --> D[C 库调用回调函数];
    D --> E[在回调函数中转换上下文指针并发送消息];

具体步骤如下：
1. 创建并初始化 Objective-C 对象 ：例如创建 TreeWalker 对象，为后续接收消息做准备。
objc TreeWalker *walker = [[TreeWalker alloc] init];
2. 初始化 C 库相关操作 ：如加载 XML 文件，创建 XML 解析器。
objc XMLParser parser; parser = XMLParserLoadFile ("/tmp/badgers.xml");
3. 设置回调函数并传递上下文 ：将 C 函数作为回调函数，并把 Objective-C 对象的地址作为上下文传递给 C 库。
objc XMLSetParserCallback (parser, elementCallback, walker);
4. C 库调用回调函数 ：在 C 库执行相关操作时，会调用预先设置的回调函数。
5. 在回调函数中处理上下文 ：将上下文指针转换为 Objective-C 对象类型，并向其发送消息。
objc void elementCallback (XMLParser *parser, XMLElement *element, userData *context) { TreeWalker *walker = (TreeWalker *) context; [walker handleNewElement: element inParser: parser]; }

7. C++ 与 Objective-C 特性对比表格

为了更直观地对比 C++ 和 Objective-C 的特性差异，我们可以列出以下表格：
| 特性 | C++ | Objective-C |
| ---- | ---- | ---- |
| 多重继承 | 支持 | 可通过类别和协议模拟 |
| 命名空间 | 支持 | 可使用名称前缀替代 |
| 操作符重载 | 支持 | 不支持 |
| 模板 | 支持 | 不支持 |
| 类变量 | 支持 | 可使用文件作用域全局变量模拟 |
| 抽象类 | 支持 | 可使用协议实现 |
| 标准模板库 | 支持 | 不支持 |
| 方法调度机制 | 基于虚函数表，编译时确定 | 运行时查找，动态调度 |
| 类型安全性 | 高 | 低，可通过反射部分弥补 |
| 消息发送 | 编译时确定对象类型 | 可向任意对象发送消息 |

8. 不同字符串匹配操作符的使用场景

在使用 NSPredicate 进行字符串匹配时，不同的操作符适用于不同的场景。以下是一个使用场景的总结：
| 操作符 | 使用场景 | 示例 |
| ---- | ---- | ---- |
| BEGINSWITH | 匹配以特定字符串开头的情况 | "name BEGINSWITH 'Bad'" 匹配 “Badger” |
| ENDSWITH | 匹配以特定字符串结尾的情况 | "name ENDSWITH 'vis'" 匹配 “Elvis” |
| CONTAINS | 匹配包含特定字符串的情况 | "name CONTAINS udg" 匹配 “Judge” |
| LIKE | 需要灵活匹配字符数量时 | "name LIKE '???er*'" 匹配 “Paper Car” |
| MATCHES | 需要复杂的字符串匹配逻辑，如正则表达式 | "name MATCHES '^[A-Z].*'" 匹配以大写字母开头的名字 |

9. 开发中使用 Objective-C++ 的注意事项

在开发中使用 Objective-C++ 时，除了前面提到的文件扩展名和对象层次结构不能混合的问题，还有一些其他的注意事项：
1. 代码结构规划 ：在混合使用 C++ 和 Objective-C 代码时，要合理规划代码结构，将不同语言的代码分开管理，便于维护和调试。例如，可以将 C++ 代码放在 .cpp 文件中，Objective-C 代码放在 .m 文件中，而混合代码放在 .mm 文件中。
2. 内存管理 ：C++ 和 Objective-C 有不同的内存管理方式。C++ 通常使用手动内存管理（如 new 和 delete ），而 Objective-C 使用引用计数或 ARC（自动引用计数）。在混合代码中，要特别注意内存的分配和释放，避免内存泄漏。
3. 异常处理 ：C++ 支持异常处理机制（ try-catch ），而 Objective-C 通常使用错误对象来处理错误。在混合代码中，要确保异常处理的一致性，避免出现未处理的异常。
4. 性能优化 ：虽然 Objective-C++ 可以结合 C++ 的性能和 Objective-C 的动态特性，但在实际开发中，要根据具体情况进行性能优化。例如，对于性能敏感的部分，可以使用 C++ 实现；对于需要动态性的部分，可以使用 Objective-C 实现。

10. 总结与展望

通过对 NSPredicate 的学习，我们了解到它在过滤对象集合方面的强大功能，能够通过各种操作符实现灵活的字符串匹配和对象筛选。在从其他语言过渡到 Objective-C 的过程中，我们认识到不同语言之间的差异和 Objective-C 的独特特性，以及如何利用 Objective-C 的特性来替代或模拟其他语言的功能。而 Objective-C++ 的出现，为开发者提供了一种融合 C++ 和 Objective-C 优势的方式，使得开发者可以在不同的场景中选择最合适的语言特性。

在未来的开发中，随着移动应用和操作系统的不断发展，Objective-C 作为 iOS 和 OS X 开发的重要语言，仍然具有重要的地位。同时，随着技术的进步，我们也可以期待 Objective-C 不断吸收其他语言的优秀特性，进一步提升其开发效率和性能。对于开发者来说，不断学习和掌握这些知识和技能，将有助于我们在竞争激烈的开发领域中脱颖而出，开发出更加优秀的应用程序。

希望通过本文的介绍，能够帮助大家更好地理解和掌握 Objective-C 编程，为大家的开发之路提供一些有益的参考。让我们一起在 Objective-C 的世界中不断探索和创新！