iOS的进阶之路

本文详细介绍了iOS系统的四层架构:触摸层、媒体层、核心服务层和核心操作系统层,涉及众多关键框架及其功能。同时,深入解析了内存管理中的五大区域:代码区、常量区、静态区、堆区及栈区的特点与用途。

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作为一个程序员,可能你每天的任务只是按照产品经理的设计完成不同的界面,或许在这样年复一日的工作中,你的技术得到了提升,但却缺少对自己知识系统的总结,这样的进步无疑是缓慢的。博主本人会从一些基本的知识点持续更新相关的文章,期待你的关注。

一、iOS系统架构

一、触摸层(Cocoa Touch)

为应用程序开发提供了各种常用的框架并且大部分框架与界面有关,本质上来说它负责用户在iOS设备上的触摸交互操作。

下面看几个重要的框架:

  • AddressBook.framework:包含直接访问用户联系人数据库的函数。
  • AddressBookUI.framework:包含显示系统定义的联系人挑选界面和编辑界面的类。
  • EventKit.framework:包含访问用户日历事件数据的接口。
  • EventKitUI.framework:包含显示标准系统日历界面的类。
  • GameKit.framework:只能用于iOS设备之间同个应用内连接,多用于游戏中
  • iAd.framework:包含在应用程序中显示广告的类。
  • MapKit.framework:包含将地图界面嵌入到应用程序的类,也可以用于查找地理编码反向坐标。
  • MessageUI.framework:包含撰写和排队发送电子邮件信息的界面。
  • UIKit.framework:包含iOS应用程序用户界面层使用的类和方法。

二、媒体层(Media)

提供应用中视听方面的技术,如图形图像相关的CoreGraphicsCoreImageGLKitOpenGL ESCoreTextImageIO等等。声音技术相关的CoreAudioOpenALAVFoundation,视频相关的CoreMediaMedia Player框架,音视频传输的AirPlay框架等等。

下面看几个重要的框架:

  • AssetsLibrary.framework:包含显示用户照片和视频的类。
  • AudioToolbox.framework:包含处理音频流数据以及播放或录制音频的接口。
  • AudioUnit.framework:包含加载并使用音频单元的接口。
  • AVFoundation.framework:包含播放或录制音频的Objective-C接口。
  • CoreAudio.framework:包含Core Audio框架使用的各种数据类型。
  • CoreGraphics.framework:包含Quartz 2D接口。
  • ImageIO.framework:包含读取或写入图像数据的类。
  • MediaPlayer.framework:包含显示全屏视频的接口。
  • OpenAL.framework:包含OpenAL接口。OpenAL是一个跨平台的方位音频库。
  • OpenGLES.framework:包含OpenGL ES接口。OpenGL ES框架是OpenGL跨平台2D和3D渲染库的跨平台版本。
  • QuartzCore.framework:包含Core Animation接口

三、Core Services(核心服务层)

提供给应用所需要的基础的系统服务。如Accounts账户框架,广告框架,数据存储框架,网络连接框架,地理位置框架,运动框架等等。这些服务中的最核心的是CoreFoundationFoundation框架,定义了所有应用使用的数据类型。

下面看几个重要的框架:

  • CFNetwork.framework:包含通过WiFi或者蜂窝无线访问网络的接口。
  • CoreData.framework:包含管理应用程序数据模型的接口。
  • CoreFoundation.framework:提供一些基本软件服务,包括常见数据类型抽象、字符串实用工具、群体类型实用工具、资源管理以及偏好设置。
  • CoreLocation.framework:包含确定用户方位信息的接口。
  • CoreMedia.framework:包含操作音频和视频的底层例程。
  • CoreMotion.framework:包含访问加速度计以及陀螺仪的数据的接口。
  • CoreTelephony.framework:包含访问电话相关的信息的例程。
  • CoreVideo.framework:包含操作音频和视频的底层例程。请不要直接使用该框架。
  • Foundation.framework:包含Cocoa Foundation层的类和方法。
  • MobileCoreServices.framework:定义系统支持的统一类型标识符(UTIs)
  • QuickLook.framework:包含预览文件接口。
  • StoreKit.framework:包含用于处理与应用程序内购买相关的财务交易。
  • SystemConfiguration.framework:包含用于处理设备网络配置的接口。

四、核心操作系统层(Core OS)

包含大多数低级别接近硬件的功能,它所包含的框架常常被其它框架所使用。Accelerate框架包含数字信号,线性代数,图像处理的接口。针对所有的iOS设备硬件之间的差异做优化,保证写一次代码在所有iOS设备上高效运行。CoreBluetooth框架利用蓝牙和外设交互,包括扫描连接蓝牙设备,保存连接状态,断开连接,获取外设的数据或者给外设传输数据等等。Security框架提供管理证书,公钥和私钥信任策略,keychain,hash认证数字签名等等与安全相关的解决方案。

下面看其中几个比较重要的框架:

  • Accelerate.framework:包含加速数学和DSP函数。
  • ExternalAccessory.framework:包含与外设进行通讯的接口。
  • Security.framework:包含管理证书、公钥私钥以及信任策略的接口。

二、内存五大区

作为一个程序员对内存五大区必须耳熟能详:

他们从低地址到高地址依次为:代码区-常量区-静态区(已经初始化-未初始化)-堆区-栈区

一、代码区

存放函数的二进制代码,函数名代表该函数体的二进制指令,所在内存空间的首地址

1.系统分配,系统释放
2.程序加载到内存时分配,程序运行结束后释放
3.只读,可执行
4.生存期:整个程序运行期
5.函数名所代表的代码段首地址所在地

二、常量区

存放常量字符串,程序结束后由系统释放

该区是编译时分配的内存空间,在程序运行过程中,此内存中的数据一直存在,程序结束后由系统释放。
存放常量:整型、字符型、浮点、字符串等。

 比如:

1.使用const关键字‌:这是声明常量的基本方法,例如 const double PI = 3.14159;。这种方式定义的常量具有固定的值,且在程序运行期间不可更改。

3.使用typedefenum‌:通过定义枚举类型或使用typedef为类型定义别名,可以创建一组相关的常量值,例如 typedef enum { kTagLanguageView = 100, kTagSeriesView, ... } TagSystemViews;。这种方式定义的常量在程序中直接使用预定义的标识符表示,具有固定的值,不可更改。

4.使用静态常量声明‌:在.m.mm文件中,可以使用静态常量声明,例如 static NSString *const BlockColorAlphaComponentKey = @"blockColorAlphaComponent";

在OC中使用const和define定义字符串时,const具有明显的优势。

1.类型检查和安全性

  • const‌:const定义的常量具有明确的数据类型,编译器会在编译阶段进行类型检查,这有助于提高程序的类型安全性,减少运行时错误‌。
  • #define‌:#define宏定义不提供类型信息,只是简单的文本替换,不会进行类型检查,这可能导致意料之外的行为和错误‌。

2.作用域和封装性

  • const‌:const定义的常量可以在文件、函数或代码块级别限制其可见范围,增强程序的封装性和模块化‌。
  • #define‌:宏定义从定义点开始到文件结束都是可见的,没有作用域限制,这可能导致全局命名冲突和不必要的变量重复定义‌。

3.存储方式和内存占用

  • const‌:const定义的常量通常存储在内存中,可以有地址,并且可以通过指针访问。这有助于节省空间,避免不必要的内存分配‌。
  • #define‌:宏定义在预处理阶段展开后直接嵌入代码中,不会产生内存分配,但可能会导致二进制文件变大‌。

4.调试和维护

  • const‌:const常量可以进行调试。
  • #define‌:#define宏常量在预编译阶段就已经替换掉了,因此不能进行调试‌。

三、静态区(静态存储区)

是内存中用于存储生命周期与程序运行周期相同的数据区域。

静态区有两大区:

  • 数据区:数据段用来存放可执行文件中已初始化全局变量,换句话说就是存放程序静态分配的变量和全局变量。

  • BSS区:BSS段包含了程序中未初始化全局变量

静态区的存储内容:

1.全局变量:在函数外部定义的变量,整个程序运行期间都存在

2.静态局部变量:用static修饰的局部变量,只会初始化一次,函数调用结束后值会保留。

全局变量:

NSString *name = @"jack";//全局变量

@interface TestViewController23ViewController ()

@end

@implementation TestViewController23ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

}

全局静态变量:是在程序的任何地方都可以访问的变量,但它仅在声明它的文件(或单元)内可见。这意味着其他文件不能直接访问这些变量,增加了封装性和数据隐藏性。

static int globalStaticVariable = 0;//全局静态变量

@interface TestViewController23ViewController ()

@end

@implementation TestViewController23ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

}

// 在同一个文件中
- (void)someFunction1 {
    globalStaticVariable++;
}
// 在同一个文件中
- (void) anotherFunction {
    printf("Global Static Value: %d\n", globalStaticVariable);
}

 局部静态变量:是在函数内部定义的,但其生命周期贯穿整个程序运行期间。这意味着,即使函数调用结束后,局部静态变量的值也会保持不变,直到程序结束。

//局部静态变量
- (void)someFunction2 {
    static int localStaticVariable = 0;
    localStaticVariable++;
    printf("Local Static Value: %d\n", localStaticVariable);
}

未初始化的全局变量和静态变量存放在一块区域(BSS段),已初始化的全局变量和静态变量在相邻的另一块区域(DATA段),程序结束后由系统释放。

int a;未初始化的。
int a = 1;已初始化的。

#import "ViewController.h"

NSSting *name = @"alice";  //全局变量,在其他文件中通过 extern 关键字 可以访问到。

static NSString *nikeNmae = @"dave" //静态全局变量,只可以在本文件中访问到。

int age = 24;//全局初始化区(数据区)
NSString *name;//全局未初始化区(BSS区)

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
 
    [super viewDidLoad];
    int tmpAge;//栈
    NSString *tmpName = @"Dely";//tmpName在栈区  @"Dely" 在常量区

NSMutableArray *array = [NSMutableArray arrayWithCapacity:1];
//分配而来的8字节的区域就在堆中,array在栈中,指向堆区的地址
 NSInteger total = [self getTotalNumber:1 number2:1];

}

- (NSInteger)getTotalNumber:(NSInteger)number1 number2:(NSInteger)number2{
    return number1 + number2;//number1和number2 栈区
}

@end

四、堆区(heap)

1.程序员自己分配,释放
2.代码执行过程中分配,释放
3.自由存储,空间很大
4.小心内存泄漏
5.生存期:分配代码开始到释放代码结束
6.作用域:视首地址持有者属性而定
7.无法初始化,开始为野值(使用memset)。
malloc free memcpy

五、栈区(stack)

1.系统分配,系统释放
2.代码执行过程中分配,释放
3.普通局部变量,形式参数(函数形参)
4.生存期:复合语句或函数开始运行到复合或函数运行结束
5.作用域:复合语句或函数内
6.未初始化时为野值
7.先进后出
8.空间有限

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