iOS的进阶之路

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#ios #程序员 #界面 #技术 #设计

于 2017-05-17 11:21:07 首次发布

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设备之间的同个应用内连接,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CoreGraphics、CoreImage、GLKit、OpenGL ES、CoreText、ImageIO等等。声音技术相关的CoreAudio、OpenAL、AVFoundation，视频相关的CoreMedia、Media 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CoreFoundation和Foundation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typedef和enum‌：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或.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