50、Objective-C 开发基础与实践

Objective-C 开发基础与实践

1. 基础概念

在Objective-C中，对象的创建通常包括声明、分配和初始化三个步骤。示例代码如下：

NSObject *object; // Declaration
object = // Assignment
[NSObject alloc]; // Allocation
[object init]; // Initialization

需要注意的是，苹果建议不要将 alloc 和 init 分开在两行调用。

2. 标量类型

在C语言中，标量类型的宽度是特定的。而在Leopard系统中，引入了与宽度无关的标量类型，它们会解析为编译架构的原生宽度，具体如下表所示：
| Leopard | C | 描述 |
| ---- | ---- | ---- |
| NSInteger | int, long | 有符号整数 |
| NSUInteger | unsigned int, unsigned long | 无符号整数 |
| CGFloat | float, double | 浮点数 |

3. 日志记录

C语言的 printf 函数无法处理Objective-C对象，而 NSLog 函数不仅具备 printf 的所有标记和格式化功能，还增加了 %@ 标记，用于调用对象的 description 方法。

4. 字符串

在C语言中，字符串是由 NULL 结尾的字符数组。而在Objective-C中，建议使用 NSString 类。 NSString 作为对象，提供了多个内置方法和可变子类，还能处理Unicode等。可以使用编译器指令 @"This is a string" 来声明 NSString 常量。

5. 数组

C数组只是内存块，使用方括号运算符和指针算术进行操作，无法直接得知数组的长度。在Objective-C中，建议使用 NSArray ，它和 NSString 一样，具有方便的方法和可变子类，并且会在幕后进行优化，以使用最适合长度和操作要求的数据结构。

6. 布尔类型

在C语言中，没有布尔类型，零被视为假，非零被视为真。Objective-C保留了这一约定，并添加了标量类型 BOOL ，其值为 YES 和 NO 。

7. 相等性比较

C和Objective-C都使用 = 进行赋值，使用 == 表示相等。但在Objective-C中，对象由指针表示，使用 == 比较两个对象时，只有当它们是同一个指针时才会返回 true 。为了解决这个问题， NSObject 定义了 isEqual: 方法，用于比较对象的哈希值。不过，重写 isEqual: 并不容易，因为还需要重写 hash 方法，而且哈希计算比较复杂。许多类都有自己的相等性方法，如下表所示：
| 类 | 方法 |
| ---- | ---- |
| NSArray | isEqualToArray: |
| NSData | isEqualToData: |
| NSDate | isEqualToDate: |
| NSDictionary | isEqualToDictionary: |
| NSHashTable | isEqualToHashTable: |
| NSIndexSet | isEqualToIndexSet: |
| NSNumber | isEqualToNumber: |
| NSSet | isEqualToSet: |
| NSValue | isEqualToValue: |

在Xcode中，当输入 isEqual 时，按下 Esc 键可以打开自动完成列表，查看是否有更具体的补全选项。需要注意的是，不要使用 isEqualTo: ，它是AppleScript的一部分，不应直接使用。

8. 空类型

C语言使用零表示空，通常称为 NULL 。Objective-C除了 NULL ，还有 nil 、 Nil 和 NSNull 。 NULL 表示无， nil 表示无对象，即 nil 的类型为 id ；大写的 Nil 表示无类，类型为 Class 。 NSNull 是一个单例对象，通过 [NSNull null] 获取，用于在不允许实际为空的集合（如 NSArray ）中作为空占位符。不同空类型的布尔运算结果如下表所示：
| 操作 | NULL/nil/Nil | NSNull |
| ---- | ---- | ---- |
| (BOOL) _ | NO | YES |
| NULL / nil / Nil== | YES | NO |
| NULL / nil / Nil isEqual: _ | NO | NO |
| NSNull == | NO | YES |
| NSNull isEqual: ____ | NO | YES |

9. Objective-C内存管理

由于对象可能包含其他对象，多个对象可能包含同一个对象，因此存在释放他人仍在使用的对象的风险。当程序尝试访问不再拥有的内存时，会立即崩溃。为了降低这种风险，Objective-C使用引用计数系统。每个继承自 NSObject 的对象都有一个实例变量 retainCount ，对象通过 alloc 或 copy 创建时， retainCount 初始化为1。对对象感兴趣的人发送 retain 消息，使 retainCount 加1；不再感兴趣时发送 release 消息。当 retainCount 达到0时，对象被释放。

然而，当创建一个对象并将其传递给他人时，会出现问题。为了解决这个问题，可以使用自动释放池。通过发送 autorelease 消息，对象会被放入自动释放池，自动释放池会在事件循环的底部发送 release 消息。如果在自动释放池释放对象之前，所有人都已经释放了该对象，那么最终结果是相同的。但如果在长循环中创建和释放大量对象，程序员可能需要手动创建内部自动释放池并进行排水操作。

10. 面向对象编程

与过程式语言（如C）相比，面向对象编程（如Objective-C）可以将代码组织成称为类的结构化单元。从C的角度来看，类就像结构体、类型定义和函数库的组合。对象是类的单个实例。

11. 声明接口

下面是一个简单的Objective-C类的头文件示例：

#import <Cocoa/Cocoa.h>
@interface BMPerson : NSObject {
    NSString *name;
    NSUInteger age;
}
+ (BMPerson *)personWithName:(NSString *)aName age:(NSUInteger)anAge;
- (NSString *)name;
- (void)setName:(NSString *)aName;
- (NSUInteger)age;
- (void)setAge:(NSUInteger)anAge;
@end

具体步骤如下：
1. 导入应用框架，为了方便，可以直接导入整个Cocoa框架： #import <Cocoa/Cocoa.h> 。 #import 是 #include 的改进版本，只会在头文件未定义时添加。
2. 使用 @interface 声明接口，命名类为 BMPerson ，并使用 : 指定其父类为 NSObject 。
3. 在大括号内声明实例变量，如 NSString *name; 和 NSUInteger age; 。
4. 声明类方法和实例方法。类方法以 + 开头，实例方法以 - 开头。
5. 最后使用 @end 结束接口声明，并将文件保存为类名加 .h 扩展名的头文件。

12. 实现类

类的实现代码如下：

#import "BMPerson.h"
@implementation BMPerson
+ (BMPerson *)personWithName:(NSString *)aName age:(NSUInteger)anAge;
{
    BMPerson *newPerson = [[self alloc] init];
    [newPerson setName:aName];
    [newPerson setAge:anAge];
    return [newPerson autorelease];
}
- (id)init;
{
    if (![super init])
        return nil;
    name = nil;
    return self;
}
- (void)dealloc;
{
    [name release];
    name = nil;
    [super dealloc];
}
- (NSString *)name;
{
    return name;
}
- (void)setName:(NSString *)aName;
{
    if (name == aName)
        return;
    [name release];
    name = [aName retain];
}
- (NSUInteger)age;
{
    return age;
}
- (void)setAge:(NSUInteger)anAge;
{
    age = anAge;
}
@end

具体步骤如下：
1. 导入头文件： #import "BMPerson.h" 。导入系统框架时使用尖括号，导入自己的头文件时使用引号。
2. 使用 @implementation 指令和类名打开实现部分。
3. 实现类方法和实例方法。类方法的声明与头文件中相同，实现时可以直接复制粘贴。在类方法中，使用 self 来引用类本身。
4. init 方法用于对象的初始化，需要调用父类的 init 方法，并在失败时返回 nil 。
5. dealloc 方法用于对象的释放，需要释放对象的实例变量，并将指针置为 nil ，以避免悬空指针。

13. 类方法

以 + (BMPerson *)personWithName:(NSString *)aName age:(NSUInteger)anAge; 为例，其实现如下：

{
    BMPerson *newPerson = [[self alloc] init];
    [newPerson setName:aName];
    [newPerson setAge:anAge];
    return [newPerson autorelease];
}

在类方法中，使用 self 发送消息，因为每个方法在Objective-C中都会转换为函数， self 是传递给函数的第一个“秘密”参数，指向调用该函数的对象。在类方法中， self 指的是类本身。

工厂方法的优点是可以节省代码，尤其在频繁使用时，节省的代码量会很可观。例如，Foundation类（如 NSString 和 NSArray ）有很多工厂方法。

14. Init和Dealloc方法

init 方法是从父类 NSObject 继承而来的。在对象实例化时，先调用 alloc 方法分配内存，然后立即调用 init 方法进行初始化。如果子类重写了 init 方法，需要调用父类的 init 方法，并在失败时返回 nil 。

dealloc 方法用于在对象释放前清理资源。在 dealloc 方法中，需要释放对象的实例变量，并将指针置为 nil ，以避免悬空指针。例如：

- (void)dealloc;
{
    [name release];
    name = nil;
    [super dealloc];
}

每个类通常有一个指定的初始化方法，所有其他初始化方法都应该引用该方法。子类应该调用指定的初始化方法，而不是直接调用 init 方法。不过，通常需要查看文档才能确定哪个是指定的初始化方法。

综上所述，Objective-C在内存管理、面向对象编程等方面有其独特的机制和方法。开发者需要深入理解这些概念，才能编写出高效、稳定的代码。

Objective-C 开发基础与实践

15. 方法调用机制与 self 和 super 的使用

在Objective-C中，方法调用是通过消息传递机制实现的。当发送一个消息给对象时，消息系统会查找相应的函数并调用它。在这个过程中，除了传递的参数外，还会传递一些“秘密”参数。其中， self 就是这样一个参数，它指向调用该方法的对象。

在类方法中， self 代表类本身。例如在 + (BMPerson *)personWithName:(NSString *)aName age:(NSUInteger)anAge; 方法中，使用 [[self alloc] init] 来创建对象，这里的 self 指的是 BMPerson 类。而在实例方法中， self 代表对象实例。比如在 - (NSString *)name; 方法中， self 就是调用该方法的 BMPerson 对象实例。

super 则用于调用父类的方法。当子类重写了父类的方法，但又想在子类方法中调用父类的实现时，就可以使用 super 。例如在 - (id)init; 方法中， if (![super init]) 就是调用父类 NSObject 的 init 方法。

16. 工厂方法的优势与应用场景

工厂方法是Objective-C中一种常用的创建对象方式，它提供了一种便捷的对象创建和初始化途径。以 BMPerson 类的 + (BMPerson *)personWithName:(NSString *)aName age:(NSUInteger)anAge; 方法为例，它封装了对象的创建和初始化过程。

工厂方法的优势主要体现在以下几个方面：
- 代码简洁 ：减少了重复的对象创建和初始化代码。例如，如果需要多次创建 BMPerson 对象，使用工厂方法可以避免每次都写 [[BMPerson alloc] init] 、设置属性等代码。
- 提高可维护性 ：如果对象的创建和初始化逻辑发生变化，只需要修改工厂方法的实现，而不需要在每个创建对象的地方进行修改。
- 支持单例优化 ：在某些情况下，工厂方法可以实现单例模式，确保一个类只有一个实例。

工厂方法适用于以下场景：
- 频繁创建对象 ：当需要频繁创建某个类的对象时，使用工厂方法可以节省大量代码。
- 对象创建逻辑复杂 ：如果对象的创建和初始化过程比较复杂，使用工厂方法可以将这些逻辑封装起来，使代码更加清晰。

17. 自动释放池的使用与管理

自动释放池是Objective-C中用于管理对象生命周期的重要机制。在前面提到的内存管理中，当创建一个对象并将其传递给他人时，使用自动释放池可以解决对象释放的问题。

自动释放池的使用步骤如下：
1. 创建自动释放池 ：可以使用 NSAutoreleasePool 类来创建自动释放池。例如：

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

2. 将对象放入自动释放池 ：通过调用对象的 autorelease 方法，将对象放入自动释放池。例如：

BMPerson *person = [[[BMPerson alloc] init] autorelease];

3. 释放自动释放池 ：在自动释放池的生命周期结束时，调用 drain 或 release 方法释放自动释放池。例如：

[pool drain];

在长循环中创建和释放大量对象时，手动创建内部自动释放池并进行排水操作是很有必要的。例如：

for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    NSAutoreleasePool *innerPool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
    // 创建和使用对象
    BMPerson *person = [[[BMPerson alloc] init] autorelease];
    [innerPool drain];
}

18. 相等性比较的深入理解

在Objective-C中，对象的相等性比较是一个需要注意的问题。使用 == 比较两个对象时，比较的是对象的指针是否相同，而不是对象的内容是否相同。为了比较对象的内容， NSObject 定义了 isEqual: 方法。

不同类有自己的相等性方法，如下表所示：
| 类 | 方法 |
| ---- | ---- |
| NSArray | isEqualToArray: |
| NSData | isEqualToData: |
| NSDate | isEqualToDate: |
| NSDictionary | isEqualToDictionary: |
| NSHashTable | isEqualToHashTable: |
| NSIndexSet | isEqualToIndexSet: |
| NSNumber | isEqualToNumber: |
| NSSet | isEqualToSet: |
| NSValue | isEqualToValue: |

重写 isEqual: 方法时，需要同时重写 hash 方法，因为 isEqual: 方法通常是基于对象的哈希值进行比较的。但是，哈希计算比较复杂，所以在很多情况下，通过比较对象的一些属性（如字符串的长度、数组的元素数量等）来快速判断对象是否不相等，比生成哈希值更加高效。

19. 空类型的区别与应用

Objective-C中有多种空类型，包括 NULL 、 nil 、 Nil 和 NSNull ，它们的含义和应用场景有所不同。
- NULL ：在C语言中， NULL 用于表示空指针，在Objective-C中也保留了这个概念，通常用于表示没有指向任何对象的指针。
- nil ：表示无对象，其类型为 id 。在Objective-C中，如果向 nil 发送消息，不会引发崩溃，而是返回 nil 。例如：

NSString *str = nil;
NSString *result = [str uppercaseString]; // result 为 nil

• Nil ：表示无类，其类型为 Class 。通常用于表示没有指向任何类的指针。
• NSNull ：是一个单例对象，用于在集合（如 NSArray 、 NSDictionary 等）中表示空值。因为集合中不允许直接存储 nil ，所以可以使用 NSNull 作为占位符。例如：

NSArray *array = [NSArray arrayWithObjects:@"one", [NSNull null], @"three", nil];

不同空类型的布尔运算结果如下表所示：
| 操作 | NULL/nil/Nil | NSNull |
| ---- | ---- | ---- |
| (BOOL) _ | NO | YES |
| NULL / nil / Nil== | YES | NO |
| NULL / nil / Nil isEqual: _ | NO | NO |
| NSNull == | NO | YES |
| NSNull isEqual: ____ | NO | YES |

20. 面向对象编程的优势与实践

面向对象编程（OOP）是Objective-C的核心编程范式，与过程式语言（如C）相比，它具有以下优势：
- 代码组织性强 ：将代码组织成类和对象，每个类负责特定的功能，使代码结构更加清晰，易于理解和维护。
- 可重用性高 ：可以通过继承和组合的方式重用已有的类和代码，减少代码重复。
- 可扩展性好 ：可以通过继承和多态的方式扩展类的功能，而不需要修改现有的代码。

在实践中，使用Objective-C进行面向对象编程时，需要注意以下几点：
- 合理设计类 ：类的设计应该遵循单一职责原则，即一个类只负责一个特定的功能。
- 正确使用继承和多态 ：继承可以实现代码的重用，多态可以提高代码的灵活性。
- 注意内存管理 ：在使用对象时，需要正确管理对象的生命周期，避免内存泄漏和悬空指针。

21. 总结与建议

通过对Objective-C的基础概念、内存管理、面向对象编程等方面的学习，我们可以看到Objective-C是一门功能强大、灵活的编程语言。在开发过程中，需要注意以下几点：
- 深入理解内存管理 ：掌握引用计数和自动释放池的使用，避免内存泄漏和悬空指针。
- 合理使用面向对象编程 ：设计合理的类和对象，充分发挥继承、多态等特性的优势。
- 注意代码规范 ：遵循Objective-C的代码规范，提高代码的可读性和可维护性。

希望以上内容对大家学习和使用Objective-C有所帮助，在实际开发中不断实践和探索，提高自己的编程水平。

通过以上内容，我们对Objective-C的各个方面有了更深入的了解，从基础概念到具体的编程实践，每个环节都有其重要性。在实际开发中，我们需要综合运用这些知识，编写出高效、稳定的代码。

下面是一个简单的mermaid流程图，展示了对象创建和初始化的过程：

graph TD;
    A[开始] --> B[发送alloc消息给类];
    B --> C[返回未初始化的对象];
    C --> D[发送init消息给对象];
    D --> E{父类init是否成功};
    E -- 是 --> F[初始化子类实例变量];
    E -- 否 --> G[返回nil];
    F --> H[返回初始化后的对象];
    H --> I[结束];
    G --> I;

这个流程图清晰地展示了对象创建和初始化的步骤，以及在初始化过程中可能出现的情况。在实际编程中，我们需要严格按照这个流程来创建和初始化对象，确保对象的正常使用。