从C/C++语言到Objective-C语言

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原文链接 : http://www.yifeiyang.net/iphone-development-introduction-7-from-the-c-c-language-to-objective-c-language/

Objective-C，通常写作ObjC和较少用的Objective C或Obj-C，是扩充C的面向对象编程语言。所以有一定C/C++语言基础理解和掌握Objective-C也会相应的快些。这回，我们将比较着学习 Objective-C语言，掌握其语法并理解其思想。

语法

让我们先来看看C++和Objective-C中对于类的宣言 :

C++


Objective-C

通过比较上面两段代码，从语法的角度上我们看到 Objective-C 语言有以下特点:

• 用 #import 取代了 #include

      #import 相当于 C/C++ 语言中的 #include＋#pragma once。当头文件嵌套包含的时候，它的作用就发挥出来了。
        当某一头文件已经被读取后，又一次被 #include 的时候，#pragma once 这会跳过该次读取。
      比如我们在C/C++语言的头文件中常常这样定义，就是为了实现 #pragma once 而做的 :

• 继承的时候没有限定符
  继承都是 public 的。
• 没有构建和虚构函数
• 成员变量/函数没有限定符
  成员变量缺省是 private 的，而函数是 public 的。
• 没有const关键字
• 没有virtual关键字
  Objec tive-C 中函数缺省的就是 virtual 的。

      接下来再看看具体的实现 :

C++

Objective-C

• 实例方法

      方法前面的“-”是实例方法（类似于C++中的类成员函数）

• 类方法

      前缀为“+”的是类方法（类似于C++中的静态成员函数，或者是全局函数）

• 类变量

      与C/C++语言中的静态变量一样，Objective-C 中的类变量就是以 static 声明的变量。（只在当前定义文件中有效）
      如果子类也想参照父类中的类变量的时候，须定义属性参照方法（类方法）。（这与面向对象中的封装概念有所背驰，降低了凝聚度 ）

• 单一继承

      Objective-C 与 Java 语言一样，都是单一继承。 如果想实现多重继承，可以只用类似Java 中 implements 的方法。（Objective-C 中叫做 protocol）

• 发送消息

      Objective-C 中类似于C/C++中函数调用的地方都被称作“发送消息 ”。调用某个函数，被称为发送了某个消息。其形式如下图所示 :
 

Objective-C的发送消息

• 方法，SEL，方法实现

      Objective-C 中方法，SEL型，实现的关系如如下图所示 :
 
Objective-C的方法

概念

SEL，IMP的定义

接下来，我们来看看 Objective-C 语言中的头文件 objc.h 的定义 :

id
id和void *并非完全一样。 在上面的代码中，id是指向struct objc_object的一个指针，这个意思基本上是说，id是一个指向任何一个继承了Object（或者NSObject）类的对象。 需要注意的是id 是一个指针，所以你在使用id的时候不需要加星号。 比如id foo=nil定义了一个nil指针，这个指针指向NSObject的一个任意子类。而id *foo=nil则定义了一个指针，这个指针指向另一个指针，被指向的这个指针指向NSObject的一个子类。

nil
nil和C语言的NULL相同，在objc/objc.h中定义。 nil表示一个Objctive-C对象，这个对象的指针指向空 （没有东西就是空）。
Nil
首字母大写的Nil和nil有一点不一样， Nil定义一个指向空的类 （是Class，而不是对象）。
SEL
SEL是“selector”的一个类型，表示一个方法的名字。比如以下方法：

-[Foo count] 和 -[Bar count] 使用同一个selector，它们的selector叫做count。

在上面的头文件里我们看到，SEL是指向 struct objc_selector的指针， 但是objc_selector是什么呢？那么实际上，你使用GNU Objective-C的运行时间库和NeXT Objective-C的运行运行时间库（Mac OS X使用NeXT的运行时间库）时,它们的定义是不一样的。实际上Mac OSX仅仅将SEL映射为C字符串。比如，我们定义一个Foo的类，这个类带有一个- (int) blah方法，那么以下代码：

会输出为 SEL=blah。说白了SEL就是返回方法名 。

这样的机制大大的增加了我们的程序的灵活性，我们可以通过给一个方法传递SEL参数，让这个方法动态的执行某一个方法；我们也可以通过配置文件指定需要执行的方法，程序读取配置文件之后把方法的字符串翻译成为SEL变量然后给相应的对象发送这个消息。

在 Objective-C 运行时库中，selector 是作为数组来管理的。这都是从效率的角度出发：函数调用的时候，不是通过方法名字比较而是指针值的比较来查找方法，由于整数的查找和匹配比字符串要快得多，所以这样可以在某种程度上提高执行的效率。

这样就必须保证所有类中的 selector 须指向同一实体（数组）。一旦有新的类被定义，其中的 selector 也需要映射到这个数组中。

实际情况下，总共有两种 selector 的数组：预先定义好的内置selector数组 和 用于 动态追加的selector数组 。

• 内置selector

简单地说，内置的selector就是一个大的字符串数组。定义在objc-sel-table.h文件中:

可以看到，数组的大小NUM_BUILTIN_SELS定义为16371 。字符串按照字母顺序排序，简单的都是为了运行时检索的速度（二分法查找 ）。 从定义好的 selector 名称我们可以看到一些新的方法名称，比如 CIConetext，CI开头的方法是由Tiger开始导入的程序库。
每次系统更新的时候，这个数组也是需要更新的。

• 动态追加selector

另一个用于动态追加的 selector,其定义在 objc-sel.m 和 objc-sel-set.m 文件中 新的 selector 都被追加到 _buckets 成员中，其中追加和搜索使用 Hash 算法 。

IMP

从上面的头文件中我们可以看到，IMP定义为

这样说来，IMP是一个指向函数的指针 ，这个被指向的函数包括id(“self”指针)，调用的SEL（方法名），再加上一些其他参数。说白了IMP就是实现方法 。

我们取得了函数指针之后，也就意味着我们取得了执行的时候的这段方法的代码的入口 ，这样我们就可以像普通的C语言函数调用一样使用这个函数指针。 当 然我们可以把函数指针作为参数传递到其他的方法，或者实例变量里面，从而获得极大的动态性。我们获得了动态性，但是付出的代价就是编译器不知道我们要执行 哪一个方法所以在编译的时候不会替我们找出错误，我们只有执行的时候才知道，我们写的函数指针是否是正确的。所以，在使用函数指针的时候要非常准确地把握 能够出现的所有可能，并且做出预防。尤其是当你在写一个供他人调用的接口API的时候，这一点非常重要。

方法的定义

在头文件 objc-class.h 中，有方法的定义 :

这个定义看上去包括了我们上面说过的其他类型。也就是说，Method（我们常说的方法）表示一种类型，这种类型与selector和实现(implementation)相关。

最初的SEL是方法的名称method_name。char型的method_types表示方法的参数。最后的IMP就是实际的函数指针，指向函数的实现。

Class的定义

Class（类）被定义为一个指向struct objc_class的指针，在objc/objc-class.h中它是这么定义的：

由以上的结构信息，我们可以像类似于C语言中结构体操作一样来使用成员。比如下面取得类的名称:

发送消息与函数调用的不同

Objective-C的消息传送如下图所示 :

发送消息的过程，可以总结为以下内容 :

• 首先，指定调用的方法
• 为了方法调用，取得 selector

      源代码被编译以后，方法被解释为 selector。这里的 selector 只是单纯的字符串。

• 消息发送给对象B

      消息传送使用到了 objc_msgSend 运行时API。这个API只是将 selector 传递给目标对象B。

• 从 selector 取得实际的方法实现

      首先，从对象B取得类的信息，查询方法的实现是否被缓存（上面类定义中的struct objc_cache *cache;）。如果没有被缓 存，则在方法链表中查询（上面类定义中的struct objc_method_list **methodLists;）。

• 执行

      利用函数指针，调用方法的实现。这时，第一个参数是对象实例，第二个是 selector。

• 传送返回值

      利用 objc_msgSend API 经方法的返回值传送回去。

简单地从上面发送消息的过程可以看到，最终还是以函数指针的方式调用了函数。为什么特意花那么大的功夫绕个大圈子呢？

这些年，随着程序库尺寸的扩大，动态链接库的使用已经非常普遍。就是说，应用程序本身并不包括库代码，而是在启动时或者运行过程中动态加载程序库。这样一来一方面可以减小程序大小，另一方面可以提升了代码重用（不用再造轮子）。但是，随之带来了向下兼容的问题。

如果程序库反复升级，添加新的方法的时候，开发者与用户间必须保持一致的版本，否则将产生运行时错误。一般，解决这个问题是，调用新定义的方法的时 候，实现检查当前系统中是否存在新方法的实现。如果没有，跳过它或者简单地产生警告信息。 Objective-C中的respondsToSelector:方法就可以用来实现这样的动作。

但是，这并不是万全的解决方案。如果应用程序与新的动态程序库（含有新定义的API）一起编译后，新定义的API符号也被包含进去。而这样的应用程 序放到比较旧的系统（旧的动态程序库）中运行的时候，因为找不到链接符号，程序将不能启动。这就是 win32系统中常见的「DLL地域」。

为了解决这个问题，Objective-C 编译得到的二进制文件中，函数是作为 selector 来保存的 。就是说，不管调用什么函数，二进制文件中不会包含符号信息。为了验证 Objective-C 编译的二进制文件是否包含符号信息，这里用 nm 命令来查看。

源代码如下 :

这里调用了 alloc、initWithString:、length 等方法。

可以看到，这里没有alloc、initWithString:、length3个方法的符号。所以，即使我们添加了新的方法，也可以在任何新旧系 统中运行。当然，函数调用之前，需要使用 respondsToSelector: 来确定方法是否存在。正是这样的特性，使得程序可以运行时动态地查询要执行的方法，提高了 Objective-C 语言的柔韧性。

Target-Action Paradigm

Objective-C 语言中，GUI控件对象间的通信利用 Target-Action Paradigm。不像其他事件驱动的 GUI 系统实现的那样，需要以回调函数的形式注册消息处理函数（Win32/MFC，Java AWT, X Window）。Target-Action Paradigm 完全是面向对象的事件传递机制。

例如用户点击菜单的事件，用Target-Action Paradigm来解释就是，调用菜单中被设定目标的Action。这个Action对应的方法不一定需要实现。目标与Action的指定与方法的实现没 有关系，源代码编译的时候不会检测，只是在运行时确认（参考前面消息传送的机制）。

运行时，通过respondsToSelector: 方法来检查实现的情况。如果有实现，那么使用performSelector:withObject: 来调用具体的Action，像是下面的代码:

通过这样的架构，利用 setTarget: 可以更该其他的目标，或者 setAction: 变换不同的Action。实现动态的方法调用。