iOS中Cocoa框架·Runtime及isa指针知识·填坑

Cocoa框架是iOS应用程序的基础,了解Cocoa框架,对开发iOS应用有很大的帮助。

1、Cocoa是什么?

Cocoa是OS X和 iOS操作系统的程序的运行环境。

是什么因素使一个程序成为Cocoa程序呢?不是编程语言,因为在Cocoa开发中你可以使用各种语言;也不是开发工具,你可以在命令行上就可以创建Cocoa程序。Cocoa程序可以这么说,它是由一些对象组成,而这些对象的类最后都是继承于它们的根类 :NSObject。而且它们都是基于Objective-C运行环境的。

1.1、Cocoa框架

iOS中,Cocoa众多框架中最重要最基本的两个框架是:Foundation 和 UIKit。

Foundation 和界面无关,也可以说和界面无关的类基本是Foundation框架的,和界面相关的是UIKit框架。

这两个框架在系统中处于的位置如图:

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1.2、Foundation框架

好吧,那我们看看两个框架的类组织架构图,第一个先看Foundation的,三个图,包括了Foundation所以的类,图中灰色的是iOS不支持的,灰色部分是OS X系统的。

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将上图Foundation框架中的类进行逻辑分类如下:

  • 值对象
  • 集合
  • 操作系统服务,包括下面三个:

文件系统和URL进程间通讯。 这个范畴中的大部分类代表不同的系统端口、套接字、和名字服务器,对实现底层的IPC很有用。NSPipe代表一个BSD管道,即一种进程间的单向通讯通道。 线程和子任务。 NSThread类使您可以创建多线程的程序,而各种锁(lock)类则为彼此竞争的线程在访问进程资源时提供各种控制机制。通过NSTask,您的程序可以分出 一个子进程来执行其它工作或进行进度监控。

  • 通知
  • 归档和序列化
  • 表达式和条件判断
  • Objective-C语言服务

1.3 UIKit框架

应用程序可以通过三种方式使用UIKit创建界面

  • 在用户界面工具(interface Buidler)从对象库里 拖拽窗口,视图或者其他的对象使用。
  • 用代码创建
  • 通过继承UIView类或间接继承UIView类实现自定义用户界面

框架类组织架构图:

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在图中可以看出,responder 类是图中最大分支的根类,UIResponder为处理响应事件和响应链 定义了界面和默认行为。当用户用手指滚动列表或者在虚拟键盘上输入时,UIKit就生成时间传送给UIResponder响应链,直到链中有对象处理这个事件。相应的核心对象,比如:UIApplication ,UIWindow,UIView都直接或间接的从UIResponder继承。

2、Cocoa对象

2.1 Objective-C是面向对象的语言

Objective-C和Java C++一样,有封装,继承,多态,重用。但是它不像C++那样有重载操作法、模版和多继承,也没有Java的垃圾回收机制。

2.2 Objective-C的优点

Objective-C语言有C++ Java等面向对象的特点,那是远远不能体现它的优点的。Objective-C的优点是它是动态的。动态能力有三种:

  • 动态类-运行时确定类的对象
  • 动态绑定-运行时确定要调用的方法
  • 动态加载--运行时为程序加载新的模块

2.3 动态能力相关的isa指针

每个Objective-C对象都有一个隐藏的数据结构,这个数据结构是Objective-C对象的第一个成员变量,它就是isa指针。这个指针指向哪呢?它指向一个类对象(class object 记住它是个对象,是占用内存空间的一个变量,这个对象在编译的时候编译器就生成了,专门来描述某个类的定义),这个类对象包含了Objective-C对象的一些信息(为了区分两个对象,我把前面提到的对象叫Objective-C对象),包括Objective-C对象的方法调度表,实现了什么协议等等。这个包含信息就是Objective-C动态能力的根源了。

那我们看看isa指针类型的数据结构是什么样的?如果抛开NSObject对象的其他的成员数据和变量,NSObject可以看成这样:

@interface NSObject <NSObject> {
     Class isa;
}

不考虑@interface关键字在编译时的作用,可以把NSObject更接近C语言结构表示为:

struct NSObject{
    Class isa;
  }

Class是用typedef定义的

typedef struct objc_class *Class;

那NSObject可以这么写了

struct NSObject{
   objc_class *isa
 }

其中objc_class的结构是什么样的呢?大概是这样的:

struct objc_class {  
     Class isa;  
       
     Class super_class;  
       
     const char *name;  
       
     long version;  
     long info;  
       
     long instance_size;  
     struct objc_ivar_list *ivars;  
     struct objc_method_list **methodLists;   
       
     struct objc_cache *cache;  
     struct objc_protocol_list *protocols;     
} 

这里会看到,在这个结构体里还有一个isa指针,又是一重指向,是不是有种到了盗梦空间的感觉。不用紧张,take easy,不会有那么多层次的,这里的isa指针指向的是元类对象(metaclass object),带有元字,证明快到头了。那元类对象有啥用呢?它用来存储的关于类的版本,名字,类方法等信息。所有的元类对象(metaclass object)都指向NSObject的元类对象,到头还是NSObject。一共三次:类对象->元类对象->NSObject元类对象。

为了得到整个类组织架构的信息,objc_class结构里定义了第二个成员变量Class super_class,它指向父类的类对象。说了这么多,可能关系缕不清楚,有道是一张图胜过千言万语:

1350831500_2327.jpg

图中可以看出,D3继承D2,D2继承D1,D1最终继承NSObject。下图从D3的一个对象开始,排列出D3 D2 D1 NSObject 类对象,元类对象等关系。

1350831599_3230.png

图中的箭头都是指针的指向。

2.4 根类 NSObject

NSObject是大部分Objective-C类的根类,它没有父类。其它类继承NSObject,访问Objective-C运行时系统的基本接口,这样其他类的实例可以获得运行时的能力。

1350871031_1713.jpg

2.4.1 根类和根类协议

NSObject不但是个名,NSObject也是个协议的名称,参考NSObject协议 , NSObject协议指定了根类必须实现的接口。

2.4.2 根类的主要方法:

  • 分配、初始化、和复制:

  1. alloc和allocWithZone:方法用于从某内存区域中分配一个对象内存,并使对象指向其运行时的类定义。
  2. init方法是对象初始化。
  3. new是一个将简单的内存分配和初始化结合起来的方法。
  4. copy和copyWithZone。
  • 对象的保持和清理:

  1. retain方法增加对象的保持次数。
  2. release方法减少对象的保持次数。
  3. autorelease方法也是减少对象的保持次数,但是以推迟的方式。
  4. retainCount方法返回对当前的保持次数。
  5. dealloc方法由需要释放对象的实例变量以及释放动态分配的内存的类实现。
  • 内省和比较

NSObjec有很多方法可以查询对象的运行时信息。这些内省方法有助于找出对象在类层次中的位置,确定对象是否实现特定的方法,以及测试对象是否遵循某种协议。下面是部分方法:

  1. superclass和class方法(实现为类和实例方法)分别以Class对象的形式返回接收者的父类和类。

  1. 您可以通过isKindOfClass:和isMemberOfClass:方法来确定对象属于哪个类。后者用于测试接收者是否为指定类的实例。

  1. isSubclassOfClass:类方法则用于测试类的继承性。

  1. respondsToSelector:方法用于测试接收者是否实现由选择器参数标识的方法。

  1. instancesRespondToSelector:类方法则用于测试给定类的实例是否实现指定的方法。

  1. conformsToProtocol:方法用于测试接收者(对象或类)是否遵循给定的协议。

  1. isEqual:和hash方法用于对象的比较。

  1. description方法允许对象返回一个内容描述字符串;这个方法的输出经常用于调试(“print object”命令),以及在格式化字符串中和“%@”指示符一起表示对象。
  • 对象的编码和解码

下面的方法和对象的编解码(作为归档过程的一部分)有关:

encodeWithCoder:和initWithCoder:是NSCoding协议仅有的方法。前者使对象可以对其实例变量进行编码,后者则使对象可以根据解码过的实例变量对自身进行初始化。

NSObject类中声明了一些于对象编码有关的方法:

classForCoder:、replacementObjectForCoder:、和awakeAfterUsingCoder:。

  • 消息的转发

forwardInvocation:允许一个对象将消息转发给另一个对象。

  • 消息的派发

在performSelector开头的一些方法允许你延迟后派发指定消息,而且可以将消息(同步或异步的消息)从辅助线程派发到主线程。

2.5 Cocoa对象生命周期

对象的四种内存管理方式,如下图所示

  • 对象的生命周期—简化视图

1350871223_8473.gif

  • 保持接收到的对象

1350871326_3857.gif

  • 拷贝接收到的对象

1350871361_2570.gif

  • 自动释放池

1350871395_7054.gif

参考:

1.http://algorithm.com.au/downloads/talks/objective-c-internals/objective-c-internals.pdf 2.http://developer.apple.com/library/mac/#documentation/Cocoa/Conceptual/CocoaFundamentals/Introduction/Introduction.html 3.http://www.cnblogs.com/csutanyu/archive/2011/12/12/Objective-C_memory_layout.html

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