C++開發人員快速學習Objective-C語言核心文法

本文將Objective-C討論了語言的核心文法。這部分開始詳述一些具體的文法。正如你期待的一樣，涉及到了定義和類。

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類並不是特殊的

在Smalltalk中，類是具有一些特性的對象。在Objective-C中也一樣。一個類是一個對象，對象回應訊息。Objective-C和C++都分離了對象分配和初始化。

在C++中，對象分配通過新的操作。在Objective-C中，這樣的操作是通過給類發送分配訊息—調用malloc()或者一個等價。

C++中的初始化是通過調用一個與類同名的函數。Objective-C並沒有區別初始化方法和其他方法，但出於慣例預設的初始化方法就是初始化。

當你聲明一個方法讓執行個體去回應，聲明通常已“-”開頭，並且“+”用作類的方法。在文檔中對這些訊息使用一些首碼是很普遍的，所以你也可以說+alloc和-init來暗示alloc是傳給一個類，init傳給執行個體。

類在Objective-C中，正如在其他一些物件導向語言，都是對象工廠。大多數類不用自行實現+alloc，而是從他們的父類中繼承。在NSObject中，父類在大多數Objective-C程式中，+alloc方法調用+allocWithZone：.使NSZone作為一個參數，一個C結構包含對象分配的一些策略。回顧19世紀80年代，當Objective-C用在NeXTstep來實現裝置驅動和只有8MB記憶體25MHZ的CPU機器的GUI上面時，NSZone對最佳化非常重要。同時，這或多或少的被Objective-C程式員所忽視。(很有可能成為象NUMA構架一樣流行，更普遍。)

眾多優秀的特性之一就是對象建立語義是由庫定義的並且語言不是類簇的思想。當你傳一個-init訊息給對象時，它返回一個初始化對象。這可能是你發送訊息的那個對象，但不一定肯定就是。這和其他初始化程式一致的。很有可能一些公用類的特殊子類在不同資料上更有效。

實現這個特性的通用方法叫做isa-swizzling。正如我前述，Objective-C對象是C結構，這些結構第一個元素是指向類的指標。這個元素是可存取的，正如其他執行個體變數一樣;你可以在運行時通過分配新值來改變對象的類。當然，如果你對對象的類設定在記憶體中有著不同的布局，這些設定可能嚴重錯誤。

然而，你可以通過一個父類來定義布局和通過子集的集合定義行為，舉例來說，這個技術用在標準化字串類(NSString)，它對不同的文本字元集、靜態事物和其它一些有著各種各樣的執行個體。

因為類是對象，你可以象操作對象一樣操作他們。舉例來說，你可以把他們放在集合。當我有一些輸入事件需要通過不同的類的執行個體來處理時我就使用這種格式。你需要建立一個目錄映射事件命名到類，然後為每一個輸入事件執行個體化一個對象。如果你在一個庫中這麼做，它允許代碼的使用者輕鬆的註冊屬於他們自己的控制代碼。

類型和指標

Objective-C沒有公開允許在堆棧上定義對象。但並不是真的—很有可能在堆棧上定義對象，但有些困難，因為它破壞了對記憶體管理的一種假設。結果，每一個Objective-C對象都是一個指標。一些類型由Objective-C定義;這些類型在頭部定義作為C類型。

在Objective-C中最普遍的3種類型就是id，Class和SEL。id就是指向Objective-C對象的指標，它等價於C語言中的void*，你可以映射任何對象指標類型指向它並且映射他指向其它的對象指標類型。

你可以傳任何訊息給id，但如果不支援的話會返回一個運行時異常。

類是指向Objective-C類的指標。類是對象，所以也可以接收訊息。類名是一種類型，不是可變的。標識符NSObject是一個NSObject執行個體的類型，但也可作為訊息接受者。你可以獲得一個類，如下：

 

  
[NSObject class];  
  
 
 

發送一個+class訊息給NSObject類，然後返回一個指向代表類的類結構指標。

這對我們回顧是非常有用的[FS:PAGE]，正如我們在這個系列第二部分看到的一樣。

第三種類型SEL，代表一個選取器—一個代表方法名的抽象。你可以在編譯時間通過@selector()直接建立，或在運行時通過C字串調用執行階段程式庫函數，或用OpenStep NSSelectorFromString()函數，這個函數給Objective-C字串一個選取器。這個技術允許你通過名字調用方法。你可以在C中通過使用類似dlsym()，但在C++中非常不同。在Objective-C中，你可以做的如下：

 

  
[object perfomSelector:@selector(doSomething)];  
  
 
 

這等價於如下：

 

  
[object doSomething];  
  
 
 

顯然，第二種格式速度稍微快些，因為第一種傳送兩個訊息。後面，我們會看到通過選取器處理的一些細節。

C++沒有與id相同的類型。因為對象總是可以類型化的。在Objective-C,你可以選擇類型系統。下面的兩種都是有效：

 

  
id object = @”a string”;  
  
 
  
NSString *string = @”a string”;  
  
 
 

常量字串實際上是NSConstantString類的一個執行個體，NSConstantString類是NSString的子類。將它引用到NSString* 使編譯時間對訊息進行類型檢查和儲存公用執行個體變數(這在Objective-C從未使用過)。注意你可以通過如下改變這一設定：

 

  
NSArray *array = (NSArray*)string;  
  
 
 

如果給數組發送訊息，編譯器將會檢查NSArray能接收的訊息。這並不是非常有用，因為對象是一個字串。如果發送一個NSArray和NSString實現的訊息，可能會有作用。如果你發送的訊息NSString沒有實現，一個異常將會拋出。

強調Objective-C和C++的不同的這件事看起來比較奇怪。Objective-C有類型-值文法，而C++有類型-變數文法。在Objective-C，物件類型是對象專有的一種屬性。在C++，類型取決於變數的類型。

在C++中，當你指派一個指標指向一個對象到一個變數定義一個指向父類的指標，兩個指標可能沒有相同的數值(這可以通過多繼承實現，而Objective-C不支援這種。)

定義類

Objective-C類定義有一個介面和一個實現部分。與C++有相似的地方，但兩個稍微有些混。

Objective-C中的介面僅定義位並且明確的需要公開。對於實現的原因，這包括私人執行個體變數在大部分的實現中，因為你無法繼承一個類除非你知道它多大。最近的一些實現，象Apple的64位運行時則沒有這種限制。

Objective-C對象的介面如下：

 

  
@interface AnObject : NSObject  
  
 
  
{  
  
 
  
@private  
  
 
  
int integerivar  
  
 
  
@public  
  
 
  
id anotherObject;  
  
 
  
}  
  
 
  
+ (id) aClassMethod;  
  
 
  
- (id) anInstanceMethod:(NSString*)aString with:(id)anObject  
  
 
  
@end  
  
 
 

第一行包含3個部分。標識符AnObject 是新類的名字。冒號後面的名字是NSObject。(這是可選的，但每一個Objective-C 對象都應拓展NSObject)。在括弧內的名字是協議——與Java中的介面相似——通過類來實現。

正如C++執行個體變數(C++中的域)可以存取修飾符，不象C++，這些修飾符以@為首碼是為了避免與C標識符衝突。

Objective-C不支援多繼承，所以只有一個父類。所以，對象第一部分的布局總是與父類執行個體的布局一致。這在過去常常定義為動態，意味著改變類中執行個體變數需要它所有子類重新編譯。在較新的運行時這種限定並不要求，在存取執行個體執行個體變數上開支稍微大些。這種決策的另一個影響就是Objective-C其他特性中的一個。

 

  
struct_AnObject  
  
 
  
{  
  
 
  
@defs(AnObject);  
  
 
  
};  
  
 
 

@def表示著對特定對象所有域都插入這種結構，所以struct_AnObject 和AnObject類的執行個體有著相同的記憶體結構。舉個例子來說，你可以通過這種規則可以直接存取執行個體變數。一個通常的用法就是允許C函數直接操作Objective-C對象，是基於效能原因。
正如我前面暗示的，與這個特性相關的另一件事就是可以在堆棧上建立對象。因為結構和對象在[FS:PAGE]記憶體布局中有著相同的結構，你可以簡單的建立結構，設定他的指標指向正確的類，然後映射一個指標指向一個對象指標。然後你可以當做對象來使用，雖然你不得不小心沒有什麼可以保持指標不越界。(現實世界中我從沒有使用這種方法，僅僅理論上可能。)

不象C++，Objective-C沒有私人的或受保護的方法。Objective-C對象上的任何方法可以被其他對象調用。如果你在介面中沒有聲明方法，就是非正式私人的。將會得到運行時警告：對象不回應這種訊息，但是你任然可以調用它。

介面和C中頭部聲明很相似。但它仍然需要一個實現，這並不奇怪，可以使用@implementation來定義。

 

  
@implementation AnObject  
  
 
  
+ (id) aClassMethod  
  
 
  
{  
  
 
  
...  
  
 
  
}  
  
 
  
- (id) anInstanceMethod:(NSString*)aString with:(id)anObject  
  
 
  
{  
  
 
  
...  
  
 
  
}  
  
 
  
@end  
  
 
 

注意參數類型是特定的，在括弧裡。這是從C重用映射文法來展示值對應到類型;他們可能不是類型。準確來說當映射時應用相同的規則。這意味著映射在不相容對象指標類型間會導致一個警告(不是錯誤)。

記憶體管理

傳統的，Objective-C不提供任何記憶體管理。在早期版本中，對象類實現一個+new方法調用malloc()來建立一個新對象。當使用完這個對象，傳一個-free訊息。任何一個對象從NSObject繼承回應一個-retain和-release訊息。當你使用完這個對象，你傳一個-free訊息。OpenStep添加了參考計算。

每一個從NSObject繼承的對象都回應-retain和-release訊息。當你想要保留一個指向對象的指標，你可以發送一個-retain訊息。當你使用完以後，你可以發送一個-release訊息。

這個設計有個細微問題。通常你不需要保持一個指向對象的指標，但是你也不想釋放。一個典型的例子在返回一個對象時候，調用者需要保持指向對象的指標，但你不想這麼做。

這個問題的解決方案就是NSAutoreleasePool類。加上-retain和-release，NSObject也回應-autorelease訊息。當你發送其中一個，和現前的自動釋放池一同註冊。當這個池對象被登出，它發送一個-release訊息給每個對象，而對象在這之前先收到-autorelease訊息。在OpenStep應用中，一個NSAutoreleasePool執行個體在迴圈開始的時候建立，在結束的時候銷毀。你也可以建立屬於你自己的執行個體來自動釋放對象。

這個機制減少了一些C++所需的複製。其實也不值得這麼做，在Objective-C，易變性是對象的屬性，不是參考。在C++，有常量指標和非常量指標。不允許在常量對象上調用非常量方法。這保證不了對象不會被改變——僅僅因為你不想改變。

在Objective-C中，一個常態模式定義了一個不變的類和可變的子類。NSString就是一個典型例子;

它有一個可變的子類NSMutableString。如果你得到NSString並且想儲存下來，你可以傳一個-retain訊息並且不用複製操作就可以儲存指標。相反地，你可以傳一個+stringWithString：message給NSString。不管這個參數是否可變都會檢查並返回原始指標。

在Apple和GNU運行時，Objective-C都支援儲存性的記憶體回收，這會避免對-retain和-release的需要。在現存的架構中對語言的附加並不總是很好的支援的，並且在用的時候需要格外小心。

總結

既然我們已經瀏覽了Objective-C語言的核心，在這部分的總結我們將會看到更多的一些進階話題。