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第1条:了解Objective-C语言的起源

第1章 熟悉Objective-C

  Objective-C通过一套全新语法,在C语言基础上添加了面向对象特性。Objective-C的语法中频繁使用方括号,而且不吝于写出极长的方法名,这通常令许多人觉得此语言较为冗长。其实这样写出来的代码十分易读,只是C++或Java程序员不太能适应。

  Objective-C语言学起来很快,但有很多微妙细节需注意,而且还有许多容易为人所忽视的特性。另一方面,有些开发者并未完全理解或是容易滥用某些特性,导致写出来的代码难于维护且不易调试。本章讲解基础知识,后续各章谈论语言及其相关框架中的各个特定话题。

第1条:了解Objective-C语言的起源

  Objective-C与C++、Java等面向对象语言类似,不过很多方面有所差别。若是用过另一种面向对象语言,那么就能理解Objective-C所用的许多范式与模板了。然而语法上也许会显得陌生,因为该语言使用“消息结构”(messaging structure)而非“函数调用”(function calling)。Objective-C语言由Smalltalk演化而来,后者是消息型语言的鼻祖。消息与函数调用之间的区别看上去就像这样:

// Messaging (Objective-C)  
Object *obj = [Object new];  
[obj performWith:parameter1 and:parameter2];  
 
// Function calling (C++)  
Object *obj = new Object;  
obj->perform(parameter1, parameter2); 

  关键区别在于:使用消息结构的语言,其运行时所应执行的代码由运行环境来决定;而使用函数调用的语言,则由编译器决定。如果范例代码中调用的函数是多态的,那么在运行时就要按照“虚方法表”(virtual table)来查出到底应该执行哪个函数实现。而采用消息结构的语言,不论是否多态,总是在运行时才会去查找所要执行的方法。实际上,编译器甚至不关心接收消息的对象是何种类型。接收消息的对象问题也要在运行时处理,其过程叫做“动态绑定”(dynamic binding),第11条会详述其细节。

  Objective-C的重要工作都由“运行期组件”(runtime component)而非编译器来完成。使用Objective-C的面向对象特性所需的全部数据结构及函数都在运行期组件里面。举例来说,运行期组件中含有全部内存管理方法。运行期组件本质上就是一种与开发者所编代码相链接的“动态库”(dynamic library),其代码能把开发者编写的所有程序粘合起来。这样的话,只需更新运行期组件,即可提升应用程序性能。而那种许多工作都在“编译期”(compile time)完成的语言,若想获得类似的性能提升,则要重新编译应用程序代码。

  Objective-C是C的“超集”(superset),所以C语言中的所有功能在编写Objective-C代码时依然适用。因此,必须同时掌握C与Objective-C这两门语言的核心概念,方能写出高效的Objective-C代码来。其中尤为重要的是要理解C语言的内存模型(memory model),这有助于理解Objective-C的内存模型及其“引用计数”(reference counting)机制的工作原理。若要理解内存模型,则需明白:Objective-C语言中的指针是用来指示对象的。想要声明一个变量,令其指代某个对象,可用如下语法:

NSString *someString = @"The string";

  这种语法基本上是照搬C语言的,它声明了一个名为someString的变量,其类型是NSString*。也就是说,此变量为指向NSString的指针。所有Objective-C语言的对象都必须这样声明,因为对象所占内存总是分配在“堆空间”(heap space)中,而绝不会分配在“栈”(stack)上。不能在栈中分配Objective-C对象:

NSString stackString;  
// error: interface type cannot be statically allocated 

  someString变量指向分配在堆里的某块内存,其中含有一个NSString对象。也就是说,如果再创建一个变量,令其指向同一地址,那么并不拷贝该对象,只是这两个变量会同时指向此对象:

NSString *someString = @"The string";  
NSString *anotherString = someString; 

  只有一个NSString实例,然而有两个变量指向此实例。两个变量都是NSString*型,这说明当前“栈帧”(stack frame)里分配了两块内存,每块内存的大小都能容下一枚指针(在32位架构的计算机上是4字节,64位计算机上是8字节)。这两块内存里的值都一样,就是NSString实例的内存地址。

  图1-1描述了此时的内存布局。存放在NSString实例中的数据含有代表字符串实际内容的字节。
内存布局图
  分配在堆中的内存必须直接管理,而分配在栈上用于保存变量的内存则会在其栈帧弹出时自动清理。

  Objective-C将堆内存管理抽象出来了。不需要用malloc及free来分配或释放对象所占内存。Objective-C运行期环境把这部分工作抽象为一套内存管理架构,名叫“引用计数”(参见第29条)。

  在Objective-C代码中,有时会遇到定义里不含*的变量,它们可能会使用“栈空间”(stack space)。这些变量所保存的不是Objective-C对象。比如CoreGraphics框架中的CGRect就是个例子:

CGRect frame;  
frame.origin.x = 0.0f;  
frame.origin.y = 10.0f;  
frame.size.width = 100.0f;  
frame.size.height = 150.0f; 

CGRect是C结构体,其定义是:

struct CGRect {  
  CGPoint origin;  
  CGSize size;  
};  
typedef struct CGRect CGRect; 

  整个系统框架都在使用这种结构体,因为如果改用Objective-C对象来做的话,性能会受影响。与创建结构体相比,创建对象还需要额外开销,例如分配及释放堆内存等。如果只需保存int、float、double、char等“非对象类型”(nonobject type),那么通常使用CGRect这种结构体就可以了。

  在着手编写Objective-C代码之前,建议读者先看看C语言教程,以熟悉其语法。若是还没熟悉C语言就直接进入Objective-C的话,那么某些语法也许会令你困惑。

要点

  Objective-C为C语言添加了面向对象特性,是其超集。Objective-C使用动态绑定的消息结构,也就是说,在运行时才会检查对象类型。接收一条消息之后,究竟应执行何种代码,由运行期环境而非编译器来决定。

  理解C语言的核心概念有助于写好Objective-C程序。尤其要掌握内存模型与指针。

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