iOS 編寫高質量Objective-C程式碼(二)

QiShare發表於2018-08-15

級別: ★★☆☆☆
標籤:「iOS」「OC」「Objective-C」
作者: MrLiuQ

文章目錄如下:
iOS 編寫高質量Objective-C程式碼(一)
iOS 編寫高質量Objective-C程式碼(二)
iOS 編寫高質量Objective-C程式碼(三)
iOS 編寫高質量Objective-C程式碼(四)
iOS 編寫高質量Objective-C程式碼(五)
iOS 編寫高質量Objective-C程式碼(六)
iOS 編寫高質量Objective-C程式碼(七)
iOS 編寫高質量Objective-C程式碼(八)


這篇將從物件導向的角度分析如何提高OC的程式碼質量。

一、理解“ 屬性 ”這一概念

屬性(@property)是OC的一項特性。
@property:編譯器會自動生成例項變數gettersetter方法。
~下文中,getter和setter方法合稱為存取方法~
For Example:

@property (nonatomic, strong) UIView *qiShareView;
複製程式碼

等價於:

@synthesize qiShareView = _qiShareView;
- (UIView *)qiShareView;
- (void)setQiShareView:(UIView *)qiShareView;
複製程式碼

如果不希望自動生成存取方法和例項變數,那就要使用@dynamic關鍵字

@dynamic qiShareView;
複製程式碼

屬性特質有四類:

  1. 原子性:預設為atomic
    • nonatomic:非原子性,讀寫時不加同步鎖
    • atomic:原子性,讀寫時加同步鎖
  2. 讀寫許可權:預設為readwrite
    • readwrite:擁有gettersetter方法
    • readonly:僅擁有getter方法
  3. 記憶體管理:
    • assign:對“純量型別”做簡單賦值操作(NSIntegerCGFloat等)。
    • strong:強擁有關係,設定方法 保留新值,並釋放舊值
    • weak:弱擁有關係,設定方法 不保留新值,不釋放舊值。當指標指向的物件銷燬時,指標置nil
    • copy:拷貝擁有關係,設定方法不保留新值,將其拷貝。
    • unsafe_unretained:非擁有關係,目標物件被釋放,指標不置nil,這一點和assign一樣。區別於weak
  4. 方法名:
    • getter=<name>:指定get方法的方法名,常用
    • setter=<name>:指定set方法的方法名,不常用 例如:
@property (nonatomic, getter=isOn) BOOL on;
複製程式碼

在iOS開發中,99.99..%的屬性都會宣告為nonatomic。 一是atomic會嚴重影響效能, 二是atomic只能保證讀/寫操作的過程是可靠的,並不能保證執行緒安全。 關於第二點可以參考我的部落格:iOS 為什麼屬性宣告為atomic依然不能保證執行緒安全?

二、在物件內部儘量直接訪問例項變數

  1. 例項變數( _屬性名 )訪問物件的場景:
    • initdealloc方法中,總是應該通過訪問例項變數讀寫資料
    • 沒有重寫gettersetter方法、也沒有使用KVO監聽
    • 好處:不走OC的方法派發機制,直接訪問記憶體讀寫,速度快,效率高。

For Example:

- (instancetype)initWithDic:(NSDictionary *)dic {
    
    self = [super init];
    
    if (self) {
        
        _qi = dic[@"qi"];
        _share = dic[@"share"];
    }
    
    return self;
}
複製程式碼
  1. 用存取方法訪問物件的場景:
    • 重寫了getter/setter方法(比如:懶載入)
    • 使用了KVO監聽值的改變

For Example:

- (UIView *)qiShareView {
  
    if (!_qiShareView) {

        _qiShareView = [UIView new];
    }

    return _qiShareView;
}
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三、理解“物件等同性”

思考下面輸出什麼?

NSString *aString = @"iPhone 8";
NSString *bString = [NSString stringWithFormat:@"iPhone %i", 8];
NSLog(@"%d", [aString isEqual:bString]);
NSLog(@"%d", [aString isEqualToString:bString]);
NSLog(@"%d", aString == bString);
複製程式碼

答案是110
==操作符只是比較了兩個指標所指物件的地址是否相同,而不是指標所指的物件的值 所以最後一個為0

四、以類族模式隱藏實現細節

為什麼下面這個例子的if永遠為false?

id maybeAnArray = @[];
if ([maybeAnArray class] == [NSArray class]) {
     //Code will never be executed
}
複製程式碼

因為[maybeAnArray class] 的返回永遠不會是NSArrayNSArray是一個類族,返回的值一直都是NSArray的實體子類。大部分collection類都是某個類族中的抽象基類 所以上面的if想要有機會執行的話要改成

id maybeAnArray = @[];
if ([maybeAnArray isKindOfClass [NSArray class]) {
      // Code probably be executed
}
複製程式碼

這樣判斷的意思是,maybeAnArray這個物件是否是NSArray類族中的一員 使用類族的好處:可以把實現細節隱藏在一套簡單的公共介面後面

五、在既有類中使用關聯物件存放自定義資料

先引入runtime類庫

#import <objc/runtime.h>
複製程式碼
objc_AssociationPolicy(物件關聯策略型別):
objc_AssociationPolicy(關聯策略型別) 等效的@property屬性
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN 等效於 assign
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC 等效於 nonatomic, retain
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC 等效於 nonatomic, copy
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN 等效於 retain
OBJC_ASSOCIATION_COPY 等效於 copy
三個方法管理關聯物件:
  • objc_setAssociatedObject(設定關聯物件)
/** 
 * Sets an associated value for a given object using a given key and association policy.
 * 
 * @param object The source object for the association.
 * @param key The key for the association.
 * @param value The value to associate with the key key for object. Pass nil to clear an existing association.
 * @param policy The policy for the association. For possible values, see “Associative Object Behaviors.”
 */
OBJC_EXPORT void
objc_setAssociatedObject(id _Nonnull object, const void * _Nonnull key,
                         id _Nullable value, objc_AssociationPolicy policy)
複製程式碼
  • objc_getAssociatedObject(獲得關聯物件)
/** 
 * Returns the value associated with a given object for a given key.
 * 
 * @param object The source object for the association.
 * @param key The key for the association.
 * 
 * @return The value associated with the key \e key for \e object.
 */
OBJC_EXPORT id _Nullable
objc_getAssociatedObject(id _Nonnull object, const void * _Nonnull key)
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  • objc_removeAssociatedObjects(去除關聯物件)
/** 
 * Removes all associations for a given object.
 * 
 * @param object An object that maintains associated objects.
 * 
 * @note The main purpose of this function is to make it easy to return an object 
 *  to a "pristine state”. You should not use this function for general removal of
 *  associations from objects, since it also removes associations that other clients
 *  may have added to the object. Typically you should use \c objc_setAssociatedObject 
 *  with a nil value to clear an association.
 * 
 */
OBJC_EXPORT void
objc_removeAssociatedObjects(id _Nonnull object)
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小結:

  • 可以通過“關聯物件”機制可以把兩個物件聯絡起來
  • 定義關聯物件可以指定記憶體管理策略
  • 應用場景:只有在其他做法(代理、通知等)不可行時,才會選擇使用關聯物件。這種做法難於找bug。
    但也有具體應用場景:比如說前幾篇說到 控制Button響應時間間隔 的demo中就遇到了:附上連結

六、理解objc_msgSend(物件的訊息傳遞機制)

首先我們要區分兩個基本概念:
1 .靜態繫結(static binding):在編譯期就能決定執行時所應呼叫的函式。~代表語言:C、C++等~
2 .動態繫結 (dynamic binding):所要呼叫的函式直到執行期才能確定。~代表語言:OC、swift等~

OC是一門強大的動態語言,它的動態性體現在它強大的runtime機制上。

解釋:在OC中,如果向某物件傳遞訊息,那就會使用動態繫結機制來決定需要呼叫的方法。在底層,所有方法都是普通的C語言函式,然而物件收到訊息後,由執行期決定究竟呼叫哪個方法,甚至可以在程式執行時改變,這些特性使得OC成為一門強大的動態語言

底層實現:基於C語言函式實現。
  • 實現的基本函式是objc_msgSend,定義如下:
void objc_msgSend(id self, SEL cmd, ...) 
複製程式碼

這是一個引數個數可變的函式,第一引數代表接受者,第二個引數代表選擇子(OC函式名),之後的引數就是訊息中傳入的引數。

  • 舉例:git提交
id return = [git commit:parameter];
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上面的方法會在執行時轉換成如下的OC函式:

id return = objc_msgSend(git, @selector(commit), parameter);
複製程式碼

objc_msgSend函式會在接收者所屬的類中搜尋其方法列表,如果能找到這個跟選擇子名稱相同的方法,就跳轉到其實現程式碼,往下執行。若是當前類沒找到,那就沿著繼承體系繼續向上查詢,等找到合適方法之後再跳轉 ,如果最終還是找不到,那就進入訊息轉發(下一條具體展開)的流程去進行處理了。

可是如果每次傳遞訊息都要把類中的方法遍歷一遍,這麼多訊息傳遞加起來肯定會很耗效能。所以以下講解OC訊息傳遞的優化方法。

OC對訊息傳遞的優化:
  • 快速對映表(快取)優化: objc_msgSend在搜尋這塊是有做快取的,每個OC的類都有一塊這樣的快取,objc_msgSend會將匹配結果快取在快速對映表(fast map)中,這樣以來這個類一些頻繁呼叫的方法會出現在fast map 中,不用再去一遍一遍的在方法列表中搜尋了。
  • 尾呼叫優化: 原理:在函式末尾呼叫某個不含返回值函式時,編譯器會自動把棧空間的記憶體重新進行分配,直接釋放所有呼叫函式內部的區域性變數,儲存調轉至另一函式需要的指令碼,然後直接進入被呼叫函式的地址。(從而不需要為呼叫函式準備額外的“棧幀”(frame stack)
    好處:最大限度的合理的分配使用的資源,避免過早發生棧溢位的現象。
    (這一塊偏底層,以上是小編的個人理解。路過的大神如果有更好的更深的見解,歡迎大神留言與我們討論)

七、理解訊息轉發機制

首先區分兩個基本概念:
1 .訊息傳遞:物件正常解讀訊息,傳遞過去(見上一條)。
2 .訊息轉發:物件無法解讀訊息,之後進行訊息轉發。

訊息轉發完整流程圖:

訊息轉發完整流程

流程解釋:

  • 第一步:呼叫resolveInstanceMethod:徵詢接受者(所屬的類)是否可以新增方法以處理未知的選擇子?~(此過程稱為動態方法解析)~若有,轉發結束。若沒有,走第二步。
  • 第二步:呼叫forwardingTargetForSelector:詢問接受者是否有其他物件能處理此訊息。若有,轉發結束,一切如常。若沒有,走第三步。
  • 第三步:呼叫forwardInvocation:執行期系統將訊息封裝到NSInvocation物件中,再給接受者一次機會。
  • 最後:以上三步還不行,就丟擲異常:unrecognized selector sent to instance xxxx

八、用“方法調配技術”除錯“黑盒方法”

方法調配(Method Swizzling):使用另一種方法實現來替換原有的方法實現。~(實際應用中,常用此技術向原有實現中新增新的功能。)~

<objc/runtime.h>裡的兩個常用的方法:

  • 獲取給定類的指定例項方法:
/** 
 * Returns a specified instance method for a given class.
 * 
 * @param cls The class you want to inspect.
 * @param name The selector of the method you want to retrieve.
 * 
 * @return The method that corresponds to the implementation of the selector specified by 
 *  \e name for the class specified by \e cls, or \c NULL if the specified class or its 
 *  superclasses do not contain an instance method with the specified selector.
 *
 * @note This function searches superclasses for implementations, whereas \c class_copyMethodList does not.
 */
OBJC_EXPORT Method _Nullable
class_getInstanceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name)
複製程式碼
  • 交換兩種方法實現的方法:
/** 
 * Exchanges the implementations of two methods.
 * 
 * @param m1 Method to exchange with second method.
 * @param m2 Method to exchange with first method.
 * 
 * @note This is an atomic version of the following:
 *  \code 
 *  IMP imp1 = method_getImplementation(m1);
 *  IMP imp2 = method_getImplementation(m2);
 *  method_setImplementation(m1, imp2);
 *  method_setImplementation(m2, imp1);
 *  \endcode
 */
OBJC_EXPORT void
method_exchangeImplementations(Method _Nonnull m1, Method _Nonnull m2) 
複製程式碼

利用這兩個方法就可以交換指定類中的指定方法。在實際應用中,我們會通過這種方式為既有方法新增新功能。

For Example:交換method1與method2的方法實現

Method method1 = class_getInstanceMethod(self, @selector(method1:));
Method method2 = class_getInstanceMethod(self, @selector(method2:));
method_exchangeImplementations(method1, method2);
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九、理解“類物件”的用意

Objective-C類是由Class型別來表示的,實質是一個指向objc_class結構體的指標。它的定義如下:

typedef struct objc_class *Class;
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在<objc/runtime.h>中能看到他的實現:

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;  //!< 指向metaClass(元類)的指標

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;  //!< 父類
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;  //!< 類名
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;  //!< 類的版本資訊,預設為0
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;  //!< 類資訊,供執行期使用的一些位標識
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;  //!< 該類的例項變數大小
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;  //!< 該類的成員變數連結串列
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;  //!< 方法定義的連結串列
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;  //!< 方法快取表
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;  //!< 協議連結串列
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */
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此結構體存放的是類的“後設資料”(metadata),例如類的例項實現了幾個方法,父類是誰,具備多少例項變數等資訊。
這裡的isa指標指向的是另外一個類叫做元類(metaClass)。那什麼是元類呢?元類是類物件的類。也可以換一種容易理解的說法:

  1. 當你給物件傳送訊息時,runtime處理時是在這個物件的類的方法列表中尋找
  2. 當你給類發訊息時,runtime處理時是在這個類的元類的方法列表中尋找

我們來看一個很經典的圖來加深理解:

iOS 編寫高質量Objective-C程式碼(二)

可以總結如下:

  1. 每一個Class都有一個isa指標指向一個唯一的Meta Class(元類)
  2. 每一個Meta Classisa指標都指向最上層的Meta Class,這個Meta ClassNSObjectMeta Class。(包括NSObject的Meta Classisa指標也是指向的NSObjectMeta Class)
  3. 每一個Meta Classsuper class指標指向它原本ClassSuper ClassMeta Class (這裡最上層的NSObjectMeta Classsuper class指標還是指向自己)
  4. 最上層的NSObject Classsuper class指向 nil

最後,特別緻謝《Effective Objective-C 2.0》第二章

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