用Objective-C等面向对象语言编程时,"对象"(object)就是"基本构造单元"(building block),开发者可以通过对象来存储并传递数据。在对象之间传递数据并执行任务的过程就叫做"消息传递"(Messaging)。若想编写出高效且易维护的代码,就一定要熟悉这两个特性的工作原理。
当应用程序运行起来以后,为其提供相关技术支持的代码叫做"Objective-C运行期环境"(Objective-C runtime),它提供了一些使得对象之间能够传递消息的重要函数,并且包含创建类实例所用的全部逻辑。在理解了运行期环境中各个部分协同工作的原理之后,你的开发水平将会进一步提升。
第6条:理解"属性"这一概念
"属性"(property)是Objective-C的一项特性,用于封装对象中的数据。Objective-C对象通常会把其所需要的数据保存为各种实例变量。实例变量一般通过"存取方法"(access method)来访问。其中,"获取方法"(getter)用于读取变量值,而"设置方法"(setter)用于写入变量值。这个概念已经定型,并且经由"属性"这一特性而成为Objective-C2.0的一部分,开发者可以令编译自动编写与属性相关的存取方法。此特性引入了一种新的"点语法"(dot syntax),使开发者可以更为容易地依照类对象来访问存放于其中的数据。
在描述个人信息的类中,也许会存放人名、生日、地址等内容。可以在类接口的public区段中声明一些实例变量:
@interface EOCPerson : NSObject {
@public
NSString *_firstName;
NSString *_lastName;
@private
NSString *_someInternalData;
}
@end
原来编过Java或C++程序的人应该比较熟悉这种写法,在这些语言中,可以定义实例变量的作用域。然而编写Objective-C代码时却很少这么做。这种写法的问题是:对象布局在编译期(compile time)就已经固定了。只要碰到访问_firstName变量的代码,编译器就把其替换为"偏移量"(offset),这个偏移量是"硬编码"(hardcode),表示该变量距离存放对象的内存区域的起始地址有多远。这样做目前来看没问题,但是如果又加了一个实例变量,那就麻烦了。比如说,假设在_firstName之前又多了一个实例变量:
@interface EOCPerson : NSObject {
@public
NSDate *_dateOfBirth;
NSString *_firstName;
NSString *_lastName;
@private
NSString *_someInternalData;
}
@end
原来表示_firstName的偏移量现在却指向_dateOfBirth了。把偏移量硬编码于其中的那些代码都会读取到错误的值。
如果代码使用了编译期计算出来的偏移量,那么在修改类定义之后必须重新编译,否则就会出错。
在对象接口的定义中,可以使用属性,这是一种标准的写法,能够访问封装在对象里的数据。因此,也可以把属性当做一种简称,其意思是说:编译器会自动写出一套存取方法,用以访问给定类型中具有给定名称的变量。例如下面这个类:
@interface EOCPerson : NSObject
@property NSString *firstName;
@property NSString *lastName;
@end
对于该类的使用者来说,上述代码写出来的类与下面这种写法等效:
@interface EOCPerson : NSObject
- (NSString *)firstName;
- (void)setFirstName:(NSString *)firstName;
- (NSString *)lastName;
- (void)setLastName:(NSString *)lastName;
@end
要访问属性,可以使用"点语法",在纯C种,如果想访问分配在栈上的struct结构体里面的成员,也需使用类似语法。编译器会把"点语法"转换为对存取方法的调用,使用"点语法"的效果与直接调用存取方法相同。因此,使用"点语法"和直接调用存取方法之间没有丝毫差别。通过下列范例代码可以看出,这两个等效:
EOCPerson *aPerson = [Person new];
aPerson.firstName = @"Bob";//Same as: [aPerson setFirstName:@"Bob"];
NSString *lastName = aPerson.lastName;//Same as NSString *lastName = [aPerson lastName];
然而属性还有更多优势。如果使用了属性的话,那么编译器就会自动编写访问这些属性所需的方法,此过程叫做"自动合成"(autosynthesis)。需要强调的是,这个过程由编译器在编译期执行,所以编辑器里看不到这些"合成方法"(synthesized method)的源代码。除了生成方法代码之外,编译器还有自动向类中添加适合类型的实例变量,并且在属性名前面加下划线,以此作为实例变量的名字。在前例中,会生成两个实例变量,其名称分别为_firstName与_lastName。也可以在类的实现代码里通过@synthesize语法来指定实例变量的名字:
@implementation EOCPerson
@synthesize firstName = _myFirstName;
@synthesize lastName = _myLastName;
@end
前述语法会将生成的实例变量命名为_myFirstName与_myLastName,而不再使用默认的名字。一般情况下无须修改默认的实例变量名,但是如果你不喜欢以下划线来命名实例变量,那么可以用这个办法将其改为自己想要的名字。笔者还是推荐使用默认的命名方案,因为如果所有人都坚持这套方案,那么写出来的代码大家都能看得懂。
若不想令编译器自动合成存取方法,则可以自己实现。如果你只实现了其中一个存取方法,那么另外一个还是会由编译器来合成。还有一种办法能阻止编译器自动合成存取方法,就是使用@dynamic关键字,它会告诉编译器:不要自动创建实现属性所用的实例变量,也不要为其创建存取方法。而且,在编译访问属性的代码时,即使编译器发现没有定义存取方法,也不会报错,它相信这些方法能在运行期找到。比方说,如果从CoreData框架中的NSManagedObject类李继承了一个子类,那么就需要在运行期动态创建存取方法。继承NSManagedObject时之所以要这样做,是因为子类的某些属性不是实例变量,其数据来自后端的数据库中。例如:
@interface EOCPerson : NSManagedObject
@property NSString *firstName;
@property NSString *lastName;
@end
@implementation EOCPerson
@dynamic firstName, lastName;
@end
编译器不会为上面这个类自动合成存取方法或实例变量。如果用代码访问其中的属性,编译器也不会发出警示信息。
属性特质
使用属性时还有一个问题要注意,就是其各种特质(attribute)设定也会影响编译器所生成的存取方法。比如下面这个属性就指定了三项特质:
@property (nonatomic, readwrite, copy) NSString *firstName;
属性可以拥有的特质分为四类:
原子性
在默认情况下,由编译器所合成的方法会通过锁定机制确保其原子性(atomicity)。如果属性具备nonatomic特质,则不使用同步锁。请注意,尽管没有名为"atomic"的特质(如果某属性不具备nonatomic特质,那它就是"原子的"(atomic)),但是仍然可以在属性特质中写明这一点,编译器不会报错。若是自己定义存取方法,那么就应该遵从与属性特质相符的原子性。
读/写权限
- 具备readwrite(读写)特质的属性拥有"获取方法"(getter)与"设置方法"(setter)。若该属性由@synthesize实现,则编译器会自动生成这两个方法。
- 具备readonly(只读)特质的属性仅拥有获取方法,只有当该属性由@synthesize实现时,编译器才会为其合成获取方法。你可以用此特质把某个属性对外公开为只读属性,然后再"class-continuation分类"中将其重新定义为读写属性。
内存管理语义
属性用于封装数据,而数据则要有"具体的所有权语义"(concrete ownership semantic)。下面这一组特质仅会影响"设置方法"。例如,用"设置方法"设定一个新值时,它是应该"保留"(retain)此值呢,还是只将其赋给底层实例变量就好?编译器在合成存取方法时,要根据此特质来决定所生成的代码。如果自己编写存取方法,那么就必须同有关属性所具备的特质相符。
- assign "设置方法"只会执行针对"纯量类型"(scalar type,例如CGFloat或NSInteger等)的简单赋值操作。
- strong 此特质表明该属性定义了一种"拥有关系"(owning relationship)。为这种属性设置新值时,设置方法会先保留新值,并释放旧值,然后再将新值设置上去。
- weak 此特质表明该属性定义了一种"非拥有关系"(nonowning relationship)。为这种属性设置新值时,设置方法既不保留新值,也不释放旧值。此特质同assign类似,然而在属性所指的对象遭到摧毁时,属性值也会清空(nil out)。
- unsafe_unretained 此特质的语义和assign相同,但是它适用于"对象类型"(object type),该特质表达一种"非拥有关系"("不保留", unretained),当目标对象遭到摧毁时,属性值不会自动清空("不安全", unsafe),这一点与weak有区别。
- copy 此特质所表达的所属关系与strong类似。然而设置方法并不保留新值,而是将其"拷贝"(copy)。当属性类型为NSString*时,经常用此特质来保护其封装性,因为传递给设置方法的新值有可能指向一个NSMutableString类的实例。这个类是NSString的子类,表示一种可以修改其值得字符串,此时若是不拷贝字符串,那么设置完属性之后,字符串的值就可能会在对象不知情的情况下遭人更改。所以,这时就要拷贝一份"不可变"(immutable)的字符串,确保对象中的字符串值不会无意间变动。只要实现属性所用的对象是"可变的"(mutable),就应该在设置新属性值时拷贝一份。
方法名
可通过如下特质来指定存取方法的方法名:
- getter=<name> 指定"获取方法"的方法名。如果某属性是Boolean型,而你想为其获取方法加上"is"前缀,那么就可以用这个方法来指定。比如说,在UISwitch类中,表示"开关"(switch)是否打开的属性就是这样定义的:
@property (nonatomic, getter=isOn) BOOL on;
- setter=<name> 指定"设置方法"的方法名。这种用法不太常见。
通过上述特质,可以微调由编译器所合成的存取方法。不过需要注意:若是自己来实现这些存取方法,那么应该保证其具备相关属性所声明的特质。比方说,如果将某个属性声明为copy,那么就应该在"设置方法"中拷贝相关对象,否则会误导该属性的使用者,而且,若是不遵从这一约定,还会令程序产生bug。
如果想在其他方法里设置属性值,那么同样要遵守属性定义中所宣称的语义。例如,我们扩充一下前面提到的EOCPerson类。由于字符串值可能会改变,所以要把相关属性的"内存管理语义"声明为copy。该类中新增了一个"初始化方法"(initializer),用于设置"名"(first name)和"姓"(last name)的初始值:
@interface EOCPerson : NSManagedObject
@property (copy) NSString *firstName;
@property (copy) NSString *lastName;
- (id)initWithFirstName:(NSString *)firstName
lastName:(NSSting *)lastName;
@end
在实现这个自定义的初始化方法时,一定要遵循属性定义中宣称的"copy"语义,因为"属性定义"就相当于"类"和"待设置的属性值"之间所达成的契约。初始化方法的实现代码可以这样写:
- (id)initWithFirstName:(NSString *)firstName
lastName:(NSString *)lastName
{
if ((self = [super init])) {
_firstName = [firstName copy];
_lastName = [lastName copy];
}
return self;
}
读者也许会问:为何不调用属性所对应的"设置方法"呢?如果用了"设置方法"的话,不是总能保证准确的语义吗?将在第7条中详细解释为什么绝不应该在init(或dealloc)方法中调用存取方法。
若是看过第18条的话,就会明白,应该尽量使用不可变的对象。如果将这一条套用到EOCPerson类身上,那就等于说,其两个属性都应该设为"只读"。用初始化方法设置好属性值之后,就不能在改变了。在本例中,仍需声明属性的"内存管理语义"。于是可以把属性的定义改成这样:
@property (copy, readonly) NSString *firstName;
@property (copy, readonly) NSString *lastName;
由于是只读属性,所以编译器不会为其创建对应的"设置方法",即便如此,我们还是要写上这些属性的语义,以此表明初始化方法在设置这些属性值时所用的方式。要是不写明语义的话,该类的调用者就不知道初始化方法里会拷贝这些属性,他们有可能会在调用初始化方法之前自行拷贝属性值。这种操作是多余而且低效的。
atomic与nonatomic的区别是什么呢?前面说过,具备atomic特质的获取方法会通过锁定机制来确保其操作的原子性。这也就是说,如果两个线程读写同一属性,那么不论何时,总能看到有效的属性值。若是不加锁的话(或者说使用nonatomic语义),那么当其中一个线程正在改写某属性值时,另外一个线程也许会突然闯入,把尚未修改好的属性值读取出来。发生这种情况时,线程读到的属性值可能不对。
如果开发过iOS程序,你就会发现,其中所有属性都声明为nonatomic。这样做的历史原因是:在iOS中使用同步锁的开销较大,这会带来性能问题。一般情况下并不要求属性必须是"原子的",因为这并不能保证"线程安全"(thread safety),若要实现"线程安全"的操作,还需采用更为深层的锁定机制才行。例如,一个线程在连续多次读取某属性值得过程中有别的线程在同时改写该值,那么即便将属性声明为atomic,也还是会读到不同的属性值。因此,开发iOS程序时一般都会使用nonatomic属性。但是在开发Mac OS X程序时,使用atomic属性通常都不会有性能瓶颈。