【Effective Objective-C 2.0读书笔记】第二章：对象、消息、运行期

在Objective-C等面向对象语言中，“对象”是基本构造单元，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即为“消息传递”。

当应用程序运行起来之后，为其提供相关支持的代码叫做“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。

第6条：理解”属性”这一概念

属性可以拥有的特质分为四类：

原子性

atomic：原子属性，默认就是atomic。需要消耗大量的资源。

nonatomic：非原子属性。适合内存小的移动设备。

默认情况下，由编译器所合成（synthesize）的方法会通过锁定机制来确保它是原子的（atomic）。如果属性具有nonatomic特质，则不使用同步锁。

需要注意的是，开发iOS程序时一般都会使用nonatomic属性，这是因为在iOS中使用同步锁的开销较大，这会带来性能问题。但是在Mac OS X中，使用atomic属性通常都不会有性能瓶颈。

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”，若要实现线程安全，需要更为深层的锁定机制才行。例如一个线程要连续多次读取某属性的过程中，另一个线程对该属性值进行了修改，那么即便将属性声明为atomic，还是会读到不同的属性值。

读/写权限

readwrite：表明属性具有读取和设置方法。

readonly：表明属性只拥有读取方法。

若属性由@synthesize实现，则编译器才会自动合成与其读写权限相关的方法。

内存管理语义

内存管理语义仅会影响属性的“设置方法”。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。如果自己来编写存取方法，那么就必须与相关属性所声明的特质相符。

• assign：只执行针对“纯量类型”（scalar type，例如CGFloat或NSInteger等）的简单赋值操作。

• strong：表明该属性定义了一种拥有关系。为该属性设置新值时，会先保留新值，并释放旧值，最后再设置新值。

• weak：表明该属性定义了一种非拥有关系。为该属性设置新值时，既不保留新值，也不释放旧值。此特质跟assign类似，然而在属性所指对象被销毁时，该属性也会清空（nil out）。

• unsafe-unretained：此特质的语义跟assign相同，但它适用于对象类型。表明该属性定义了一种非拥有关系，在属性所指对象被销毁时，该属性不会自动清空，这点跟weak不同。

• copy：此特质所表达的所属关系跟strong类似。然而设置方法并不保留新值，而是将其拷贝。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。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是NSMutableString类型的实例。

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。例如：

@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。

第7条：在对象内部尽量直接访问实例变量

笔者强烈建议除了几种特殊情况之外，在读取实例变量时采用直接访问的形式，而在设置实例变量的时候通过属性来做。

一种特殊情况是在初始化方法中，一般设置实例变量时都是采用直接访问来设置的形式。
另一种特殊情况是惰性初始化，在这种情况下必须通过“获取方法”来访问属性，否则实例变量就永远不会初始化。

要点：

在初始化方法及dealloc方法中，总是应该直接通过实例变量来读写数据。

第8条：理解”对象等同性”（Object Equality）这一概念

比较对象的等同性是一个非常有用的功能。不过按照==操作符比较的是比较两个对象的指针地址，而不是其所指的对象。应该使用NSObject协议中的isEqual方法来判断两个对象的等同性。NSObject类对isEqual方法的默认实现是当且仅当两个对象的指针值相等时，才判定这两个对象相等，这时hash方法返回的值也必须相等。

例如有一EOCPerson类，包含若干字段，isEqual方法可实现如下：

- (BOOL) isEqual:(id)object{    if([self class] == [object class]){        return [self isEqualToPerson: (EOCPerson *)object];    } else {        return [super isEqual: object];    }    return NO;}- (BOOL) isEqualToPerson:(EOCPerson *)otherPerson{    if(self == otherPerson) return YES;    if([_firstName isEqualToString: otherPerson.firstName] && [_lastName isEqualToString: otherPerson.lastName] && _age != otherPerson.age])        return YES;    return NO;}

计算hash值的方法可实现如下，这样既能保持高效率，又能使生成的hash码至少落在一定范围之内，不会频繁重复：

- (NSUInteger)hash{    NSUInteger firstNameHash = [_firstName hash];    NSUInteger lastNameHash = [_lastName hash];    NSUInteger ageHash = _age;    return firstNameHash ^ lastNameHash ^ ageHash;}

要点：

若要检查对象的等同性，请提供isEqual和hash方法。

相同的对象必须具有相同的hash码，但拥有相同hash码的对象却不一定相同。

编写hash方法时，应该使用计算速度快而且哈希码碰撞几率低的算法。

第9条：以”类簇模式”隐藏实现细节

在Cocoa中，许多类实际上是以类簇的方式实现的，即它们是一群隐藏在通用接口之下的与实现相关的类。例如创建NSString对象时，实际上获得的可能是NSLiteralString、NSCFString、NSSimpleCString、NSBallOfString或者其他未写入文档的与实现相关的对象。

类簇的抽象基类的实现示例：

typedef NS_ENUM(NSUInteger, EOCEmployeeType) {    EOCEmployeeTypeDeveloper,    EOCEmployeeTypeDesigner,    EOCEmployeeTypeFinance,};@interface EOCEmployee : NSObject@property (copy) NSString *name;@property NSUInteger salary;// Helper for creating Employee objects+ (EOCEmployee*)employeeWithType:(EOCEmployeeType)type;// Make Employees do their respective day's work- (void)doADaysWork;@end@implementation EOCEmployee+ (EOCEmployee*)employeeWithType:(EOCEmployeeType)type {    switch (type) {        case EOCEmployeeTypeDeveloper:            return [EOCEmployeeDeveloper new];            break;        case EOCEmployeeTypeDesigner:            return [EOCEmployeeDesigner new];            break;        case EOCEmployeeTypeFinance:            return [EOCEmployeeFinance new];            break;    }}- (void)doADaysWork {// Subclasses implement this.}@end

类簇的实体子类的实现示例：

@interface EOCEmployeeDeveloper : EOCEmployee@end@implementation EOCEmployeeDeveloper- (void)doADaysWork {    [self writeCode];}@end

判断某对象是否位于类簇中，不要直接检测两个“类对象”（class）是否相等，而应该使用类型信息查询方法：

id maybeAnArray = /* ... */;if ([maybeAnArray isKindOfClass:[NSArray class]]) {    // Will be hit}

要点：

类簇模式可以把实现细节隐藏在一套简单的公共接口后面。

系统框架中经常使用类簇。

从类簇的公共抽象基类中继承子类时要当心，若有开发文档，则应首先阅读。

第10条：在既有类中使用关联对象存放自定义数据

管理关联对象的方法有：

// Sets up an association of object to value with the given key and policy.void objc_setAssociatedObject(id object, void *key, id value, objc_AssociationPolicypolicy)// Retrieves the value for the association on object with the given key.id objc_getAssociatedObject(id object, void *key)// Removes all associations against object.void objc_removeAssociatedObjects(id object)

要点：

可以通过“关联对象”（associated objects）机制将两个对象连起来。

定义关联对象时，可指定内存管理语义，用以模仿定义对象属性时所采用的“拥有关系”与“非拥有关系”。

只有在其他方法不可行时才采用关联对象，因为这种做法通常会引入难以查找的bug。

第11条：理解objc_msgSend的作用

C语言中有静态绑定和动态绑定两种函数调用方式。Objective-C作为C语言的超集，向对象发送消息时使用动态绑定机制来决定需要调用的方法。在底层，所有方法都是普通的C语言函数，然而在对象收到消息后究竟调用哪个方法则完全于运行期决定，甚至可以在程序运行时改变，这些特性使得Objective-C成为一门真正的动态语言。

objc_msgSend函数会根据接收者与选择子的类型来调用适当的方法。为了完成此操作，该函数需要在接收者所属的类中搜寻其“方法列表”，如果找到与选择子名称相符的方法，就跳转到其实现代码；否则即沿着继承体系继续向上查找；如果仍未找到，就执行“消息转发”（message forwarding）操作。

objc_msgSend调用方法有个优化操作。它会将匹配结果缓存在“快速映射表”（fast map）里。每个类都有这样一块缓存，若是稍后还发送相同的消息，就会加快执行效率。

前面讲的这部分内容只描述了部分消息的调用过程，其他“边界情况”（edge case）则需要交由Objective-C运行环境中的另外一些函数来处理：

• objc_msgSend_stret
• objc_msgSend_fpret
• objc_msgSendSuper

要点：

消息由接受者、选择子和参数构成。给某对象“发送消息”（invoke a message），相当于在该对象上“调用方法”（call a method）。
发送给某对象的全部消息都要经过“动态消息派发机制”（dynamic message dispatch system）来处理，该系统会查出对应的方法，并执行其代码。

第12条：理解消息转发机制

第11条讲述了对象的消息传递机制；第12条承接第11条，在对象收到无法解读的消息之后，就会启发“消息转发”（message forwording）机制，程序员可经由此过程告诉对象应该如何处理未知消息。

消息转发的顺序如下：

• 动态方法解析: 向当前对象的所属类发送resolveInstanceMethod:（针对实例方法）或resolveClassMethod（针对类方法）消息，检查是否动态向该类添加了方法。使用此方案的前提是：相关的实现代码已经写好，只等着运行时直接插在类中。此方案常用来实现@dynamic属性。

• 快速消息转发: 检查该对象是否实现了forwardingTargetForSelector:实例方法，若实现了则调用这个方法，将对象无法解读的某些选择子转交给其他对象来处理。如果对象实现了此方法，并返回一个非nil的结果，则这个对象会作为消息的新接收者。当然返回值不能是self自身，否则会无限循环。如果我们没有指定相应的对象来处理选择子，则应调用父类的实现来返回结果。使用这个方法通常是在对象内部，可能还有一系列其它对象能处理该消息，我们便可借这些对象来处理消息并返回，这样在对象外部看来，还是由该对象亲自处理了这一消息。

• 标准消息转发: 经过上述两步之后，如果还是无法处理选择子，则启动完整的消息转发机制。我们需要重写methodSignatureForSelector:和forwardInvocation:实例方法。runtime发送 methodSignatureForSelector:消息获取选择子对应的方法签名，即参数与返回值的类型信息。runtime则根据方法签名创建描述该消息的NSInvocation，以创建的NSInvocation对象作为参数，向当前对象发送forwardInvocation:消息。forwardInvocation:方法定位能够响应封装在此NSInvocation中的消息的对象。此NSInvocation对象将会保留调用结果，运行时系统会提取这一结果并将其发送到消息的原始发送者。在这个方法中我们可以实现一些更复杂的功能，可对消息内容进行修改，比如追回一个参数等，然后再去触发消息。另外，若发现某个消息不应由本类处理，则应调用父类的同名方法，以便继承体系中的每个类都有机会处理此调用请求。NSObject的forwardInvocation:方法实现只是简单调用了doesNotRecognizeSelector:方法，它不会转发任何消息，只抛出异常导致程序退出。1

第13条：用”方法调配”（method swizzling）技术调试”黑盒方法”

方法调配技术可以在运行期改变与给定的选择子名称相对应的方法。如果善用该特性，则可发挥巨大优势，因为我们不需源代码，也不需通过继承子类来覆写方法就能改变这个类本身的功能。新功能将在本类的所有实例中生效。2
要点：

在运行期，可以向类中新增或替换选择子所对应的方法实现。

使用另一份实现来替换原有方法的实现，称为”方法调配”（method swizzling），开发者常用此技术向原有实现中添加新功能。一般来说，只有调试程序的时候才需要在运行期修改方法实现，这种做法不宜滥用。

第14条：理解”类对象”的用意

“在运行期检视对象类型”这一操作也叫做“类型信息查询”（introspection，“内省”），这个强大有用的特性内置于Foundation框架的NSObject协议里，凡是由公共根类（common root class，即NSObject与NSProxy）继承而来的对象都遵从此协议。在程序中，不要直接比较对象所属的类，明智的做法是调用“类型信息查询方法”。

类型信息查询方法包括isMemberOfClass:（判断对象是否为某个特定类的实例），isKindOfClass:（判断对象是否为某类或其派生类的实例）。像这样的类型信息查询方法使用isa指针获取对象所属的类，然后通过super_class指针在继承体系里游走。

另外一种可精确判断出对象是否为某类实例的办法是：

id object = /* ... */;if([object class] == [EOCSomeClass class]){    // 'object' is an instance of EOCSomeClass}

即使这样，应尽量使用类型信息查询方法，而不应直接比较两个类对象是否等同，因为前者可以正确处理那些使用了消息转发机制的对象。比如，某对象可能会把它收到的所有选择子都转发给另外一个对象。这样的对象叫做代理，此种对象均以NSProxy为根类。

要点：

每个实例都有一个指向Class对象的指针，用以表明其类型，而这些Class对象则构成了类的继承体系。

如果对象类型无法在编译期确定，那么就应该使用类型信息查询方法来探知。

尽量使用类型信息查询方法来确定对象类型，而不要直接比较类对象，因为某些对象可能实现了消息转发功能。

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1. http://southpeak.github.io/blog/2014/11/03/objective-c-runtime-yun-xing-shi-zhi-san-:fang-fa-yu-xiao-xi-zhuan-fa/ “Objective-C Runtime 运行时之三：方法与消息” ↩
2. http://southpeak.github.io/blog/2014/11/06/objective-c-runtime-yun-xing-shi-zhi-si-:method-swizzling/ “Objective-C Runtime 运行时之四：Method Swizzling” ↩