Objective-C速成篇

对于有C/C++背景的程序员，Objective-C（简称ObjC)是可以速成的，因为说到底，ObjC只是在传统的C语言上加上一层面向对象的语义。ObjC是C语言的超集，一个C语言程序就是一个ObjC程序。

Hello in ObjC

先来看一个例子：

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, char** argv)
{
  NSLog(@"Hello!");
}

解释一下上面的程序：

• #import 等同于C语言中的#include，只不过前者只会保护头文件一次，不管头文件中是否有保护
• Foundation是苹果为ObjC提供的基础库，比如NSLog就是在Foundation.h中定义的。
• @"Hello!"是一个字符串，前面的@表示这个字符串不是传统的C字符串，而是NSString类型

把上面的程序保存成hello.m，然后使用下面的clang命令编译这个文件

clang -framework Foundation hello.m

sindresorhus/compile-objc.sh这个gist里面提供了更多clang编译选项的参考：

# -fobjc-arc: enables ARC
# -fmodules: enables modules so you can import with `@import AppKit;`
# -mmacosx-version-min=10.6: support older OS X versions, this might increase the binary size

clang hello.m -fobjc-arc -fmodules -mmacosx-version-min=10.6 -o hello

ObjC的面向对象机制

和C++一样，ObjC也是通过扩展C语言来增加面向对象机制。可是两者走的路不一样，C++学习了Simula，所以变成了现在的C++；而ObjC学习了SmallTalk，导致它的机制跟C++/Java之类的有些许不同，语法看起来也不太一样。

声明一个类

@interface Person: NSObject {
  // instance variables
  int age;
}

// class method
+ (bool) canFly;

// instance method
- (void) walk: (int)distance andDirection:(int)dir;

@end

• 上面的例子中声明了一个类Person，这个类从NSObject继承（NSObject属于Foundation）
• Person有一个成员变量age，用来表是Person的年龄
• Person有一个类方法canFly，这个方法返回布尔类型。注意，类变量用+开头
• Person有一个实例方法Walk，这个方法不返回任何值，但是接受两个参数，第一个参数是(int)distance，表明要走多远；第二个参数是andDirection:(int)dir，其中的andDirection其实是函数名的一部分。注意，实例方法用-开头

和C语言一样，类声明一般房子.h的头文件中。

实现一个类

#import "person.h"

@implementation Person
+ (bool) canFly
{
  return false;
}

- (void) walk: (int)distance andDirection:(int)dir
{
  ...
  // turn to direction
  // move a distance
  ...
}
@end

类的实现一般放在.m文件中，类似.c文件。（不得不说，.m文件容易和matlab的文件格式混淆）。

和C++的一些比较

消息传递

C++的面向对象机制是基于虚函数，也就是说多态是在编译时就确定了的；而ObjC是基于消息发送的，比如：

Person *person = [[Person alloc]init];
[person walk:20 andDirection:0];

首先[Person alloc]发送一条消息alloc给Person，Person必须具有名字叫做alloc的类方法，否则就会出错。因为Person继承了NSObject，所以从NSObject那里获得了alloc。

alloc生成一个Person的实例，然后调用实例的init方法，来初始化这个实例。init的作用比较像C++中的初始化函数，大楷是这么个样子的的：

- (id)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        // perform initialization of object here
    }
    return self;
}

init返回id类型。id是一个万能指针，可以接受任何类型的对象。另外[super init]的意思是调用父类的init方法。

有人可能注意到我们的Person类并没有提供init方法，所以我们可以用new直接实例化Person：

[Person new]

消息转发

因为ObjC的消息是动态处理的，所以当一个对象收到一个消息时，可以把这个消息转给第三者来处理：

以下例子来自于Wikipedia，当Forwarder收到一条消息不能直接处理的时候，它通过forward方法把消息转给成员变量recipient，试图让recipient去处理这条消息：

@implementation Forwarder

- (retval_t)forward:(SEL)sel args:(arglist_t) args {
 /*
 * Check whether the recipient actually responds to the message.
 * This may or may not be desirable, for example, if a recipient
 * in turn does not respond to the message, it might do forwarding
 * itself.
 */
 if([recipient respondsToSelector:sel]) {
  return [recipient performv:sel args:args];
 } else {
  return [self error:"Recipient does not respond"];
 }
}

- (id)setRecipient:(id)_recipient {
 [recipient autorelease];
 recipient = [_recipient retain];
 return self;
}

- (id) recipient {
 return recipient;
}
@end

ObjC通过消息转发实现Dynamic Typping(动态类型指定)，可以用来做多态。

Protocol

ObjC支持Protocol，所谓Protocol，其实像C++的抽象类，就是一堆方法的集合，如下所示：

@protocol NSLocking
- (void)lock;
- (void)unlock;
@end

支持某个Protocol的类必须实现Protocol中所列举的方法：

@interface NSLock : NSObject <NSLocking>
//...
@end

说实话，这跟Go语言中的interface机制很像。

静态类型指定

静态类型指定是在编译期间发生的，看下面的例子：

1. - (void)setMyValue:(id)foo;
2. - (void)setMyValue:(id<NSCopying>)foo;
3. - (void)setMyValue:(NSNumber *)foo;
4. - (void)setMyValue:(NSNumber<NSCopying> *)foo;

上面的例子中，1可以匹配自己以及2、3、4，因为id是万能指针。2只匹配自己以及其他实现了NsCopying协议的同名方法，比如4。3可以匹配自己和4。4只能匹配自己。

Category

既然ObjC的对象的方法不是在编译时绑定的，那么可不可以在运行的时候为一个对象增加或者删除一个方法呢？答案是肯定的。ObjC可以在运行时添加若干个方法到一个对象的类型上。但是添加的粒度不是按照方法来算的，而是按照Category来算的。一个Category和一个Protocol一样，是若干个方法的集合。不过Protocol是在编译的时候添加若干方法到Interface，而Category是在运行的时候生效的。

但是和Protocol不同，Category不仅可以添加方法，还可以添加变量。同时，添加的Category的时候并不需要知道类的源代码，而且添加的Category中的方法可以访问类的私有成员。如果添加的Category中的方法和类中原有的方法重名，则类中原有的方法会被Category中的方法覆盖。这是给代码打补丁的一个很好的方式。

来看一下Wikipedia上的例子：

Integer.h中包含Integer的原始代码：

# import <objc/Object.h>

@interface Integer : Object {
 int integer;
}

- (int) integer;
- (id) integer: (int) _integer;
@end

Integer+Arithmetic.h为Integer增加了一个Category：

# import "Integer.h"

@interface Integer (Arithmetic)
- (id) add: (Integer *) addend;
- (id) sub: (Integer *) subtrahend;
@end

ObjC的这个特性依赖于它对Reflection的支持。也就是ObjC可以在运行时有办法便利类中的每个属性以及方法。这一点比C++要厉害许多。C++对Reflection只有简单的typeinfo的支持。

其他方面

ObjC的小历史

ObjC是一个很老的语言，在1984年由Tom Love和Brad Cox创建。后来NeXT选择ObjC作为主力开放语言。苹果收购了NeXT，乔帮主回到了苹果，同时ObjC也成为了苹果的主力开发语言。

苹果在2006的WWDC上推出了ObjC的2.0版本，给ObjC带来了垃圾收集，语法改进、以及64位支持等等。同时又在2012年的WWDC上推出了Modern Objective-C，带来了ARC，同时又增强了语法。

发展至今，ObjC可以说是长盛未衰，甚至微软都在Windows上推出了ObjC的编译器，叫做WinObjC，可以帮你方便得把mac/iOS上的程序移植到Windows上。

ObjC和Swift

ObjC曾经是iOS和macOS上的编写APP的唯一选择，直到WWDC 2014上苹果推出了Swift。到目前为止，两种语言还是并驾齐驱。苹果越来越倾向于Swift，所以在未来Swift会有更好的发展，比如新的语言特性，以及新的开发工具支持。但是个人觉得ObjC应该不会消失，毕竟ObjC只是C语言上的一个抽象层，只要C语言存在，让ObjC存在不难。

Swift降低了编写iOS/macOS APP的难度，毕竟ObjC有一部分是C，而C语言对于新人是不太友好的。

Objective C++

Clang和GCC支持Objective-C++，允许ObjC和C++可以有一些互操作性。你可以用Objective-C++编译C++代码，然后和ObjC链接。但是其中存在一些限制：

• C++类和ObjC类不能互相继承
• ObjC的类型声明不能与C++的namespace交互操作。
• ObjC的成员变量的类型不能是带虚函数的C++类，或者没有默认构造函数的C++类
• C++只能通过指针引用ObjC的对象
• C++的模板不能用在ObjC的类型声明上，但是ObjC的类型可以作为模板参数
• ObjC和C++的异常机制有所不同，ObjC的异常发送时可能不会调用C++的析构函数。在苹果系统中如果使用ObjC++，ObjC的异常会被替换成C++异常。

参考资源

主要参考

• An Overview of Objective-C Object Oriented Programming
• Wikipedia Objective-C

Medium 文章

• How to Learn Objective-C

Github资源

• Aufree/trip-to-iOS
• jobbole/awesome-ios-cn

苹果官方文档

• Programming with Objective-C
• Adopting Modern Objective-C
• WWDC 2012 Modern Objective-C
• WWDC 2012 Migrating to Modern Objective-C
• Using C++ with Objective-C

其他

• How do you create a simple Objective-C command line project in Xcode
• Compiling Objective-C without a GUI
• Objective-C 2.0 Essentials
• Objective Cee
• Clang Language Extensions
• The Basics of Modern Objective-C
• Objective-C Tutorial