Что такое objective c

Objective-C Runtime. Теория и практическое применение

Что такое Runtime?

Objective-C задумывался как надстройка над языком C, добавляющая к нему поддержку объектно-ориентированной парадигмы. Фактически, с точки зрения синтаксиса, Objective-C — это достаточно небольшой набор ключевых слов и управляющих конструкций над обычным C. Именно Runtime, библиотека времени выполнения, предоставляет тот набор функций, которые вдыхают в язык жизнь, реализуя его динамические возможности и обеспечивая функционирование ООП.

Базовые структуры данных

Мы видим, что объект в процессе работы программы представлен обычной C-структурой. Каждый Objective-C объект имеет ссылку на свой класс — так называемый isa-указатель. Думаю, все видели его при просмотре структуры объектов во время отладки приложений. В свою очередь, класс также представляет из себя аналогичную структуру:

Класс в Objective-C — это полноценный объект и у него тоже присутствует isa-указатель на «класс класса», так называемый метакласс в терминах Objective-C. Аналогично, С-структуры определены и для других сущностей языка:

Функции Runtime-библиотеки

Пример 1. Интроспекция объекта

Рассмотрим пример использования Runtime библиотеки. В одном из наших проектов модель данных представляет собой plain old Objective-C объекты с некоторым набором свойств:

2013-05-04 15:54:01.992 Test[40675:11303] COConcreteObject: <
name = Foo;
quantity = 10;
title = bar;
>

Сообщения

Система вызова методов в Objective-C реализована через посылку сообщений объекту. Каждый вызов метода транслируется в соответствующий вызов функции objc_msgSend :

Здесь вы можете динамически указать свою реализацию вызываемого метода. Если же этот механизм по каким-то причнам вас не устраивает — вы можете использовать форвардинг сообщений.

Пример 2. Method Swizzling

Пример 3. Ассоциативные ссылки

Еще одним известным ограничением категорий является невозможность создания в них новых переменных экземпляра. Пусть, например, вам требуется добавить новое свойство к библиотечному классу UITableView — ссылку на «заглушку», которая будет показываться, когда таблица пуста:

«Из коробки» этот код работать не будет, вы получите исключение во время выполнения программы. Эту проблему можно обойти, используя функционал ассоциативных ссылок:

Источник

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

Objective-C

Содержание

Характеристики Objective-C

Классы и объекты

Основная цель языка Objective-C, реализация объектно-ориентированного подхода в языке С, и классы являются основной особенностью Objective-C которые поддерживают объектно-ориентированный подход и часто называются «пользовательскими типами».

Определение класса

Определение класса начинается с ключевого слова @interface, после чего следует имя класса и тело класса, заключенная в фигурных скобках. В Objective-C все классы унаследованы от основного класса NSObject. Это родительский класс всех классов в Objective-С. Он обеспечивает основные методы: выделение памяти, инициализация. Ниже приведен пример определения класса Box:

Члены-переменные являются частными и доступны только внутри реализации класса.

Определение методов

Общая форма определения метода на языке программирования Objective-C выглядит следующим образом:

Определение метода состоит из заголовка метода и его тела.

Ниже приведен код реализации метода max(). Этот метод получает два параметра: num1 и num2, и возвращает больший из них:

Для вызова метода необходимо передать ему список параметров после имени метода, и можно сохранить значение возвращаемое методом. Например:

Использование объектов Objective-C

Объект создается из класса. Объект класса объявляется точно с так же, как и переменные основных типов. Свойства объектов класса можно получить с помощью оператора прямого доступа (.). Ниже приведен пример объявления двух объектов типа Box:

Свойства

Свойства вводятся в Objective-C для того, чтобы переменную экземпляра класса можно было получить за пределами класса. Основные свойства:

Наследование

Objective-C, очевидно, реализует понятие наследования, но не поддерживает множественное наследование.

Используется другая техника, чтобы наследовать еще и от класса «Wiz». В языке С++, класс может быть получен из одного или нескольких классов используя режимы «public», «protected» или «private». При вызове метода, можно ссылаться на родительский класс с помощью оператора разрешения контекста :: (Bar. Wiz::). В Objective-C, класс можно получить только из одного класса с использованием режима «public». При вызове метода, можно ссылаться на родительский класс с помощью ключевого слова «super», как в языке Java.

Формальный протокол

Формальный протокол представляет собой набор методов, которые должны быть реализованы в любом классе который соответствует требованиям. Класс может соответствовать неограниченному количеству протоколов.

В языке C++, протоколы реализованы как абстрактные классы и чисто виртуальные методы. Абстрактный класс в С++ является более «мощным», чем протокол в Objective-C, поскольку он может хранить данные.

Класс «Foo» должен реализовать mousePressed, mouseClicked и keyPressed. Класс может быть использован как «наблюдатель» мыши и клавиатуры. В Objective-C, протокол является специальным понятием. Треугольные скобки не используются как шаблоны в С++. Это особенность которой нет в Objective-C.

Преимущества и недостатки

В C++, несколько модификаторов могут быть добавлены к прототипу функции. Ни один из них не существует в Objective-C. Вот список:

Источник

Objective-C с нуля

Банальная теория возникновения ООП

Проблема повторного использования написанного кода и его переносимость постоянно заставляет программистов искать все новые пути его упорядочивания, структуризации и абстрагирования. Для решения этих проблем создаются новые парадигмы программирования, шаблоны проектирования, новые языки, компиляторы и стандартные библиотеки к ним, программные платформы и фреймворки. Так образовались парадигма подпрограмм (процедур), реализуемая при помощи процессорных команд CALL\RET и стека (по сути, перенос потока выполнения по адресу произвольной, а не следующей за текущей команды, с последующим возвратом). Затем, парадигма модулей (каждый файл – отдельная единица трансляции), породившая двухэтапную трансляцию: компиляция модулей, а затем их компоновка (статическая или динамическая) в исполняемый модуль.

В следствии увеличения объема кода в проектах и сложностей его поддержки, с 1960х начинает образовываться новая, объектно-ориентированная парадигма программирования, разбившая программы на еще более мелкие составляющие – типы данных. Ее суть заключается во взаимодействии сущностей (объектов) посредством посылки друг другу сообщений. Каждый объект является переменной определенного программистом типа данных (так называемого класса). Определение такого специального пользовательского типа данных (класса) заключается в двух вещах: определении набора данных (инвариантов, членов) и набора подпрограмм (методов), которые будут их обслуживать.

Класс обычно оформляется как определенный программистом тип, основанный на встроенных (языковых) типах данных и\или других классах. Для языка С, не поддерживающего объектно-ориентированную парадигму, это может быть структура (struct). А набор подпрограмм реализуется как обычные функции, обязательно принимающие как минимум один параметр — указатель на набор данных, подлежащих обработке.

Основным преимуществом объектно-ориентированного подхода стала возможность создавать новые классы на основе уже написанных (добавлять инварианты и методы, переопределять методы, использовать определенные в базовом классе методы как свои), названное наследованием.

Набор методов представляет собой интерфейс для взаимодействия с инвариантами. Невозможность непосредственной модификации данных класса (без задействования его интерфейса) отражает принцип инкапсуляции. На рисунке показан класс и его объекты. Имеется инвариант x типа float и к нему интерфейс (метод) doubleX, возвращающий значение инварианта.

Бывает, что необходимо послать сообщение объекту, который на него определенно отвечает (т.е. вызвать для объекта класса такой метод, который он реализовал), но, по ситуации, конкретный класс этого объекта неизвестен. Например, каждому элементу списка указателей на объекты класса Auto нужно послать сообщение Move, а известно что в списке находятся указатели на объекты не только класса Auto, но также и указатели на производные (наследованные) классы Ford и Subaru. Это возможно сделать только благодаря принципу полиморфизма, заключающегося в том, что при посылке определенного сообщения объекту из некой иерархии классов, в которой все объекты способны принять такое сообщение, этот объект реагирует на него соответственно своему, а не базовому для данной иерархии классу.

Первым языком с поддержкой объектно-ориентированного подхода стал Simula67. Затем появился Smalltalk. А в 80х начал оформляться С++ — основной язык современного системного программирования. Его расширение и усовершенствование в 90х породило ряд парадигм и шаблонов проектирования, и оказало необратимое влияние на современное видение объектно-ориентированного подхода, в том числе, и на язык Objective-C.

Чуть-чуть истории

Objective-C возник в 80-x как модификация С в сторону Smalltalk. Причем модификация эта состояла в добавлении новых синтаксических конструкций и специальном препроцессоре для них (который, проходя по коду преобразовывал их в обычные вызовы функций С), а также библиотеке времени выполнения (эти вызовы обрабатывающей). Таким образом, изначально Objective-C воспринимался как надстройка над C. В каком-то смысле это так и до сих пор: можно написать программу на чистом С, а после добавить к ней немного конструкций из Objective-C (при необходимости), или же наоборот, свободно пользоваться С в программах на Objective-C. Кроме того, все это касается и программ на С++. В 1988 NeXT (а в последствии Apple) лицензировала Objective-C и написала для него компилятор и стандартную библиотеку (по сути SDK). В 1992 к усовершенствованию языка и компилятора подключились разработчики проекта GNU в рамках проекта OpenStep. С тех пор GCC поддерживает Objective-C. После покупки NeXT, Apple взяля их SDK (компилятор, библиотеки, IDE) за основу для своих дальнейших разработок. IDE для кода назвали Xcode, а для GUI – Interface Builder. Фреймворк Cocoa для GUI разработок (и не только) на сегодня является наиболее значимой средой разработки программ на Objective-C.

Особенности Objective-C

Обмен сообщениями

Чтобы заставить объект выполнить какой-нибудь метод нужно послать ему сообщение, именуемое так же, как и требуемый метод. Такое сообщение называется селектор метода. Синтаксис посылки таков:

В сообщении можно передавать параметры для вызываемого метода:

Перед каждым параметром необходимо ставить двоеточие. Сколько двоеточий – столько и параметров. Имя метода может продолжаться после каждого такого двоеточия-параметра:

Методы с неограниченным количством аргументов вызываюся следующим синтаксисом:

Посылка сообщения, как и любая функция C, возвращает определенное (может void) значение:

При посылке сообщения nil оно просто пропадает. При посылке сообщения объекту, который принадлежит классу, не реализовавшему заказанный метод, возникает исключение, которое, будучи не перехваченным, приводит всю программу к незапланированному завершению. Для проверки, отвечает ли данный объект на кокое-либо сообщение можно использовать следующий шаблон кода:

Как работает передача сообщений

Посылка сообщения транслируется в С-функцию с прототипом:

Тип SEL, по сути, определен как char const *, но лучше воспринимать его как int, поскольку во время выполнения все селекторы индексируются целыми значениями согласно глобальной таблице селекторов.

Пользуясь инвариантом isa объекта receiver (при использовании фреймворка Foundation, базового для Cocoa, все классы должны наследовать класс NSObject, поэтому наличие isa неизбежно), эта функция просматривает локальный список селекторов класса с целью определить, отвечает ли объект данного класса на сообщение method. Если такой селектор находится, то управление передается соответствующему методу класса, которому передается id объекта (указатель на его инварианты) и указанные после селектора параметры функции objc_msgSend(). Значение, возвращенное методом, отдается как результат посылки сообщения. Если у объекта-приемника данный селектор отсутствует, функции objc_msgSend() просматривает список селекторов его базового класса.

При такой схеме вызов, например:

Так как в глобальной таблице селекторов 12 соответствует строке “addObject:”. Далее функция objc_msgSend() выполняет поиск по списку селекторов объекта receiver и, найдя его (пусть это объект класса NSArray, который реализовал метод с селектором 12), производит вызов типа:

Объявление метода

Интересно отметить, что прототип метода addObject из предыдущего раздела в объявлении класса выглядел так:

То есть принимал всего один параметр. Но, исходя из принципа объектно-ориентированной парадигмы, что методы – это подпрограммы, обрабатывающие определенные наборы данных, методу необходимо передавать адресс данных, подлежащих обработке. Поэтому такой параметр передается во всякий метод класса неявно. Компилятору об этом дополнительном параметре дает понять минус («-«), стоящий первым в прототипе метода. Такой метод (с минусом впереди) называется методом объекта (или экземпляра), т.к. может быть вызван только для объекта какого-нибудь класса. В теле метода этот указатель на экземпляр данных (или адрес объекта, которому послали сообщение) доступен посредством зарезервированного слова self (аналог this в С++), а указатель на экземпляр базового класса – через зарезервированное слово super. Кроме того, в метод объекта также передается неявный параметр _cmd – селектор этого метода из глобальной таблицы селекторов. С точки зрения программиста С++ все методы объектов в Objective-C как-будто объявлены с ключевым словом virtual, и всегда следуют динамическому полиморфизму.

Если в начале прототипа метода поставить знак плюс (“+”), то такой метод будет считаться методом класса, и, естественно, не будет принимать неявный параметр self (это аналогично объявлению static-метода в С++). А без инварианта isa объекта, на который указывает self, указатель super работать, конечно, тоже не будет.
Таким образом, прототип любого метода объявляется так:

Если метод возвращает некий объект (тип id) или класс (тип Class), можно воспользоваться вложенным синтаксисом вызова:

Здесь объекту класса UILabel из фреймворка UIKit устанавливается значение инварианта text равное строке @”Hello world”. Эта строка, в свою очередь, образована конкатенацией строк @”Hello” и @” world”. Первая является результатом посылке сообщения stringWithString классу NSString с параметром-константой @”Hello”. Такой вызов возвращает объект класса NSString, инициализированный строкой-параметром. Затем этому объекту посылается сообщение stringByAppendingString с параметром @” world”. Результат посылки этого сообщения и есть объект класса NSString, содержащий конкатенацию значения объекта-приемника и строкового аргумента. Этот объект и попадает как параметр в сообщение setText: объекта myLabel.

Объявление класса

Объявим простой класс комплексного числа в файле Complex.h:

Как видим, все объявление заключено в ключевые слова interface и end. Первым делом объявляются инварианты (в фигурных скобках). Вне фигурных скобок объявляются методы. Метод description отсутствует в объявлении класса не случайно. Дело в том, что он, как и метод dealloc и init, присутствует в определении класса. При посылке объекту класса Complex сообщения description будет рассмотрен его локальный список селекторов, куда, после компиляции, попадут селекторы всех методов, реализованных классом этого объекта, даже не объявленные в интерфейсной части. То есть init, description и dealloc будут вызывать абсолютно корректно.

Создание объектов

В связи с тем, что все объекты распределяютя в динамической памяти, cоздание объекта приходится проводить в два этапа: 1) выделении памяти (сообщение alloc) и 2) инициализация инвариантов (конструкторы класса).

После создания объекта им можно смело пользоваться:

Некоторые классы обладают методом для быстрого (в один этап) создания собственных экземпляров. Такие методы являются методами класса, возвращают указатель на объект своего класса и их имя обычно начинается с названия самого класса. Например метод:

Возвращает уже готовую строку, инициализированную соответствующей сторокой с завершающим нулем, без вызовов alloc и init:

Время жизни объекта

Реализация init очень важна. Это конструктор класса. Конструкторы отличаются тем, что возвращаеют id и их названия всегда начинается со слова init, а конструктор по умолчанию – это и есть просто init. Схема любого конструктора примерно следующая:

Вот типичный специализированный (не по умолчанию) конструктор для класса с двумя членами типа некоторого класса и одним целочисленным инвариантом:

Реализация release и retain для NSObject идеологически примерно следующая, и ее не нужно переопределять в производных классах, в силу отсутствия доступа к инварианту счетчика ссылок:

То есть самому объекту посылается сообщение dealloc, в реализации метода которого он может, по необходимости, уменьшить счетчики своих инвариантов и передать аналогичное сообщение объекту базового класса, чтобы он сделал то же самое. Очевидно, реализация метода dealloc для NSObject освободит память, выделенную объекту. Обычно dealloc для какого-нибудь класса выглядит так:

Методы доступа

Правильная работа с подсчетом ссылок очень важна при возврате адреса объекта из метода или инициализации инварианта формальным параметром. Обычно такими вещами занимаются так называемые методы доступа, возвращающие и устанавливающие инварианты объектов. Принято именовать метод, возвращающий значение инварианта, так же как и инвариант, а имя метода, устанавливающего его значение, начинать со слова set:

Так как инвариант _re относится ко встроенному типу, никаких сложностей с изменением его значения не возникает. Но если инвариант – объект некоторого класса – то простым присваиванием не обойтись, ведь надо учитывать счетчики ссылок. Для решения этой проблемы применяются следующие три метода:

Вариант №3 не очень удачный потому, что засоряет текущий самовыгружаемый пул, а обычно это не очень желательно (см. следующий раздел).
Метод доступа для чтения значения инварианта всегда очень прост:

Самовыгружаемый пул в нитях программы

Теперь попробуем вернуть из метода созданный внутри него объект:

Строка формата соответствует стандарту языка С. Но если в ней необходимо указать тип id, то используется спецификатор формата %@. Каким образом метод, разбирающий формат, понимает какие символы подставить вместь id? Он просто подставит то, что вернет метод описания description данного объекта. Этот метод изначально объявлен для класса NSObject. NSString переопределил его на вывод своего строкового содержания. Переопределив его, любой объект может представлять свое строковое содержание. Например, так это может сделать класс комплексного числа с двумя инвариантами типа double:

После выполнения метода sayHelloToName:withSurname: определенно произойдет утечка памяти, так как вызывающий код скорей всего не догадывается, что возвращенному объекту нужно после обработки послать сообщение release. Даже если он догадается это сделать, возможно, что возвращался указатель на инвариант объекта, а значит его уничтожение чревато серьезными последствиями. Хотелось бы иметь механизм самоосвобождения объектов когда либо в будующем, чтобы пользовательский код вообще не думал об их освобождении. Решается эта проблема с помощью объекта класса NSAutoreleasePool – самовыгружаемого пула объектов.

После создания объекта такого класса всем объектам, созданным после него, можно послать сообщения autorelease. При этом данный объект помещается в текущий (последний созданный) самовыгружаемый пул. Когда некий пул получит сообщение release, то он отошлет такое же сообщение и всем своим объектам, уменьшая их счетчик ссылок (по сути, уничтожая). Таким образом. Объект, помещенный в самовыгружаемый пул, продолжает жить и занимать память во все время жизни пула. Это удобно для небольших временных объектов, но может с течением времени занять значительную часть памяти. Потому рекомендуется циклы, способные порождать большое количество временных объектов, которые отправляются в самовыгружаемый пул, обрамлять локальными (вложенными) пулами.

Любая нить в программе, использующей Cocoa, должна создавать объект класса NSAutoreleasePool в самом начале (прежде создания других объектов), и в самом конце его уничтожать (после уничтожения всех других объектов). Функция main(), являющаяся главной нитью любой программы на Objective-C, при использовании фреймворка Cocoa должна всегда выглядеть вот так:

А корректный метод sayHelloToName:withSurname: теперь будет выглядеть вот так:

К слову, метод drain самовыгружаемого пула аналогичен release с той лишь разницей, что, кроме освобождения себя самомго и всех содержащихся объектов, еще дает подсказку сборщику мусора вступить в игру. Однако, это актуально только для Mac OS 10.4 и выше, так как на iOS сборки мусора нет.

Определение класса

Теперь рассмотрим файл Complex.m с определением методов класса Complex:

Конструктор по умолчанию вызывает специализированный конструктор с определенными начальными параметрами. Метод complexWithRe:andIm: возвращает инициализированный объект класса Complex, размещенный в текущем самовыгружаемом пуле. То же самое делает и метод description, возвращая объект класса NSString. Вот пример программы, где используется класс Complex:

Категории и расширения

Если к уже написанному (а, возможно, и откомпилированному) классу нужно добавить\переопределить некоторые методы без наследования – категории позволяют это сделать без особых усилий:

А пользоваться этим можно вот так:

Расширения несут добрую службу как безымянные категории:

Протоколы

Протокол Objective-C – это формализованное объявление группы методов, которые, по желанию, может реализовать любой класс (аналог класса в С++, где все методы объявлены со спецификатором virtual … = 0). В версии языка 2.0 методы протокола могут быть требуемыми (спецификатор @required, он считается умалчиваемым) и выборочными (спецификатор @optional). Если какой либо класс реализовал требуемые методы протокола, то он называется классом, поддерживающим данный протокол. Протокол, и класс, его поддерживающий, объявляются вот так:

Oбъекту класса MyPrinter можно гарантированно посылать сообщения print и switchedOn, и, после проверки на respondsToSelector:, можно посылать сообщение loadPaper:, та как в его реализации должны присутствовать определения одноименных методов. Объявление объекта класса, поддерживающего какой-либо протокол осуществляется так:

Кроме того, один класс может удовлетворять нескольким протоколам. Для этого их можно перечислить через запятую в угловых скобках в объявлении класса.

А чтобы объявить объект неизвестного класса (id), соответствующий некоторому протоколу, пишут так:

Исключения

Есть два основных подхода к обработке ошибок: глобальная статусная переменная, значение которой информирует об успешности выполнения предыдущей операции, и генерация исключений. Суть обоих в том, что код, в котором произошла ошибка, надеется, что решить ее сможет вызвавший его код, поэтому возвращает управление ему, сообщая о произошедшей ситуации как можно более подробно. Objective-C поддерживает оба эти подхода.

Исключение – это объект некоторого класса. Он (даже своим типом) несет в себе некоторую информацию о произошедшей ситуации. Для удобства в Cocoa имеется класс NSException, который можно инициализировать двумя объектами NSString и одним объектом произвольного класса (тип id):

Сгенерировать исключение и, тем самым, запустить механизм раскрутки стека вызовов, можно с помощью оператора @throw. Чтобы перхватить сгенерированное исключение, участок кода, где возможна его генерация, необходимо заключить в специальный блок с заглавием try (такие блоки могут быть вложенными). А затем, после этого блока, поставить блок с заглавием catch(), где в круглых скобках указать тип предполагаемого исключения. Блоков catch() после блока try может быть несколько. После генерации исключения управление, раскручивая стек, выходит из блока try и, проверяя по очереди все блоки catch(), попадает именно в тот блок catch(), в фигурных скобках которого стоит такой тип, к которому тип исключения приводится неявно (точное совпадение, указатель на базовый класс или id). Если исключение по типу не совпало ни с одним блоком catch(), управление продолжает раскрутку стека. Если после блока с заглавием try стоит блок с заглавием finally, то управление передастся ему независимо от того, произошло ли в блоке try исключение (и обработан какой-нибудь блок catch()), или выполнилась его последняя инструкция. Ниже приведен пример работы с объектом класса Cup в методе fill которого происходит исключение:

В блоке finally удобно освобождать ресурсы, выделенные в блоке try, но не освобожденные по причине сгенерированного исключения.

Свойства

Для версии Objective-C 2.0 нашa реализация класса Complex явно избыточна: в ней слишком много методов доступа и их определение – сплошная рутина. Перепишем его с использованием свойств:

Источник