Objective-C 学习笔记 - 第3章 类的定义与使用

2023年9月9日 190次阅读 来源: NEXTFIND

本章着重介绍了用于开发类的关键元素和独有特性，其中包括 Objective-C 类的结构、类的设计与实现，以及其它一些支持类开发和OOP的语言特性。

<h3 id=”classdevelopment”>类的定义</h3>

在 Objective-C 语言中，类由接口和实现代码组成，一般分别放在2个文件中：类接口 .h 文件，类实现 .m文件。类接口声明了类的属性和方法；类实现定义了类的实例变量、属性和方法。

表3.1列出了常用的扩展名。

扩展名含义扩展名含义
.cC 语言源文件.mmObjective-C++ 源文件
.cc、.cppC++ 语言源文件.plPer 源文件
.h头文件.oObject（编译后）文件
.mObjective-C 源文件————

类接口：类的声明使用关键字@interface和@end来声明。

// 代码清单-3.1
// 
@interface ClassName : SuperClassName
// 
// 属性和方法的声明
// 
@end

类实现：类的实现使用关键字@implementation和@end来实现。

// 代码清单-3.2
// 
@ implementation ClassName
// 
// 实例变量（最好在类的实现部分声明实例变量）
// 在类接口中声明的所有方法都必须在类的实现文件中定义
//
@end

<h3 id=”classvariable”>实例变量</h3>

实例变量是指为类声明的变量，它们在相应的类实例（即对象）的生命周期中存在并拥有值。实例变量拥有与对象对应的作用范围和命名空间。当对象被创建时，系统会为实例变量分配内存，当对象被释放时系统也会释放变量占用的内存。

实例变量可以在类的接口或实现部分中声明，不过，在类的接口中声明实例变量会违反OOP的关键宗旨之一（封装），因此，最好在类的实现部分中声明实例变量，而当语句块紧跟类的 @implementation 指令时，尤其如此。

// 代码清单-3.3
//
@ implementation ClassName
{
    // 声明实例变量的代码（最好在类的实现部分声明实例变量）
    @private NSString *description;
    @protected float temperature;
    @public int counter;
    ...
}
...
@end

Objective-C 定义了多条编译指令，使用这些指令可以控制实例变量的范围，即在程序中控制变量的可见性。

  • @private: 实例变量只能在声明它的类和该类的其他实例中被访问。
  • @protected: 实例变量可以在声明它的类和该类子类的其他实例方法中被访问。如果没有为实例变量指定保护级别，这是默认的变量范围。
  • @public: 可以在任何位置访问实例变量。
  • @package: 可在通过任何类实例和函数访问实例变量，但在包之外，实例变量会被当成私有变量。该范围可用于库和框架中的类。

这些指令称为访问修饰符，用于修饰在实例变量声明语句块中声明的实例变量。

<h3 id=”classproperty”>属性</h3>

Objective-C 中属性与实例变量的区别是：实例变量存储了对象的内部状态，可以直接获取对象内部状态。而属性无法直接访问对象的内部状态，但提供了访问这类数据的方便机制（即读取和设置方法），因而可以含有其它逻辑。

大多数属性都是由实例变量支持的，属性通过这种机制隐藏对象的内部状态。除非专门设置，否则实例变量就拥有与属性相同的名称（但会带下划线前缀）。

属性的声明：使用关键字 @property 后跟一组可选的特性（用圆括号括起来）、属性的类型和名称。

// 代码清单-3.4
//

@property（特性）属性的类型 属性的名称;

// 属性的特性
// 
// 原子性特性  nonatomic          使用该特性可以在多线程并发的情况中，将访问器设置为非原
//                              子性的，因而能够提供不同的结果。如果不设置该特性，访问
//                              器就会拥有原子性，换言之，赋值值和返回结果永远都会完全同步
// 设置器语义  assign             通过该特性可以在不使用copy和retain特性的情况下，使属
//                              性的设置器方法执行简单的赋值操作。这个特性是默认设置。
// 设置器语义  retain             在赋值时，输入值会被发送一条消息，而上一个值会被发送一条
//                              释放信息
// 设置器语义  copy               在赋值时，输入值会被发送一条消息的副本，而上一个值会被
//                              发送一条释放信息
// 设置器语义  strong             当属性使用ARC内存管理功能时，该特性等同于retain特性
// 设置器语义  weak               当属性使用ARC内存管理功能时，该特性的作用与assign特性类似，
//                              但如果引用对象被释放了，属性的值会被设置为nil
// 可读写特性  readwrite          使用该特性时，属性可以被读取也可以被写入，而且必须实
//                              现getter和setter方法。这个特性是默认设置
// 可读写特性  readonly           使用该特性时，会将属性设置为只读。必须实现getter方法
// 方法名称性  getter=getterName  将getter方法重命名为新设置器的名称
// 方法名称性  setter=setterName  将setter方法重命名为新设置器的名称

其中特性有如下几种取值，各个特性的含义涉及到 Objective-C 中内存管理的相关知识，后面会有详细的讲解，所以这里只是简单的介绍。只有对 Objective-C 的内存管理有了比较全面的了解之后，才能很好的理解这里各个特生的含义。

◉ 读写属性:（readwrite/readonly）决定是否生成set访问器

◉ setter语意:（assign/retain/copy）set访问器的语义，决定以何种方式对数据成员赋予新值

◉ 原子性:（atomic/nonatomic)

属性特性详细讲解：

readwrite：生成 setter\getter 方法(默认)

使用该特性时，属性可以被读取也可以被写入，而且必须实现getter和setter方法。这个特性是默认设置。

readonly：只生成 getter 方法.

此标记说明属性是只读的，如果你指定了 readonly，在 @implementation 中只需要一个 getter。或者如果你使用@synthesize关键字，也只会生成getter方法。如果你试图使用点操作符为属性赋值，你将得到一个编译错误。readonly关键字代表 setter 不会被生成， 所以它不可以和 copy/retain/assign 组合使用。

assign：简单赋值，不更改索引计数

此标记说明设置器直接进行赋值，这也是默认值。在使用垃圾收集的应用程序中，如果你要一个属性使用 assign，且这个类符合 NSCopying 协议，你就要明确指出这个标记，而不是简单地使用默认值，否则的话，你将得到一个编译警告。这再次向编译器说明你确实需要赋值，即使它是可拷贝的。

retain：释放旧的对象，将旧对象的值赋予输入对象，再增加输入对象的索引计数为1

指定 retain 会在赋值时唤醒传入值的retain 消息。此属性只能用于Objective-C 对象类型，而不能用于Core Foundation 对象。（原因很明显，retain 会增加对象的引用计数，而基本数据类型或者 Core Foundation 对象都没有引用计数）。

copy：建立一个索引计数为1的对象，然后释放旧对象

它指出，在赋值时使用传入值的一份拷贝。拷贝工作由 copy 方法执行，此属性只对那些实行了 NSCopying 协议的对象类型有效。更深入的讨论，请参考”复制”部分。

atomic/nonatomic：原子操作

指出访问器不是原子操作，atomic 表示属性是原子的，支持多线程并发访问，而默认地 nonatomic，访问器是原子操作。这也就是说，在多线程环境下，解析的访问器提供一个对属性的安全访问，从获取器得到的返回值或者通过设置器设置的值可以一次完成，即便是别的线程也正在对其进行访问。如果你不指定 nonatomic，在自己管理内存的环境中，解析的访问器保留并自动释放返回的值，如果指定了 nonatomic，那么访问器只是简单地返回这个值。没有特别的多线程要求建议用 nonatomic 有助于提高性能。

在 iOS5 引入了自动引用计算 ARC（Automatic Reference Counting）之后，对象变量属性新增了 strong 和 weak，strong 与 retain 作用类似，可以说是用来代替retain；weak 与 assign 特性类似.

<h3 id=”classgetproperty”>访问属性</h3>

属性的定义：大多数属性是由实例变量支持的，因此属性的定义中会含有属性的 getter 和 setter 方法的定义、实例变量的声明，并在 getter/setter 方法中使用这些变量。Objective-C 提供了多种定义属性的方式：显示定义、通过关键字（@synthesize）补全、自动补全和动态生成（@danamic）。

Objective-C 提供了两种访问属性的机制：访问器方法和点语法。

访问器方法：用于读取值的方法（getter方法）拥有与属性相同的名字；用于设置值的方法（setter方法）其名称以set开头、后跟首字母大写的属性名。

// 代码清单-3.5
//
// 假设属性名称为 color
[myObject color];
[myObject setColor:输入值];

点语法：类似于Java语言中的方法.

// 代码清单-3.6
//
// 假设属性名称为 color
myObject.color;
myObject.color = 输入值;

Objective-C 语法关于点表达式的说明：如果点表达式出现在等号 ＝ 左边，该属性名称的 setter 方法将被调用。如果点表达式出现在 = 右边，那么该属性名称的 getter 方法将被调用。所以在 Objective-C 中点表达式其实就是调用对象的 setter/getter 方法的一种快捷方式。

<h3 id=”classvariableproperty”>实例变量与属性的关系</h3>

在老版本的 Objective-C 语言中，我们需要同时声明属性和实例变量，那时属性是 Objective-C 语言的一个新的机制，并且要求你必须声明与之对应的实例变量，例如：

// 代码清单-3.7
//
@interface MyNoteBook : NSObject
{
    @protected NSString * _content;
}

@property (nonatomic, retain) NSString * content;

...

@end

后来，苹果将默认编译器从GCC转换为Clang/LLVM(low level virtual machine)，从此不再需要手动为属性声明实例变量了，它支持对已声明属性进行自动补全。如果编译器发现一个没有实例变量支持的属性，它将自动创建一个作用范围为 @priavte 并且与属性名称相同的支持实例变量（但会带下划线前缀）。编译器可以自动补全以下声明的属性：1、没有使用关键字（如@synthesize）进行补全的属性；2、不是（通过@dynamic属性指令）动态生成的属性。3、没有用户编写的 getter 和 setter 方法的属性。因此，使用该特性就无需手动补全已声明的属性。编译器会自行补全已声明的属性和相应的实例变量。

例如 MyNoteBook.h 文件：

// 代码清单-3.8
//
@interface MyNoteBook : NSObject

@property (nonatomic, retain) NSString * content;

...

@end

在 MyNoteBook.m 文件中，编译器也会自动的生成一个实例变量 _content ，那么在 .m 文件中可以直接的使用 _content 实例变量，也可以通过属性 self.content 来访问和设置。

注意：这里的 self.content 其实是调用属性 content 的 getter/setter 方法。这与 C++ 中点的使用是有区别的，C++中的点可以直接访问成员变量（也就是实例变量）。

例如 MyNoteBook.h 文件：

// 代码清单-3.9
//
@interface MyNoteBook : NSObject
{
    __strong NSString * content;
}

...

@end

在 MyNoteBook.m 文件中，self.content 这样的表达式是错误的。Xcode会提示你使用 ->，改成 self->content 就可以了。因为 Objective-C 中点表达式是表示调用方法，而上面的代码中没有 content 这个方法。

以前的用法，声明属性跟与之对应的实例变量（代码清单-3.7），这种方法基本上使用最多，现在大部分也是在使用，因为很多开源的代码都是这种方式。但是在 iOS5 更新之后，苹果是建议用以下的方式来使用：

// 代码清单-3.10
//
@interface MyNoteBook : NSObject

@property (nonatomic, retain) NSString * title;
@property (nonatomic, retain) NSString * author;
@property (nonatomic, retain) NSString * content;

...

@end

因为编译器会自动为你生成与属性名称相同（但带下划线前缀）的实例变量；也会自动为你生成 setter/getter 方法。

如果你想自己设定与属性相关联的变量的名称，则可以通过关键字 @synthesize 来实现。

// 代码清单-3.11
//
// 语法：@synthesize 属性名称 [=实例变量名称];
// 例如：

@synthesize myIntProperty;  // 省略[=实例变量名称]
@synthesize myIntProperty = myPropertyOne;

如果省略了可选项[=实例变量名称]，编译器会根据属性实例变量标准命名惯例，自动生成实例变量的名称。如果你设置了可选项[=实例变量名称]，编译器就会使用该名称创建实例变量。

<h3 id=”classmethod”>方法</h3>

方法的声明由方法类型、返回值类型和一个或多个（提供名称、参数和参数类型信息的）方法代码段构成。

// 代码清单-3.12
//
// 语法：方法类型 (返回类型) 方法代码段名称 : (参数类型) 参数名称 ...
// 例如：

- (id) initWithTitle: (NSString *) title;
- (id) initWithTitle: (NSString *) title andContent: (NSString *) content;
+ (void) readMyNotBook: (NSString *) title;

调用方法：对象（发送器）通过发送信息与其它对象（接收器）进行交互，从而调用指定的方法。

// 代码清单-3.13
//
// 语法：[接收器 方法代码段名称:参数值 ...]
// 说明：如果拥有多个代码段，可将它们的名称和参数值以空格为分隔符连续排列。
// 例如：

[myNoteBook initWithTitle:@"Title"];
[myNoteBook initWithTitle:@"Title" andContent:@"BookContent"];

<h3 id=”classprotocol”>协议</h3>

使用协议声明的方法和属性可以由任何类实现。协议不与特定的类关联，因此，使用它可以捕捉无继承关系的类之间的相似之处。协议使 Objective-C 支持多重继承规范的概念（方法声明）。

// 代码清单-3.14
//
// 语法：

@protocol 协议名称
// 属性声明
@required
// 方法的声明（必选方法） 
@optional
// 方法的声明（可选方法）
@end

通过在尖括号中设置已经声明的协议的名称，可以使一个协议与其它协议合并——这称为接受协议。可使用逗号分隔多个协议。如代码清单-3.15所示

// 代码清单-3.15 合并其它协议
//
// 语法：

// 合并单个协议
@protocol 协议名称 <协议名称>
// 方法的声明
@end

// 合并多个协议
@protocol 协议名称 <协议名称1, 协议名称2, 协议名称3, ... >
// 方法的声明
@end

使用类似的语法可以令接口接受其它协议，如代码清单-3.16所示

// 代码清单-3.16 接口接受其它协议
//
// 语法：

// 接口接受单个协议
@interface 类的名称 ：父类的名称 <协议名称>
// 方法的声明
@end

// 接口接受多个协议
@interface 类的名称 ：父类的名称 <协议名称1, 协议名称2, 协议名称3, ... >
// 方法的声明
@end

协议不引用任何类，它是类无关的，任何类都可以实现定义好的 Protocol。如果我们想知道某个类是否实现了某个 Protocol，可以使用 conformsToProtocol 进行判断，如下：

if(YES == [obj conformsToProtocol:@protocol(ProtocolName)]) { 
    // 在这里插入代码
}

这里使用 @protocol 指令用于获取一个协议名称，并产生一个 Protocol 对象，并作为conformsToProtocol: 的参数。如果为了测试 obj 是否实现了协议中的某一个方法，可以编写以下代码：

if ([obj respondsToSelector:@selector(methodName)]) {
    [obj methodName];
}

<h3 id=”classcategory”>分类</h3>

使用分类可以在不进行子类化的情况下，为已经存在类增加功能。分类通常用于：1、扩展其他人定义的类（即使你无法访问它们的源代码）；2、替代子类；3、将新类的实现代码分发给多个源文件（通过多人分工，简化大型类的开发工作）。

分类接口的声明以关键字 @interface 开头，后跟已存在的类的名称、带括号的分类名称以及它所接受的协议（如果有的话），以关键字 @end 结束。方法的声明放在这些语句之间。

// 代码清单-3.17 分类声明的语法
//
// 语法：
 
@interface 类的名称 (分类的名称) <协议名称1, 协议名称2, 协议名称3, ... >
// 方法的声明
@end

扩展视为一种匿名（即未命名的）分类。在扩展中声明的方法必须在相应类的主 @implementation 块中实现（它们无法在分类中实现）。

// 代码清单-3.18
//
// 语法：

@interface 类的名称 () <协议名称>
{
// 实例变量的声明
}
// 属性的声明
// 方法的声明
@end

扩展与分类的区别是它能声明实例变量和属性。编译器会检查在扩展中声明的方法（和属性）是否被实现。类扩展通常应存储在类实现文件中，并用于组织和声明在类中独立使用的其它私有方法（例如，不是公用API的一部分）。

<h3 id=”classsummary”>小结</h3>

本章主要介绍了 Objective-C 程序开发中使用的类。

  • Objective-C 的类由接口和实现代码构成。接口声明了类的属性和方法；实现定义了类的实例变量、属性和方法。按照惯例，应将类的接口代码存储在 .h 文件中，类的实现代码存储在 .m 文件中。
  • 在协议中声明的方法和属性可以由任何类实现。使用协议通常可以在无继承关系的类之间实现通用行为。
  • 使用分类可以在不进行了类化的情况下，为已经存在的类增加功能。分类通常用于：1、扩展其他人定义的类（即使你无法访问它们的源代码）；2、替代子类；3、将新类的实现代码分发给多个源文件。扩展可以被视为一种匿名分类，不过它声明的方法必须在类的主实现块中实现。扩展还可以声明实例变量和属性。
    原文作者：NEXTFIND
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