【IOS开发基础系列整理】OC与c++混编专题

2019年6月8日 241次阅读来源: Kevin_Junbaozi

1 objective-c和c++混合编程

1.1 OC调用C++类的方法

在 Objective-C++中，可以用C++代码调用方法也可以从Objective-C调用方法。在这两种语言里对象都是指针，可以在任何地方使用。例如，C++类可以使用Objective-C对象的指针作为数据成员，Objective-C类也可以有C++对象指针做实例变量。下例说明了这一点。

注意：Xcode需要源文件以”.mm”为扩展名，这样才能启动编译器的Objective-C++扩展。

1.1.1 简单示例

/* Hello.mm

* Compilewith: g++ -x objective-c++ -framework Foundation Hello.mm -o hello

#import <Foundation/Foundation.h>

class Hello {

private:

id greeting_text; // holds an NSString

public:

Hello() {

greeting_text = @”Hello, world!”;

}

Hello(const char* initial_greeting_text) {

greeting_text = [[NSString alloc] initWithUTF8String:initial_greeting_text];

}

void say_hello() {

printf(“%s\n”, [greeting_text UTF8String]);

}

};

@interface Greeting: NSObject {

@private

Hello *hello;

}

– (id) init;

– (void) dealloc;

– (void) sayGreeting;

– (void) sayGreeting:(Hello*)greeting;

@end

@implementationGreeting

– (id) init {

if (self = [super init]) {

hello = new Hello();

}

return self;

}

– (void) dealloc {

delete hello;

[super dealloc];

}

– (void) sayGreeting {

hello->say_hello();

}

– (void) sayGreeting:(Hello*)greeting {

greeting->say_hello();

}

@end

int main() {

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

Greeting *greeting = [[Greeting alloc] init];

[greeting sayGreeting]; // > Hello, world!

Hello *hello = new

Hello(“Bonjour, monde!”);

[greeting sayGreeting: hello];// > Bonjour, monde!

delete hello;

[greeting release];

[pool release];

return 0;

}

正如你可以在OC接口中声明C结构一样，你也可以在OC接口中声明C++类。跟C结构一样，OC接口中定义的C++类是全局范围的，不是OC类的内嵌类（这与标准C（尽管不是C++）提升嵌套结构定义为文件范围是一致的）。

为了允许你基于语言变种条件化地编写代码，OC++编译器定义了__cplusplus和__OBJC__预处理器常量，分别指定C++和OC。如前所述，OC++不允许C++类继承自OC对象，也不允许OC类继承自C++对象。

class Base {/* … */ };

@interfaceObjCClass: Base … @end // ERROR!

class Derived:public ObjCClass … // ERROR!

与 OC不同的是，C++对象是静态类型的，有运行时多态是特殊情况。两种语言的对象模型因此不能直接兼容。更根本的，OC和C++对象在内存中的布局是互不相容的，也就是说，一般不可能创建一个对象实例从两种语言的角度来看都是有效的。因此，两种类型层次结构不能被混合。

你可以在OC类内部声明C++类，编译器把这些类当作已声明在全局名称空间来对待。就像下面：

@interface Foo{

class Bar { … } // OK

}

@end

Bar *barPtr;// OK

OC允许C结构作为实例变量，不管它是否声明在OC声明内部。

@interface Foo{

struct CStruct { … };

struct CStruct bigIvar; // OK

} …

@end

Mac OS X 10.4以后，如果你设置fobjc- call-cxx-cdtors编译器标志，你就可以使用包含虚函数和有意义的用户自定义零参数构造函数、析构函数的C++类实例来做为实例变量（gcc-4.2默认设置编译器标志fobjc-call-cpp-cdtors）。OC成员变量alloc完以后，alloc函数会按声明顺序调用构造器。构造器使用公共无参数恰当的构造函数。OC成员变量dealloc之前，dealloc方法按声明顺序反序调用析构函数。OC没有名称空间得概念，不能在C++名称空间内部声明OC类，也不能在OC类里声明名称空间。OC类、协议、分类不能声明在C++ template里，C++ template也不能声明在OC接口、协议、分类的范围内。

但是，OC类可以做C++ template的参数，C++ template参数也可以做OC消息表达式的接收者或参数（不能通过selector）。

1.1.2 OC++类的头文件定义

你可能会想使用等价的Objective-C类型和函数将C++代码封装(wrap)起来。比方说，你有一个名为CppObject的C++类(CppObject.h)：

#include <string>

class CppObject

{

public:

void ExampleMethod(conststd::string& str);

// constructor, destructor, other members, etc.

};

在Objectiv-C类允许定义C++类的成员变量，所以可以首先尝试定义一个ObjcObject封装类(ObjcObject.h):

#import

#import “CppObject.h”

@interface ObjcObject : NSObject {

CppObject wrapped;

}

– (void) exampleMethodWithString:(NSString*)str;

// other wrapped methods and properties

@end

然后在ObjcObject.mm中实现这些方法。不过，此时会在两个头文件(ObjcObject.h&CppObject.h)中得到一个预处理和编译错误。问题出在#include和#import上。对于预处理器而言，它只做文本的替换操作。所以#include和#import本质上就是递归地复制和粘贴引用文件的内容。这个例子中，使用#import “ObjcObject.h”等价于插入如下代码：

// [首先是大量Foundation/Foundation.h中的代码]

// [无法包含]，因为它仅存在于C++模式的include path中

class CppObject

{

public:

void ExampleMethod(conststd::string& str);

// constructor, destructor, other members, etc.

};

@interface ObjcObject : NSObject {

CppObject wrapped;

}

– (void)exampleMethodWithString:(NSString*)str;

// other wrapped methods and properties

@end

因为class CppObject根本不是有效的Objective-C语法,所以编译器就被搞糊涂了。错误通常是这样的：

Unknown type name’class’; did you mean ‘Class’?

正是因为Objective-C中没有class这个关键字.所以要与Objective-C兼容，Objective-C++类的头文件必须仅包含Objective-C代码，绝对没有C++的代码-这主要是影响类型定义（就像例中的CppObject类）。

1.1.3 简洁头文件——使用ivars

之前的文章已经提到一些解决方案.其中最好的一个是PIMPL，它也适用于现在的情况。这里还有一个适用于clang的新方法，可以将C++代码从Objective-C中隔开，这就是class extensions中ivars的。

Class extensions(不要同categories弄混)已经存在一段时间了:它们允许你在class的接口外的扩展部分定义在@implementation段前，而不是在公共头文件中。这个例子就可以声明在ObjcObject.mm中:

#import “ObjcObject.h”

@interface ObjcObject() // note the empty parentheses

– (void)methodWeDontWantInTheHeaderFile;

@end

@implementation ObjcObject

//etc.

GCC也支持这个操作。不过clang还支持添加ivar块，也就是你还可以声明C++类型的实例变量，既可以在classextension中，也可以在@implementation开始的位置。本例中的ObjcObject.h可以被精简为：

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface ObjcObject : NSObject

– (void)exampleMethodWithString:(NSString*)str;

//other wrapped methods and properties

@end

去掉的部分都移到实现文件的class extension中(ObjcObject.mm):

#import “ObjcObject.h”

#import “CppObject.h”

@interface ObjcObject(){

CppObject wrapped;

}

@end

@implementation ObjcObject

– (void)exampleMethodWithString:(NSString*)str

{

//NOTE: str为nil会建立一个空字串，而不是引用一个指向UTF8String空指针.

std::string cpp_str([str UTF8String],[str lengthOfBytesUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]);

wrapped.ExampleMethod(cpp_str);

}

如果我们不需要interface extension来声明额外的属性和方法，ivar块仍然可以放在@implementation开始位置:

#import “ObjcObject.h”

#import “CppObject.h”

@implementation ObjcObject{

CppObject wrapped;

}

– (void)exampleMethodWithString:(NSString*)str

{

//NOTE: str为nil会建立一个空字串，而不是引用一个指向UTF8String空指针.

std::string cpp_str([str UTF8String],[str lengthOfBytesUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]);

wrapped.ExampleMethod(cpp_str);

}

定义的CppObject实例wrapped在ObjcObject创建时，CppObject的缺省建构函数会被调用，而在ObjcObject被调用dealloc析构时，ObjcObject的析构函数也会被调用。如果ObjcObject没有提供缺省的建构函数，编译就会失败。

1.1.4 管理被封装C++对象的生命周期

解决方案是透过new关键字掌握建构过程,比如:

@interface ObjcObject(){

CppObject *wrapped;//指针!会在alloc时初始为NULL.

}

@end

@implementation ObjcObject

– (id)initWithSize:(int)size

{

self = [super init];

if(self)

{

wrapped = new CppObject(size);

if(!wrapped) self = nil;

}

return self;

}

//…

如果是使用C++异常,也可以使用try {…} catch {…}把创建过程封装起来.相应地，还要显式地释放封闭对象:

– (void)dealloc

{

deletewrapped;

[super dealloc];//如果使用了ARC,这句就要略去

}

作者接着提到了另一个方法，显示分配一块内存，然后在它的基础上调用new来创建对象。首先声明char wrapped_mem[sizeof(CppObject)];再使用wrapped = new(wrapped_mem) CppObject();创建了实例wrapped。释放时if (wrapped) wrapped->~CppObject();这样虽然可行，但不建议使用。

1.1.5 总结

一定要确保封装的方法仅返回和使用C或Objective-C类型的返回值及参数。同时不要忘记C++中不存在nil,而NUL是不可用于解引用的。

1.2 在C++代码中使用Objective-C类

1.2.1 简单示例

这个问题同样存在于头文件中。你不能因为引入Objective-C类型而污染了C++头文件，或无法被纯C++代码所引用。比方说，我们想封装的Objective-C类ABCWidget，在ABCWidget.h声明为:

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface ABCWidget

– (void)init;

– (void)reticulate;

//etc.

@end

这样的类定义在Objective-C++中是没有问题的，但在纯C++的代码是不允许的:

#import “ABCWidget.h”

namespace abc

{

class Widget

{

ABCWidget *wrapped;

public:

Widget();

~Widget();

void Reticulate();

};

}

一个纯粹的C++编译器在Foundation.h中的代码和ABCWidget声明位置出错。

1.2.2 永恒的PIMPL

有没有这样的东西作为一类扩展C++，这样的把戏将无法正常工作。另一方面，PIMPL，工作得很好，实际上是比较常用的纯C++了。在我们的例子中，我们减少到最低限度：C++类

C++并没有之前提到的class extension，但是却有另一种较为常用的方式:PIMPL(Private Implementation,私有实现)。这里，将C++class的定义精简为:

namespace abc

{

struct WidgetImpl;

class Widget

{

WidgetImpl *impl;

public:

Widget();

~Widget();

void Reticulate();

};

}

然后在Widget.mm中:

#include “Widget.hpp”

#import “ABCWidget.h”

namespace abc

{

struct WidgetImpl

{

ABCWidget *wrapped;

};

Widget::Widget():impl(newWidgetImpl)

{

impl->wrapped = [[ABCWidgetalloc] init];

}

Widget::~Widget()

{

if(impl)

[impl->wrapped release];

delete impl;

}

void Widget::Reticulate()

{

[impl->wrapped reticulate];

}

它的工作原理是——前置声明。声明这样的结构或类对象的指针成员变量、结构或类就足够了。需要注意的是封装的对象会在析构函数中释放。即便对于使用了ARC的项目，我还是建议你对这样的C++/Objective-C重引用的文件屏蔽掉它。不要让C++代码依赖于ARC。在XCode中可以针对个别文件屏蔽掉ARC。Target properties->Build phase页签，展开’CompileSources’,为特定文件添加编译选项-fno-objc-arc。

1.2.3 C++中封装Objective-C类的捷径

您可能已经注意到，PIMPL解决方案使用两个级别的间接引用。如果包装的目标类像本例中的一样简单，就可能会增大了复杂性。虽然Objective-C的类型一般不能使用在纯C++中，不过有一些在C中实际已经定义了。id类型就是其中之一，它的声明在头文件中。虽然会失去一些Objective-C的安全性，你还是可以把你的对象直接传到C++类中：

#include <objc/objc-runtime.h>

namespace abc

{

class Widget

{

id/*ABCWidget* */wrapped;

public:

Widget();

~Widget();

void Reticulate();

};

}

不建议向id对象直接发送消息。这样你会失去很多编译器的检查机制，特别是对于不同类中有着相同selector名字的不同方法时。所以:

#include “Widget.hpp”

#import “ABCWidget.h”

namespace abc

{

Widget::Widget() : wrapped([[ABCWidgetalloc] init])

{

}

Widget::~Widget()

{

[(ABCWidget*)impl release];

}

void Widget::Reticulate()

{

[(ABCWidget*)impl reticulate];

}

像这样的类型转换很容易在代码中隐藏错误，再尝试一个更好的方式。在头文件中:

#ifdef __OBJC__

@class ABCWidget;

#else

typedef struct objc_object ABCWidget;

#endif

namespace abc

{

class Widget

{

ABCWidget *wrapped;

public:

Widget();

~Widget();

void Reticulate();

};

}

如果这个头文件被一个mm文件引用，编译器可以充分识别到正确的类。

如果是在纯C++模式中引用，ABCWidget*是一个等价的id类型：定义为typedef struct objc_object* id;。

#ifdef块还可以被进一步放到一个可重用的宏中:

#ifdef __OBJC__

#define OBJC_CLASS(name) @class

name

#else

#define OBJC_CLASS(name) typedef

struct objc_object name

#endif

现在，我们可以前置声明在头文件中一行就可以适用于所有4种语言:

OBJC_CLASS(ABCWidget);

1.3 C++词汇歧义和冲突

OC头文件中定义了一些标识符，所有的OC程序必须包含的，这些标识符识id，Class，SEL，IMP和BOOL。

OC方法内，编译器预声明了标识符self和super，就像C++中的关键字this。跟C++的this不同的是，self和super是上下文相关的；OC方法外他们还可以用于普通标识符。

协议内方法的参数列表，有5个上下文相关的关键字（oneway，in，out，inout，bycopy）。这些在其他内容中不是关键字。

从OC程序员的角度来看，C++增加了不少新的关键字。你仍然可以使用C++的关键字做OC selector的一部分，所以影响并不严重，但你不能使用他们命名OC类和实例变量。例如，尽管class是C++的关键字，但是你仍然能够使用NSObject的方法class：

[foo class];// OK

然而，因为它是一个关键字，你不能用class做变量名称：

NSObject *class; // Error

OC里类名和分类名有单独的命名空间。@interface foo和@interface(foo)能够同时存在在一个源代码中。OC++里，你也能用C++中的类名或结构名来命名你的分类。

协议和template标识符使用语法相同但目的不同：

id<someProtocolName> foo;

TemplateType<SomeTypeName> bar;

为了避免这种含糊之处，编译器不允许把id做template名称。

最后，C++有一个语法歧义，当一个label后面跟了一个表达式表示一个全局名称时，就像下面：

label:::global_name = 3;

第一个冒号后面需要空格。OC++有类似情况，也需要一个空格：

receiver selector: ::global_c++_name;

1.4 限制

OC++没有为OC类增加C++的功能，也没有为C++类增加OC的功能。例如，你不能用OC语法调用C++对象，也不能为OC对象增加构造函数和析构函数，也不能将this和self互相替换使用。类的体系结构是独立的。C++类不能继承OC类，OC类也不能继承C++类。另外，多语言异常处理是不支持的。也就是说，一个OC抛出的异常不能被C++代码捕获，反过来C++代码抛出的异常不能被OC代码捕获。

摘自：http://ocen.iteye.com/blog/522028