行走在 Objective-C 动态类型

用了这么长时间的 Objective-C 语言, 怎么来”肤浅”描述下什么是 Objective-C 呢?, Objective-C 是一个 C 语言的超集, 整个语言是在 C 语言的基础上添加了一层预处理机制和强大运行时系统. 说到运行时系统, 整个语言精华就在这个这里, 它给整个语言增加了强大的且功能齐全的面向对象的编程接口, 函数式编程环境和神奇的动态类型系统.

今天我们就简单聊下 Objective-C 的动态类型, 废话不多说, 我们就说下体现这个特性其中三个方面.

Object Introspection (对象在运行时获取其类型的能力称为Introspection)
Packaging static C types with NSValue
Bridging with Core Foundation objects

Object Introspection

自省 (Introspection) 是对象揭示自己作为一个运行时对象的详细信息的一种能力, 例如确定一个 Objective-C 的对象类型, 通过 isKindOfClass 方法便可轻松确定.

- (void)testObjectType:(id)obj
{
    if ([obj isKindOfClass: [NSNumber class]]) {
	// do something with number...
    } else if ([obj isKindOfClass: [NSValue class]) {
	// do something with values...
    }
}

为什么需要这个类型自省机制呢? 在一个应用程序中需要通过键值编码来判断一个对象类型, 例如 Core Animation的诸多动画属性…

anchorPoint
backgroundColor
backgroundFilters
borderColor
borderWidth
bounds
compositingFilter
contents
contentsRect
cornerRadius
doubleSided
filters
frame
hidden
mask
masksToBounds
opacity
position
shadowColor
shadowOffset
shadowOpacity
shadowRadius
sublayers
sublayerTransform
transform
zPosition

看似这么多属性, 其实这些属性类型仅仅包括 CGPoint, CGRect, CGFloat, CGImageRef, CGColorRef 和 BOOL 这几种. 每种类型都有自己的类型值实现. 幸运是的 Objective-C 语言的动态类型系统允许我们传递一个泛型类型 id, 并在运行时再来确定这个泛型类型的具体类型, id仅仅是一个 void 指针. Objective-C 的对象这个结构体中具有一个 isa 指针, 指向定义这个对象的类对象.这个类对象包含了 Objective-C 对象的方法调度表, 属性和协议等信息, 这也是 Objective-C 动态能力的根源.

NSObject 可以简单看作为这样:

@interface NSObject <NSObject> {
     Class    isa;
}

同样用 C 语言结构体可表示为:

struct NSObject{
 　　Class isa;
 }

Class 的 typedef 定义:

typedef struct objc_class *Class;

这样话 NSObject 可以看作为:

struct NSObject{
　　objc_class *isa
}

再进一层看下 objc_class 便可直观的知道 isa 最终指向的信息:

struct objc_class {
     Class isa;
     Class super_class;
     const char *name;
     long version;
     long info;
     long instance_size;
     struct objc_ivar_list *ivars;
     struct objc_method_list **methodLists;
     struct objc_cache *cache;
     struct objc_protocol_list *protocols;
 }

想进一步了解 Objective-C 对象模型的可以出门右转, 看下 @唐巧写的[Objective-C对象模型及应用][Objective-C对象模型及应用].

Packaging static C types with NSValue

我们之前说了 Objective-C 仅仅是对 C 语言添加了一层运行时皮肤, 所以经常看到一些底层实现大量使用了 int, float, pointer 和 struct等 C 基础数据类型. 然而这些基础数据类型似乎违反了 Objective-C 的动态类型特性.幸运是, Apple 提供了 NSValue 容器来包装这些基础数据类型, 它可以容纳任何 C 类型, 例如 int, float,char, pointer, struct等. 它不仅包含这些基础数据类型作为一个 Objective-C 对象, 并且还包含了这些类型的原始信息.

创建一个 NSValue 对象, 你需要传递一个数据的指针, 以及由 @encode() 生成的数据类型信息.

CGPoint origin = CGPointMake(0,0);
NSValue * originValue = [NSValue valueWithBytes:&origin objCType:@encode(CGPoint)];

简单的来说 @encode() 就是可以把 Objective-C 的数据类型, 甚至是自定义类型, 函数或方法的元类型表示为 C 字符串(const char*), 关于 Type encodings 可以看看 Apple 的Objective-C runtime type encodings.

举上几个栗子瞧瞧:

@encoding(int ** )
// ==> "{^^i}"
@encoding(CGPoint)
// ==> "{CGPoint=ff}"
@encoding(CGColorRef)
// ==> "^{CGColor=}"
@encoding(NSObject)
// ==> "{NSObject=#}"

确定这种类型编码, 我们仅仅通过几步便可确定:

if ([obj isKindOfClass:[NSValue class]]) {
    NSValue* value = (NSValue*) obj;
    if strcmp([value objCType], @encode(CGPoint)) == 0) {
	CGPoint origin;
	[value getValue:&origin];
    }
}

UIKit addition to NSValue

Apple为我们提供了 UIKit Category, 可以以简便的方法来创建一个 NSValue, Link:Category for NSValue

Bridging with Core Foundation objects

虽然 NSValue 可以帮我们包装大部分的数据类型. 但是Core Foundation中的CGColorRef, CGImageRef 等数据类型 NSValue 是无法对其进行数据包装, 这些数据类型需要通过 toll-free briding 来搞定. 关于 toll-free briding 可以看看我的另一篇 [Objective-C ARC下的陷阱和最佳实践][Objective-C ARC下的陷阱和最佳实践].

一个 Core Foundation 的数据类型其实也可以用类似 id 的形式表示. 通过 CFTypeRef 来表式未知的数据类型, 然后通过提供的C函数 CFGetTypeID 便可返回相应数据的真实类型.

if (CFGetTypeID((__bridge CFTypeRef)obj), == CGImageGetTypeID()) {
    CGImageRef imgRef = CFBridgingRetain(obj);
    // do something
    CFRelease(imgRef);
}

一个 CFTypeRef 类似被标记为我们熟悉的 id 类型, 它能接受像 isKindOfType: 的 Objective-C 消息. 因此想判断出一个 id 类型的对象是相当安全的, 只要是 NSObject, NSValue, CFTypeRef, CGColorRef 等其他 Objective-C 对象或 Core Foundation 对象.

Object Introspection

Packaging static C types with NSValue

UIKit addition to NSValue

Bridging with Core Foundation objects

References