【Effective Objective-C】—— 系统框架

第47条：熟悉系统框架

编写OC应用程序的时候我们几乎都会用到系统框架，其中提供了很多我们经常使用的类，并且我们使用的系统框架也是会随着官方的更新而更新的。
将一系列代码封装为动态库，并在其中放入描述其接口的头文件，这样做出来的东西就叫框架。

我们经常使用的就是Foundation框架，像NSObject、NSArray等等的类都在其中。这个框架中的类通常都是以NS前缀开头的，此前缀是在OC语言用作NeXTSTEP *** 作系统的编程语言时首度确定的，这个框架基本上就可以说是OC应用程序的基础了。

还有个与Foundation相伴的框架，叫做CoreFoundation框架，虽然从技术上讲它不是OC框架，但是它却是编写OC应用程序时所应熟悉的重要框架。他其中的很多类都和Foundation框架相似，并且我们还可以通过“无缝桥接”功能实现CoreFoundation框架中的C语言数据结构平滑转换为Foundation框架中的OC对象，也可以反向转换。无缝桥接技术是用某些相当复杂的代码实现出来的，这些代码可以使运行期系统把CoreFoundation框架中的对象视为普通的OC对象。

除了上述的两个之外，还有很多，就像下面这些：
由此可以看出OC编程的特点会经常用底层的C语言级API。用它肯定是有一定好处的：可以绕过OC的运行期系统，从而提升执行速度。当然由于ARC只负责OC对象的内存管理，所以我们在使用这些API时要注意内存管理问题。

下面还有一些框架：
CoreAnimation是用OC语言写成的，它提供了一些工具，而UI框架则用这些工具来渲染图形并播放动画。但是它本身并不是框架，它只是QuartzCore框架的一部分。
CoreGraphics框架以C语言写成，其中提供了2D渲染所必备的数据结构与函数，例如：CGPoint、CGSize、CGRect等等。
MapKit框架，他可以为iOS程序提供地图功能。
Social框架，它为Mac OS X及iOS程序提供了社交网络功能。

要点： 许多系统框架都可以直接使用。其中最重要的是Foundation与CoreFoundation，这两个框架提供了构建应用程序所需的许多核心功能。很多常见任务都能用框架来做，例如音频与视频处理、网络通信、数据管理等。请记住：用纯C写成的框架与用OC写成的一样重要，若想成为优秀的OC开发者，应该掌握C语言的核心概念。 第48条：多用块枚举，少用for循环

平常我们在编程的时候会经常用到列举元素的方法，下面就为大家简单的说说那些方法：

1.for循环：

它是C语言中我们经常用到的一种循环方式，当然在OC中也可以使用，这是很基本的方法，因而功能非常有限。通常会这样写：
因为字典和set与数组不同所以会比较麻烦：

因为字典和set都是无序的，所以要先把它转换为数组才可以正常使用for循环来使用。当然for循环也可以实现反向遍历，只需要让其从“元素个数减1”开始，每次迭代时递减，直到0为止就行，执行反向遍历，使用for循环要比其他方式简单很多。

2.使用OC 1.0的NSEnumerator来遍历：

NSEnumerator是个抽象基类，其中只定义了两个方法，供其具体子类来实现：

- (NSArray *)allObjects;
- (id)nextObject;

其中最关键的方法是nextObject，他返回枚举里的下个对象。每次调用该方法时，其内部数据结构都会更新，使得下次调用方法时能返回下个对象。等到枚举中的全部对象都已返回之后，再调用就将返回nil，这表示达到枚举末端了。

就像这样：

这种写法与for循环相似，但是代码稍多一些，其真正的优势在于：不论遍历那种collection，都可以采用这套相似的语法，并且她还有多种“枚举器”可以使用。
就比如反向遍历：

3.快速遍历：

OC 2.0引入了这一功能，它不仅语法简介而且更快更实用。
如果某个类的对象支持快速遍历，那么就可以宣称自己遵从名为NSFastEnumeration的协议，从而令开发者可以采用此语法来迭代该对象，此协议只定义了一个方法：

- (NSUInteger)countByEnumeratingWithState:(NSFastEnumerationState *)state objects:(id *)stackbuffer count:(NSUInteger)length;

其要点在于：该方法允许类实例同时返回多个对象，这就使得循环遍历 *** 作更为高效了。下面是一些例子：


并且它也可以实现反向遍历：
但是，这种写法有缺点：它无法轻松获取当前遍历 *** 作所针对的下标，就导致他可能做不了一些算法有关的东西。

4.基于块的遍历方式：

这种方法就弥补了之前说的不足：

基于数组的方法：

- (void)enumerateObjectsUsingBlock:(void(^)(id object, NSUInteger idx, BOOL *stop))block;

这个块有三个参数，分别是当前迭代所针对的对象、所针对的下标，以及指向布尔值的指针。通过改变第三个参数我么可以使循环停止。例如：

基于字典的方法：

- (void)enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:(void(^)(id key, id object, BOOL *stop))block;

基于set的方法：

- (void)enumerateObjectsUsingBlock:(void(^)(id object, BOOL *stop))block;

此方式大大胜过其他方式的地方在于：遍历时可以直接从块里获取更多信息，并且它能够修改块的方法签名，以免进行类型转换 *** 作。就用字典来说，假如你知道它的键的类型是NSString类型，那么就可以直接这么写：
指定对象的精确类型之后，编译器就可以检测出开发者是否调用了该对象所不具备的方法，并在发现这种问题时报错。如果能够通知某collection里的对象是什么类型，那就应该使用这种方法指明其类型。

当然这种方法也可以实现反向遍历，不过每个方法之中都会多一个参数：

这里新添加了一个枚举值，其各种取值可用“按位或”连接，用以表明遍历方式。如果使用该功能，那么底层会通过GCD来处理并发执行事宜，具体实现时很可能会用到dispatch group。要注意：只有在遍历数组或有序set等有顺序的collection时，这么做才有意义。

总体来看，块枚举拥有其他遍历方式都具备的优势，而且还能带来更多好处。

5.要点： 遍历collection有四种方式。最基本的办法是for循环，其次是NSEnumerator遍历法及快速遍历法，最新、最先进的方式则是“块枚举法”。“块枚举法”本身就能通过GCD来并发执行遍历 *** 作，无须另行编写代码。而采用其他遍历方式则无法轻易实现这一点。若提前知道待遍历的collection含有何种对象，则应修改块签名，指出对象的具体类型。 第49条：对自定义其内存管理语义的collection使用无缝桥接

“无缝桥接”技术其实就是不同库之间相同类型的相互转换。
使用“无缝桥接”技术，可以在定义于Foundation框架中的OC类和定义于CoreFoundation框架中的C数据结构之间互相转换。举例说明：

转换 *** 作中的__bridge告诉ARC如何处理转换所涉及的OC对象。__bridge本身的意思是：ARC仍然具备这个OC对象的所有权。而__bridge_retained则与之相反，意味着ARC将交出对象的所有权。与之相似，反向转换可通过__bridge_transfer来实现，也就是将对象的所有权交给ARC。这三种转换方式称为“桥式转换”。

以纯OC来编写应用程序时，为何要用到这种功能呢？

这是因为：Foundation框架中的OC类所具备的某些功能，是CoreFoundation框架中的C语言数据结构所不具备的，反之亦然。

就用Foundation框架中的字典来说，其键的内存管理语义为“拷贝”，而值的语义却是“保留”，而CoreFoundation框架中的字典CFDictionary语义却要自己来设置，当然我们也可以通过这个特性来设置自己的一款类。创建其字典时，可以通过下列方法来制定键和值的内存管理语义：

首个参数表示将要使用的内存分配器，NULL表示使用默认的分配器。第二个参数定义了字典的初始大小，它并不会限制字典的最大容量，只是向分配器提示了一开始应该分配多少内存。最后两个参数都是指向结构体的指针，二者所对应的结构体如下：


version参数目前应设为0，当前编程时总是取这个值，可能还没有官方的版本号。结构体中的其余成员都是函数指针，他们定义了当前各种时间发生时应该采用那个函数来执行相关任务。比如说：如果字典中加入了新的键与值，那么就会调用retain函数，此参数的类型定义如下：
由此可见，retain是个函数指针，其所指向的函数接受两个参数，其类型分别时CFAllocatorRef与const void*。传给此函数的value参数表示即将加入字典中的键或值。而返回的void*则表示要加到字典里的最终值。
下面就完整的演示了这种字典的创建步骤：

在设定回调函数时，copyDescription取值为NULL，因为采用默认实现就很好。而equal与hash回调函数分别设为CFEqual与CFHash，因为这两者所采用的做法与NSMutableDictionary的默认实现相同。CFEqual最终会调用NSObject的“isEqual：”方法，而CFHash则会调用hash方法。

键与值所对应的retain与release回调函数指针分别指向EOCRetainCallback与EOCReleaseCallback函数。在向NSMutableDictionary中加入键和值时，字典会自动“拷贝”键并“保留”值。如果用作键的对象不支持拷贝 *** 作，那么我们就不能使用普通的NSMutableDictionary了，假如用了，会导致下面这种运行期错误：
该错误表明，对象所属的类不支持NSCopying协议，因为“copyWithZone：”方法未实现。
通过类似的手段我们就可以创建出自己想要的底层内存管理类了，但是一定要经过严谨的思考后再确定要不要使用。

要点： 通过无缝桥接技术，可以在Foundation框架中的OC对象与CoreFoundation框架中的C语言数据结构之间来回转换。在CoreFoundation层面创建collection时，可以指定许多回调函数，这些函数表示此collection应如何处理其元素。然后，可运用无缝桥接技术，将其转换成具备特殊内存管理语义的OC collection。 第50条：构建缓存时选用NSCache而非NSDictionary

开发应用程序时，经常会遇到一个问题，那就是从因特网下载的图片应如何来缓存。首先想到的最好办法就是把内存中的图片直接保存到字典里，这样的话，稍后使用时就无须再次下载了。其实，NSCache类更好，它是Foundation框架专门为处理这种任务而设计的。

NSCache胜过NSDiactionary之处在于，当系统资源将要耗尽的时，他可以自动删减缓存。NSCache并不会“拷贝”键，而是会“保留”它。此行为用NSDiactionary也可以实现，然而需要编写相当复杂的代码。NSCache对象不拷贝键的原因在于：很多时候，键都是由不支持拷贝 *** 作的对象来充当的。另外，NSCache是线程安全的，而NSDiactionary则绝不具备此优势，意思就是：在开发者自己不编写加锁代码的前提下，多个线程便可同时访问NSCache。

开发者可以 *** 控缓存删减其内容的时机。有两个与系统资源相关的尺度可供调整，其一是缓存中的对象总数，其二是所有对象的“总开销”。开发者在将对象加入缓存时，可为其指定“开销值”。当对象总数或总开销超过上限时，缓存就可能会删减其中的对象了，在可用的系统资源趋于紧张时，也会这么做。然而要注意，“可能”会删减某个对象，并不意味着“一定”会删减这个对象。删减对象时所遵照的顺序，是由具体实现来定。这尤其说明：想通过调整“开销值”来迫使缓存优先删减某对象，这不是个好主意。

同时，向缓存中添加对象时，只有在很快能计算出“开销值”的情况下，才应该考虑采用这个尺度，因为系统是要进行比较的，若长时间计算不出总开销，那么这种方法还有什么好处可言，反而还拖慢了系统的进程。

下面演示了缓存的用法：


在本例中，下载数据所用的URL，就是缓存的键。若缓存未命中，即缓存中没有访问者所需的数据，则下载数据并将其放入缓存。而数据的“开销值”则设为其长度。

还有个类叫做NSPurgeableData和NSCache搭配起来用，它是NSMutableData的子类，而且实现了NSDiscardableContent协议。如果某个对象所占的内存能够根据需要随时丢弃，那么就可以实现该协议所定义的接口。这就是说，当系统资源紧张时，可以把保存NSPurgeableData对象的那块内存释放掉。NSDiscardableContent协议里定义了名为isContentDiscarded的方法，可用来查询相关内存是否已释放。

如果需要访问某个NSPurgeableData对象，可以调用其beginContentAccess方法，告诉它现在还不应丢弃自己所占据的内存。用完之后，调用endContentAccess方法，告诉它在必要时可以丢弃自己所占据的内存了。这些调用可以嵌套，所以说，他们就像递增与递减引用计数所用的方法那样。只有对象的“引用计数”为0时才可以丢弃。

如果将NSPurgeableData对象加入NSCache，那么当该对象为系统所丢弃时，也会自动从缓存中移除。通过NSCache的evictsObjectsWithDiscardedContent属性，可以开启或者关闭此功能。
所以刚才的例子可以改写为：

注意，创建好NSPurgeableData对象之后，其“purge引用计数”会多1，所以无须再调用beginContentAccess了，然而其后必须调用endContentAccess，将多出来的这个“1”抵消掉。

要点： 实现缓存时应选用NSCache而非NSDictionary对象。因为NSCache可以提供优雅的自动删减功能，而且是“线程安全的”，此外，它与字典不同，并不会拷贝键。可以给NSCache对象设置上限，用以限制缓存中的对象总个数及“总成本”，而这些尺度则定义了缓存删减其中对象的时机。但是绝对不要把这些尺度当成可靠的“硬限制”，它们仅对NSCache起指导作用。将NSPurgeableData与NSCache搭配使用，可实现自动清除数据的功能，也就是说，当NSPurgeableData对象所内存为系统所丢弃时，该对象自身也会从缓存中移除。如果缓存使用得当，那么应用程序的响应速度就能提高。只有那种“重新计算起来很费事的”数据，才值得放入缓存，比如那些需要从网络获取或从磁盘读取的数据。 第51条：精简initialize与load的实现代码

有时候，类必须先执行某些初始化 *** 作，然后才能正常使用。在OC中，绝大多数的类都继承自NSObject这个根类，而该类有两个办法，可用来实现这种初始化 *** 作。

1.load方法：

首先是load方法，其原型如下：

+ (void)load;

对于加入运行期系统中的每个类及分类来说，必定会调用此方法，而且仅调用一次。当包含类或分类的程序库载入系统时，就会执行此方法，而这通常就是指应用程序启动的时候。如果分类和其所属的类都定义了load方法，则先调用类里的，再调用分类里的。

load方法的问题在于，执行该方法时，运行期系统处于“脆弱状态”。在执行子类的load方法之前，必定会先执行所有超类的load方法，而如果代码还依赖了其他程序库，那么程序库里相关类的load方法也必定会先执行。然而，根据某个给定的程序库，却无法判断出其中各个类的载入顺序。因此，在load方法中使用其他类是不安全的。

并且在load方法里调用的类若之前没有加载好，那么再调用程序就会崩溃了，注意：程序在执行load方法时会阻塞系统，并且每个类都只能执行自己的load，不会执行超类的load的。

总的来说，load方法里代码要写的精简，能少写就少写，能不用就不用。

2.initialize方法：

想执行与类相关的初始化 *** 作，还有个办法，就是覆写下列方法：

+ (void)initialize;

对于每个类来说，该方法会在程序首次用该类之前调用，且只调用一次。它是由运行期系统来调用的，绝不应该通过代码直接调用。

它和load的区别：

首先，它是“惰性调用的”，也就是说，只有当程序用到了相关的类时，才会调用。还有就是运行期系统在执行该方法时，是处于正常状态的，因此，从运行期系统完整度上来讲，此时可以安全使用并调用任意类中的任意方法。而且，运行期系统也能确保initialize方法一定会在“线程安全的环境”中执行，这就是说，只有执行initialize的那个线程可以 *** 作类或类实例。其他线程都要先阻塞。等着initialize执行完。最后一个就是，initialize方法与其他消息一样，如果某个类未实现它，而其超类实现了，那么就会运行超类的实现代码。

initialize要保持精简的原因：

首先，大家都不想看到自己的应用程序“挂起”，若写的太过繁琐，导致其运行很慢那就适得其反了。其二，开发者无法控制类的初始化时机。最后，如果某个类的实现代码很复杂，那么其中可能会直接或间接用到其他类。若那些类尚未初始化，则系统会迫使其初始化。然而，本类的初始化方法此时尚未运行完毕。其他类在运行其initialize方法时，有可能会依赖本类中的某些数据，而这些数据此时也许还未初始化好，就会造成依赖环。

所以说，initialize方法只应该用来设置内部数据。不应该在其中调用其他方法，即便是本类自己的方法，也最好别调用。若某个全局状态无法在编译期初始化，则可以放在initialize里来做。
注意，某些OC对象也可以在编译期创建，例如NSString实例。

编写load或initialize方法时，一定要留心这些注意事项。把代码实现的简单一些，能节省很多调试时间。除了初始化全局状态之外，如果还有其他事情要做，那么可以专门创建一个方法来执行这些 *** 作，并要求该类的使用者必须在使用本类之前调用此方法。

3.要点： 在加载阶段，如果类实现了load方法，那么系统就会调用它。分类里也可以定义此方法，类的load方法要比分类中的先调用。与其他方法不同，load方法不参与覆写机制。首次使用某个类之前，系统会向其发送initialize消息。由于此方法遵从普通的覆写规则，所以通常应该在里面判断当前要初始化的是那个类。load与initialize方法都应该实现的精简一些，这有助于保持应用程序的响应能力，也能减少引入“依赖环”的几率。无法在编译期设定的全局常量，可以放在initialize方法里初始化。 第52条：别忘了NSTimer会保留其目标对象

Foundation框架中有个类叫NSTimer，开发者可以指定绝对的日期与时间，以便到时执行任务，也可以指定执行任务的相对延迟时间。计时器还可以重复运行工作，有个与之相关联的“间隔值”可用来指定任务的触发频率。

计时器要和“运行循环（run loop）”相关联，运行循环到时候会触发任务。创建NSTimer时，可以将其“预先安排”在当前的运行循环中，也可以先创建好，然后由开发者自己来调度。无论采用哪种方式，只有把计时器放在运行环里，它才能正常触发任务。

创建计时器：

+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimerInterval)seconds target:(id)target selector:(SEL)selector userInfo:(id)userInfo repeats:(BOOL)repeats;

用此方法创建出来的计时器，会在指定的间隔时间之后执行任务。也可以令其反复执行任务，知道开发者稍后将其手动关闭为止。target与selector参数表示计时器将在哪个对象上调用哪个方法。**计时器会保留其目标对象，等到自身“失效”时再释放此对象。**调用invalidate方法可令计时器失效；执行完相关任务之后，一次性的计时器也会失效。开发者若将计时器设置成重复执行模式，那么必须自己调用invalidate方法，才能令其停止。

由于计时器会保留其目标对象，所以反复执行任务通常会导致应用程序出问题。也就是说，设置成重复执行模式的那种计时器，很容易引人“保留环”。就像下面这样：

创建计时器的时候，由于目标对象是self，所以要保留此实例。然而，因为计时器是用实例变量存放的，所以实例也保留了计时器，于是，就产生了保留环。所以说，那么调用stopPolling，要么令系统将此实例回收，只有这样才能打破保留环。

因为是类和这个类中的实例出现了保留环，不管你外界怎么对这个类释放，这个计时器始终都会保留这个类，而这个类也会保留这个计时器，他们的保留计数永远都不会降为0。
单从计时器本身入手，很难解决这个问题。可以要求外界对象在释放最后一个指向本实例的引用之前，必须先调用stopPolling方法。然而这种情况无法通过代码检测出来。此时我们就可以使用“块”来解决：


这段代码将计时器所应执行的任务封装成“块”，在调用计时器函数上，把它作为userInfo参数传进去。该参数可用来存放“不透明值”（即万能值），只要计时器还有效，就会一直保留着它。传入参数时要通过copy方法将block拷贝到“堆”上，否则等到稍后要执行它的时候，该块可能已经无效了。计时器现在的target是NSTimer类对象，这是个单例，因此计时器是否会保留它，其实都无所谓。此处依然有保留环，然而因为类对象无须回收，所以不用担心。

新改写的代码这样调用：
但是其实它还是有保留环的，因为块捕获了self变量，所以块要保留实例。而计时器又通过userInfo参数保留了块。最后，实例本身还是要保留计时器。不过，只要改用weak引用，即可打破保留环。


这段代码采用了一种很有效的写法，他先定义了一个弱引用，令其指向self，然后使块捕获这个引用，而不直接去捕获普通的self变量。也就是说，self不会为计时器所保留。当块开始执行时，立刻生成strong引用，以保证实例在执行期间持续存活。

要点： NSTimer对象会保留其目标，直到计时器本身失效为止，调用invalidate方法可令计时器失效，另外，一次性的计时器在触发完成任务之后也会失效。反复执行任务的计时器，很容易引人保留环，如果这种计时器的目标对象又保留了计时器本身，那肯定会导致保留环。这种环状保留关系，可能是直接发生的，也可能是通过对象图里的其他对象间接发生的。可以扩充NSTimer的功能，用“块” 来打破保留环。不过，除非NSTimer将来在公共接口里提供此功能，否则必须创建分类，将相关实现代码加入其中。