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Objective-C 2.0(一)Objects & Messaging：2009年08月11日星期二

首先，本Objective-C 2.0系列文是精簡及中文化apple developer網站Objective-C 2.0 Programming Language 內容而來的。先討論以下幾個題目：

Objects, Classes, and Messaging.

Declared Properties.

Categories, extensions.

Protocols.

Selectors.

以上章節，在Objective-C 2.0 Programming Language 均可找到同名的章節，本文只討論Objects及一些 Messaging的概要。

(A)問：Objective-C run time重要嗎？

答：重要，因為Objective-C將許多事由compile及link的過程延遲至run time才執行，如此，可dynamically link所需的Object，以達到最高flexibility。詳見 Objective-C 2.0 Runtime Programming Guide.

(B)問：什麼是Object？

答：Object包含有method及instance variable。 method就像一般程式的function call，instance variable就是一般的variable。

(C)問：id是什麼？

答：Objective-C一個特別的data type。id就是：

typedef struct objc_object {

Class isa;

} *id;

而Class本身就是個pointer：

typedef struct objc_class *Class;

所以isa稱為isa pointer。

至此，我們可定義一個id object如下：

id anObject;

nil 即為null object，也就是id值為0，id、nil及其他basic type object都在objc/objc.h裡面。

objects均dynamically typing，也就是說，在程式執行時(run time)才最後決定該object的type。

(D)問：object會自動消失嗎？

答：不會，寫程式時自己需deallocate object，並使用refernce counting來記錄該object是否仍被使用。Objective-C 2.0 Programming Language 另有garbbage clollection方式清除object，iPhone不用這方法。 所以， 只需看memory management programming guide，確實維持refernce counting及deallocate object。

(E)問：如何用message來指令object做事？

答：[receiver message];

receiver是個object名稱。

message即為一串 method:argument。method 是該object的method，也就是一個function call。argument(參數)就是該function call所需的參數。 method和一般function call不同，function call用function的名字就決定call那一個function，而method則是由method名及message共同決定去呼叫那一個method，因而，在此處，用selector來稱呼method的名字。method後跟一個冒號":"、"method:"，稱為keyword。冒號":"後面則緊跟著傳送給method的argument，

看幾個例子：

[myRectangle setOrigin:20.0]; //定義一個中心在20.0的長方形

[myRectangle setOrigin:30.0 :50.0]; // 定義一個中心在(30.0, 50.0)的長方形，setOrigin: : 是合法的語法，但並不好。

[myRectangle setOriginX:30.0 Y:50.0]; // 定義一個中心在(30.0, 50.0)的長方形，setOriginX: Y: 這方法較好，因為清楚指明X軸及Y軸

(F)問：倒底[receiver message];在Objective-C 2.0 Programming Language是如何運作的？

答：請看Objective-C run time message這一章節。 重點如下：

第一步，compiler將message中的selector抽離出來，並將[receiver message];轉比成system call objc_msgSend的形式，如下--

objc_msgSend(receiver, selector);

第二步，加入argument，如下--

objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, .....);

第三步，在run time，先找到selector相對的method，重點來了：

以上述[myRectangle ....]這例子來說，setOrigin這名字的method有許許多多，例如圓、橢圓...等都有setOigin這method，在run time，如何找到對的method？

答案就是以myRectangle這個object所屬的class為準。

接著，將call這個class的這個method(當然，同時將argument傳給這個method)。所謂method，也就是C語言中的procedure、function罷了。

最後，method會將return value回傳給 objc_msgSend， objc_msgSend再將此return value當作自己的return value回傳。

所以，一個message就完成了，而且，message有return value。

message能如以上三步完成的重點是，每一個class都有：

指向superclass的pointer。

class dispatch table：這dispatch table內有一堆[method selector，相對於此method、此class的procedure位址]，當產生一個object後，該object就佔了一塊位址(memory)，這塊memory中有個pointer，指向該object所屬的class，這個pointer就是本文之前提到的isa pointer。 因此，isa pointer非常重要，可是，我們不用去管它，因為所有的object都來自(inherit)於NSObject或NSProxy這兩個object，isa pointer自動產生了。下圖來自Objective C run time programming guide - messaging，充份圖示了class dispatch table。

(G)問：使用message時，常看到"self"，"self"是什麼？

答：當objc_msgSend找到相對於method的procedure後，它會傳argument，而有兩個"hidden argument"也會傳給procedure，

一是receiving object

另一是selector for the method

這兩個hidden argument是在compile時放入程式。未來，在method裡，"self"就是指receiving object。

同時"_cmd"指的是selector。如下例，有個名為strange的message：

- strange

{

id target = getTheReceiver();

SEL method = getTheMethod();

if ( target == self || method == _cmd )

return nil;

return [target performSelector:method];

}

(H)問：用 [receiver message];可以有return value嗎？

答：可以，例：

BOOL isFilled;

isFilled = [myRectangle isFilled];

其原理如前(F)第三步所述。

(I)問：用 [receiver message];可以nested嗎？

答：可以，例：

[myRectangle setPrimaryColor:[otherRect primaryColor]];

(J)問：像java的method可用"."operator，objective C 可以使用嗎？

答：可以，通常用在object的accessor method。跟Declared properties feature合用，詳情在日後"Dot Syntax"會講到。

(K)問：可以送message給nil(空戶)嗎？

答：可以，如下例：

Person *motherInLaw = [[aPerson spouse] mother];

如果aPerson尚未婚，那麼[aPerson spouse]自然是個nil object，後面mother這個message送給nil object後，仍是回覆(return value)nil(0)，因而motherInLaw這pointer的值是nil。

(L)問： [receiver message];例子中，message可以看到receiver的instance variable嗎？

答：當然可以。例如，(I)例子中，

[myRectangle setPrimaryColor:[otherRect primaryColor]];

primaryColor這message可以看到otherRect中所有的instance variables。

(M)問：objective C裡的message和standard C裡的function call 或procedure倒底有何不同？

答：objective C裡的message有同質異形(polymorphism)功能，意思是：

同一個名字的message對上不同的object，會有不同結果，這在standard C裡是不可想像的，在standard C裡，同一個function只有一種功能，舉例說明同質異形(polymorphism)功能如下：

[myRectangle draw]；裡的draw message會畫個方形。

[myCircle draw];裡的draw message會畫個圓形。

同一個名字的draw會因object myRectangle、myCircle的不同作出不同的結果， 這就是同質異形(polymorphism)。

這一整套的概念就是dynamic binding， receiver和message都在run time才決定，並不像standard C在compile time都決定了，這連java都比不上。一切都得歸功於 [receiver message];這一招！！詳見Objective-C 2.0 run time programming guide的dynamic method resolution。

(N)(.)dot operator 和([])square bracket operator相似性？

答：如(J)所述的(.)dot operator和([])square bracket operator相似性舉例如下：

第一例--

(.)dot operator

myInstance.value = 10;

printf("myInstance value: %d", myInstance.value);

([])square bracket operator

[myInstance setValue:10]; //注意setValue中的Value與(.)dot operator中的value同，但V一定要大寫

printf("myInstance value: %d",[ myInstance value]);

再看個例子：

第二例--

(.)dot operator

Graphic *graphic =[[Graphic alloc] init];

NSColor *color = graphic.color;

CGFloat xLoc = graphic.xloc;

BOOL hidden = graphic.hidden;

int textCharacterLength = graphic.text.length;

if (graphic.textHidden != YES) {

graphic.text = @"Hello";

}

([])square bracket operator

Graphic *graphic =[[Graphic alloc] init];

NSColor *color = [graphic color];

CGFloat xLoc = [graphic xloc];

BOOL hidden =[ graphic hidden];

int textCharacterLength = [[graphic text] length];

if ([graphic isTextHidden ]!= YES) {

[graphic setText: @"Hello"];

}

(O)以上兩個例子的結果完全相同，如(J)所述的(.)dot operator通常用在object的accessor method。跟Declared properties feature合用，倒底什麼是特性(property)？

答：如(N)第二例，graphic這個object有很多特性(property)，例如：顏色(color)、x-location(xloc)、名字(text)、名字長度(.text.length)...，這些用來描繪graphic的性質，就是特性(property)，在Declared properties feature中有詳述。

練習：本練習的目的是自己寫下objective-C的程式，建立class，使用object，以便未來可以看得懂iPhone SDK中的系統class。

為避免apple developer網站Objective-C 2.0 Programming Language的繁複及使用網上可以下載的程式範例，以下資訊取材於Objective-C Beginner's Guide的中文或英文網站，

(P)問：網上有現成的Objective-C 2.0程式範例嗎？

答：有，到Objective-C Beginner's Guide的中文或英文網站下載即可。下載後，如果是用apple Xcode開發環境，需小幅度改寫程式。自現在起本文均以Objective-C Beginner's Guide的中文網站的內容為主。

(Q)問：如何建立class？

答：共分為@interface及@implement及合成在一起三個步驟，先簡述如下：

(一)@interface

型式：

@interface ClassName : ItsSuperclass {

instance variable declarations

}

method declarations

@end

說明：

@interface ....@end即為@interface的全部，其中分為 instance variable declarations 及 method declarations 兩項。 在@interface ClassName : ItsSuperclass {這一行的 ItsSuperclass指定其superclass，若不寫，只有@interface ClassName {，那麼，其superclass為NSObject，NSObject中的NS倒底是什麼東東？

原來，iPhone OS和Mac OS均是由steve Jobs、NeXT公司的NeXTStep OS改寫而來的， NS就是NeXT Step兩字的第一個字母，其實這OS已改名為OpenStep了，但NSObject並未跟著改成OSObject，NSObject就一直延用。

instance variable declarations內的variable預設權限均為protected。

method declarations的型式為

scope (return Type) methodName:(parameter1 Type) parameter1Name;

詳見@interface說明。

(二)@implement

型式：

@implementation ClassName : ItsSuperclass{

instance variable declarations

}

method definitions

@end

或者....

#import "Classname.h"

@implementation ClassName

method definitions

@end

說明：

幾乎和@interface相同。注意，若用#import "Classname.h"，則ItsSuperclass及instance variable declarations都可省略。

現在來看一個例子。這個例子是印出分數，例如，分子(numerator)是1，分母(denominator)是3，印出：

The fraction is 1/3

在下載的練習中找到Fraction folder。用Xcode打開Fraction、, Fraction.m 、main.m，試試看，不過，這個例子是用在linux環境，若要在Xcode內使用，作如下的修改(假設先用Xcode New Project，project name為fractionObjc)：

將main.m內的程式放到fractionObjcAppDelegate.m的applicationDidFinishLaunching內。

其他的都OK。在這個例子中主要有五個method：

-(void) print { printf( "%i/%i", numerator, denominator ); }

-(void) setNumerator: (int) n { numerator = n; }

-(void) setDenominator: (int) d { denominator = d; }

-(int) denominator { return denominator; }

-(int) numerator { return numerator; }

它們都在Fraction.m內。詳細的解說請參考Objective0C Beginner's Guide創建Class原文。

本段class的練習已作成Xcode可執行的project，名稱為fractionObjc。

(R)問：如果method中想多傳幾個參數，該怎麼做？

答：在Objective-C Beginner's Guide的中文網站內，有多重參數一節可參考。

型式：

method定義時：

method:labelForparam2:labelForparam3:labelForparam4:

method呼叫時：

[obj method:param1 labelForparam2:param2 labelForparam3: param3 labelForParam4:param4]

或者(因為並非一定要label)

[obj method:param1 :param2 : param3 :param4]

說明：基本上是method::::這個型式，每個:跟一個parameter。在java及C++中似乎都沒這種用法，不容易習慣，method::::::是來自於Smalltalk。

現在來舉一個例子，仍用分數、Fraction這個例子，本例子是要將分子(numerator)分母(denominator)一起設定，而不是分別用setNumerator及 setDenominator設定(本例取自Objective-C Beginner's Guide的中文網站)：

在Fraction.h中：

-(void) setNumerator: (int) n andDenominator: (int) d;

在Fraction.m中：

-(void) setNumerator: (int) n andDenominator: (int) d { numerator = n; denominator = d; }

假設frac2是個Fraction object，呼叫時：

[frac2 setNumerator: 1 andDenominator: 5];

本段多重參數練習，已作成Xcode可執行的project，名稱為multipleObjc。

(S)問：在message裡常看到init，如[[object message] init];這是什麼？

答：這是Objective-C裡面Class的預設constructor(建構子)，不同於java(java是與Class同名的method)，init只是個 -(id)init 罷了。比較有趣的是自訂的constructor。在Objective-C 2.0 Beginner's Guide裡有關自訂的constructor章節仍用Fraction作例子，十分簡潔。如下：

Fraction.h:

-(Fraction*) initWithNumerator: (int) n denominator: (int) d;

Fraction.m:

-(Fraction*) initWithNumerator: (int) n denominator: (int) d { self = [super init]; if ( self ) { [self setNumerator: n andDenominator: d]; } return self; }

呼叫：

Fraction *frac3 = [[Fraction alloc] initWithNumerator: 3 denominator: 10];

細看Fraction.m中的程式。

-(Fraction*) initWithNumerator: (int) n denominator: (int) d {

self = [super init];

if ( self ) { [self setNumerator: n andDenominator: d]; }

return self;

}

[super init];是什麼？

(1) 這就說來話長了。首先，

先了解init，init是預設constructor(建構子)，要了解"[super init];"，必需去看NSObjec的init，打開Xcode，Help/Documentation，按左邊的Apple iPhone OS 3.0/iPhone OS 3.0 Library，右上角start with打入NSObject，就會搜尋出一列NSObject的相關資訊，此時有上下二欄，上欄是大綱，下欄是某大綱項目的詳細說明，共有六項，

P NSObject

C NSObject

C NSObject(UINibLoadingAdditions)

K NSObjectIDAttributeType

G NSObjectlnaccessibleException

G NSObjectNotAvailableException

click C NSObject，再看下欄，scroll一下，找到 Tasks/Creating,Copying,and Deallocating Objects， 可看init在第四個，click init，即可了解部份[super init]。

(2)要完全了解[super init]，也必需了解alloc， 用找init相同方法，找到 Tasks/Creating,Copying,and Deallocating Objects， 可看alloc在第二個，click alloc，即可了解alloc和init如何交互作用。

(3)基本上，[super init]一定在designated initializer(也就是 initWithNumerator)出現，而init 和alloc會配對出現在程式中，先看簡單的，例如，

Fraction *frac3 = [[Fraction alloc] init];

alloc會找一塊memory給這個object，初始化(C)中提到isa pointer，並將其他instance variable值設為0，然後傳回一個object instance( 也就是指向這memory的pointer)。

init接著呼叫super class的init ([super init]) ，將instance variable值設好，傳回一個initialize好的receiver。

[super init]是呼叫receiver的superclass的init，並傳回一個initialize好的receiver。。

(4)這些原理看似簡單，卻不容易，必需充份了解self，super的意義。以最粗淺的解釋，self就是java的this，super則是superclass。詳情即需去讀上面(1)(2)所講到的NSObject的init及alloc。再加上Objective-C Beginner's Guide的中文網站自訂的constructor例子，同時讀Objective-C 2.0 Programming Language的Messages to self and super。 一起看，才能了解。

 

(5)先去試做以下提及的自訂的constructor練習，做完，再來看看是否真了解[super init]了，看一下initWithNumerator中的[super init]，

呼叫 initWithNumerator

Fraction *frac3 = [[Fraction alloc] initWithNumerator: 3 denominator: 10];

而 initWithNumerator是這樣子的：

-(Fraction*) initWithNumerator: (int) n denominator: (int) d {

self = [super init];

if ( self ) { [self setNumerator: n andDenominator: d]; }

return self;

}

在Fraction class的initWithNumerator這個constructor中有[super init]字眼。

再閱讀上面(3)一次，尤其是

"Fraction *frac3 = [[Fraction alloc] init]; "這一行，

其實這一行和"Fraction *frac3 = [[Fraction alloc] initWithNumerator: 3 denominator: 10]; "這一行類似。

接著，看

alloc....這一行

由這一行得知， [Fraction alloc]會傳回一個object instance of Class Fraction，注意，這是個object(已有memory)， 所以， [[Fraction alloc] init];成了"[object instance of Class Fraction init]；"，而object instance of Class Fraction即為receiver。

同理， [[Fraction alloc] initWithNumerator: 3 denominator: 10];會傳回一個object instance of Class Fraction，注意，這是個object(已有memory)， 所以， [[Fraction alloc] initWithNumerator: 3 denominator: 10];成了"[object instance of Class Fraction initWithNumerator: 3 denominator: 10]；"，而object instance of Class Fraction即為receiver。

再看

init....這一行

現在，object instance of Class Fraction是receiver。由這一行得知，init回傳一個initialize好的receiver。因而就是回傳一個object instance of Class Fraction。

因此，initWithNumerator中的[super init]回傳的是一個object instance of Class Fraction，再assigns給self，

self = [super init];

所以，此時self即是一個object instance of Class Fraction，做了那麼多事情，看來完全是廢話，因為，即便不做"self = [super init];"，self本來就是receiver(詳情見本文(G)項)，為什麼要做"self = [super init];"呢？主要是要init superclass，而且要防範init superclass失敗，當init superclass失敗時， [super init]回傳值是nil，造成initWithNumerator回傳nil，而"Fraction *frac3 = [[Fraction alloc] initWithNumerator: 3 denominator: 10]; "中的frac3即得到nil值，如此，就知道失敗了。

self = [super init];這一行相當不易了解，希望至此已充份明白了。

本段自訂的constructor練習，已作成已作成Xcode可執行的project，名稱為constructorsObjc。