探究Objective-C属性关键字

作者: Minecode | 来源:发表于2017-12-24 14:12 被阅读0次

来自我的个人博客Minecode.link

在使用Objective-C时，频繁用到属性关键字。我们应该理解每种属性的意义，并了解一些偏底层的实现，故在此对OC的属性关键字做个浅析。

基础概念：ivar、getter、setter

在C语言中，我们通常是直接操作成员变量。而在Objective-C中，使用了“属性”这一概念来封装对象中的数据，OC对象会把需要的数据保存为各种实例变量，同时通过“存取方法”(Access Method)来进行访问，也就是常说的getter和setter。

所以，ivar是对象的各种实例变量，getter用于获取变量的值，setter用于写入变量的值。

我们来看一个标准的ivar+getter+setter样板代码：

@interface Person: NSObject
{
// ivar声明
@private
NSString *_myName;
}
// getter方法
- (NSString *)myName {
return _myName;
}
// setter方法
- (void)setMyName:(NSString *)newName {
_myName = newName;
}

可以看到，这样的组合方式造成了代码的臃肿，大大降低了开发效率和可读性，实际开发中使用ivar+getter+setter的情况并不常见，这就要引入@synthesize和@property这个关键字。

@synthesize

这个属性已经很少见到了，它是属于MRC和32bit时代的产物。@synthesize属性用来合成一个属性，变量名如果没有显式声明则默认添加一个下划线的前缀(_变量名)。当然也可以手动声明变量名并建立与@property的关系。

为了加深理解，我们看一下以下代码，它的逻辑为：手动声明ivar，使用property声明存取方法，使用@synthesize建立ivar和property的关系。

@interface SubClass ()
{
// 声明ivar
NSString *_myName;
}
// 声明属性(并合成getter+setter)
@property (nonatomic, copy) NSString* myName;
@end

@implementation SubClass
// 建立myName属性与_myName成员变量的关系
@synthesize myName = _myName;
@end

可以看出@synthesize和@property各自负责的工作，虽然这些工作已经由编译器帮我们做了，但是理解这一概念还是很重要的。

现在我们知道了省略@synthesize声明实际上是因为LLVM的Clang为在ARC模式下会自动生成@synthesize声明，但是这仅限于64位OC运行时中，当使用32位系统时，我们必须要手动声明，否则会报错。我们可以设置NS_BUILD_32_LIKE_64宏来解决这个问题。

@dynamic

相对于@synthesize，@dynamic告诉编译器该属性的getter和setter由程序员自行实现，编译器不再自动生成。在运行时执行过程中如果找不到对应存取方法，则会报错。这便是Runtime中的动态绑定。

同时，使用了@dynamic修饰则必须动态生成方法实现，没有@dynamic myName = _myName;的语法，也就是说我们没有办法静态的建立getter/setter并访问下划线前缀的ivar。对应的解决方法是消息转发和动态方法解析，本文不过多讨论。

@property

本质上来说，@property实际上是告知编译器为你的ivar生成getter和setter，并不生成ivar，要理解这一点。但是由于@synthesize无须再手动声明，所以我们使用@property后实际上是声明了ivar+getter+setter的标准模板。

Runtime下的定义

我们首先反编译为cpp代码，有关反编译的内容请见Objective-C开发中Clang的使用。

可以发现property在OC运行时中是objc_property_t类型的，定义如下：

typedef struct objc_property *objc_property_t;

struct property_t {
const char *name;
const char *attributes;
};

property结构体有name和attributes两个成员变量，而attributes则是property的属性定义，我们看一下它的定义：

/// Defines a property attribute
typedef struct {
const char *name;           /**< The name of the attribute */
const char *value;          /**< The value of the attribute (usually empty) */
} objc_property_attribute_t;

我们可以通过以下方法获取对应变量：

// 获取所有属性列表
class_copyPropertyList
// 获取属性名
property_getName
// 获取属性描述字符串
property_getAttributes
// 获取所有属性列表
property_copyAttributeList

可以看到，每一个attribute对应一种属性修饰符，property所定义的属性就包含其中。对应关系如下

属性修饰符类型	name	value
属性类型	T	属性类型名
内存管理	C(copy) &(strong/retain) W(weak) R(readonly)	空
自定义getter/setter	G(getter) S(setter)	方法名
原子/非原子类型	N(nonatomic) 空(atomic)	空
ivar名称	V	变量名称

比如我们分别定义一个对象类型、标量、以及id类型的属性来看一下

属性定义	attributes描述
@property char charDefault;	Tc,V_charDefault
@property (nonatomic, copy) NSString *myString;	T@"NSString",C,N,V_myString
@property(nonatomic, readonly, retain) id idVar;	T@,R,&,V_idVar

注意：注意描述符中的V_ivar名称，此描述符是基于64bit系统的，因为会自动合成ivar，如果是32bit系统则不会有下划线，前文已做解释。

Runtime下的实现

了解了属性在运行时系统下的定义，我们现在探究一下其的实现。
运行时中有ivar、method、class、object等概念，其中@property就涉及到了ivar和method(get方法和set方法)，具体如何实现呢，我们通过反编译来一探究竟。

在OC中，所有对象都可以认为是id类型，id类型定义为下：

typedef struct objc_object {
Class isa;
} *id;

而id类型就是指向Class类型的指针，那么Class又是什么呢？

struct objc_class {
Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
};

现在我们大致了解了OC中对象的实现原理。OC中所有对象都可以认为是id类型，而id又是指向Class的指针，Class类型实际是objc_class结构体，其定义了OC对象的基本信息。

更多Runtime的内容在此不再赘述，我们来看一下属性涉及到的类型：objc_ivar_list和objc_method_list：

struct objc_ivar {
char *ivar_name;
char *ivar_type;
int ivar_offset;
int space;
};
struct objc_ivar_list {
int ivar_count;
int space;
struct objc_ivar ivar_list[1];
}

在此我们看到了ivar的真面目，它包含了名称、类型、基地址偏移、内存空间。
同样，objc_method_list定义如下：

struct objc_method_list {
struct objc_method_list *obsolete;
int method_count;
#ifdef __LP64__
int space;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1];
};
struct objc_method {
SEL method_name;
char *method_types;    /* a string representing argument/return types */
IMP method_imp;
};

所以，当在类中创建一个属性时。Runtime做了以下事情：

创建该属性，设置其objc_ivar，通过偏移量和内存占用就可以方便获取。
生成其getter和setter。详情请查阅objc中方法的实现(SEL,IMP)。
将属性的ivar添加到类的ivar_list中，作为类的成员变量存在。
将getter和setter加入类的method_list中。之后可以通过直接调用或者点语法来使用。
将属性的描述添加到类的属性描述列表中。

属性的获取

为了记录属性，有以下几个变量：
ivar_list: 记录成员变量的描述
method_list: 记录该变量getter和setter的描述
prop_list: 记录属性的描述
OBJC_IVAR_$类名_$属性名称: 记录属性相对对象地址的偏移地址(重要)

其中，记录变量的偏移地址很重要。我们来看一下实现：

// 生成一个SubClass类型，包含一个属性
@interface SubClass ()
@property (nonatomic, strong) NSMutableArray* array;
@end
// 在该类的实现中创建一个方法
@implementation SubClass
- (void)testArrayMethod {
self.array = [NSMutableArray array];
}
@end

反编译代码，我们查看一下它是如何赋值的：

// 属性的定义
extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_SubClass$_array;
struct SubClass_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
NSMutableArray *_array;
};
// 赋值(已经去掉了复杂的类型转换代码)
static void _I_SubClass_testArrayMethod(SubClass * self, SEL _cmd) {
(objc_msgSend)(self, sel_registerName("setArray:"), (objc_getClass("NSMutableArray"), sel_registerName("array")));
}
// 属性的setter方法
static void _I_SubClass_setArray_(SubClass * self, SEL _cmd, NSMutableArray *array) {
*(self + OBJC_IVAR_$_SubClass$_array) = array;
}

我们可以看到，属性的偏移地址命名为OBJC_IVAR_$类名_$属性名称，点语法本质上是调用了setter，而setter中确定属性对应ivar的内存地址则是通过对象地址+偏移量来寻址，即*(self + OBJC_IVAR_$_SubClass$_array)。

@Property的属性修饰符

谈完@property的底层实现，再看一下属性修饰符。此处仅讨论@property的属性修饰符，对于ARC的所有权修饰符(__strong,__weak,__unsafe_unretained,__autorealesing)会专门写一篇文章讨论。

属性符作用及区别

属性	内容
readwrite	属性可读可写，生成getter+setter，默认属性
readonly	属性只读，只生成getter
nonatomic	非原子属性，提高性能但线程不安全
atomic	原子属性，线程安全但可能降低性能
MRC模式下
assign	直接赋值，不增加引用计数
retain	持有对象，引用计数+1
copy	生成并持有一个新对象，并深拷贝对象的值
ARC模式下
strong	强引用，持有对象，引用计数+1，相当于MRC的retain
weak	弱引用，不持有对象，不增加引用计数，相当于MRC的assign，但在对象销毁后会置为nil
copy	深拷贝，同MRC的copy
unsafe_unretained	无须内存管理的对象，相当于MRC的assign，对象销毁后不会置nil，可能造成野指针。(iOS 4之后基本废弃，使用assign替代)

同时，根据LLVM文档所述，ARC模式下依旧可以使用MRC修饰符，编译器会自动转换。assign对应unsafe_unretained，retain对应strong。

原子属性atomic

原子属性(atomic)通过加锁来实现访问/赋值的线程安全，但atomic只是保证了getter和setter的线程安全，并没有保证整个对象是线程安全的。比如线程A在读数据，而线程BCD在写数据，虽然BCD并不能同时写，但A读到的数据却是BCD某个时间写入的，无法保证线程安全。同样的，对于objectAtIndex:等非getter/setter方法，则不是线程安全的。

weak的使用场景及与assign的区别

首先，weak与assign都表示了一种“非持有关系”(nonowning relationship)，也成弱引用，在使用时不会增加被引用变量的引用计数。而weak在引用的对象被销毁后会被指向nil，保证了安全，相反assign不会被置nil，成为野指针。
其次，对于标量(基础数据类型:int,double，以及OC中使用宏定义的数据类型:CGFloat,NSInteger)，只能使用assign。weak只能用于对象，assign可用于对象和标量。

copy的使用场景及注意事项

使用copy修饰的对象在赋值的时候创建对象的副本，也成深拷贝。实际则是调用了copy方法。支持copy方法要遵守NSCopying协议，实现copyWithZone:方法来生成并持有对象的副本。同时，还有mutableCopy用于实现对于可变对象的深拷贝，如NSMutableArray。
当我们想复制字符串的值而非直接引用该字符串时，我们就应该深拷贝一份，否则会出现修改原对象值的情况。NSArray、NSDictionary，以及我们自己的类同理。
但是，对于@property的copy修饰符，只是调用了copy方法，所以只能生成不可变对象。对于如下代码：

@property (nonatomic, copy) NSMutableArray *mutableArray;
/* ... */
NSMutableArray *anotherMutableArray = [NSMutableArray arrayWithObjects:@1,@2,nil];
self.mutableArray = anotherMutableArray;
[self.mutableArray removeObjectAtIndex:0];

会发生崩溃。原因在于copy生成了不可变对象，导致removeObjectAtIndex:方法报错。
所以，对于可变对象，不要使用copy属性修饰符，而是调用mutableCopy方法。

探究Objective-C属性关键字

基础概念：ivar、getter、setter

@synthesize

@dynamic

@property

Runtime下的定义

Runtime下的实现

属性的获取

@Property的属性修饰符

属性符作用及区别

原子属性atomic

weak的使用场景及与assign的区别

copy的使用场景及注意事项

相关资料

相关文章

网友评论

延伸阅读

深度阅读

栏目导航

热点阅读