第六条理解"属性" 这一概念

2017/6/28 posted in 第二章对象,消息,运行期

用Objective-C等面向对象语言编程时，“对象”（object)就是“基本构造单元"（building block),开发者可以通过对象来存储并传递数据。在对象之间传递数据并执行任务的过程就叫做“消息传递”（Messaging)。若想编写出髙效且易维护的代码，就一定要熟悉这两个特性的工作原理。

当应用程序运行起来以后,为其提供相关支持的代码叫做“Objective-C运行期环境”(Objective-C runtime),它提供了一些使得对象之间能够传递消息的重要函数，并且包含创建类实例所用的全部逻辑。在理解了运行期环境中各个部分协同工作的原理之后，你的开发水
平将会进一步提升。

属性

“属性”（property)是Objecive-C的一项特性，用于封装对象中的数据。Objective-C对象通常会把其所需要的数据保存为各种实例变量。实例变量一般通过“存取方法”（access method)来访问。其中，“获取方法"（getter)用于读取变量值，"设置方法"（setter)用于写入变量值。这个概念已经定型，并且经由“属性”这一特性而成为Objective-C 2.0的一部分,开发者可以令编译器自动编写与属性相关的存取方法。此特性引入了一种新的“点语法”（dot syntax),使开发者可以更为容易地依照类对象来访问存放于其中的数据。你也许已经使用过“属性”这个概念了，不过你未必知道其全部细节。而且，还有很多与属性有关的麻烦事。第6条将会告诉大家有哪些问题可以用属性来解决，并指出其中所体现出来的关键特性。在描述个人信息的类中，也许会存放人名、生日、地址等内容。可以在类接口的public
区段中声明一些实例变量：


@interface EOCPerson : NSObject {
@public
    NSString *_firstName;
    NSString *_lastName;
@private
    NSString *_someInternalData;
}
@end

这种写法在其他语言中,java或者c++中比较常见,但是编写Objective-C代码时却很少这么做。这种写法的问题是：对象布局在编译期（compile time)就已经固定了。只要碰到访问firstName变量的代码，编译器就把其替换为“偏移量”（offset),这个偏移量是“硬编码”（hardcode),表示该变M距离存放对象的
内存区域的起始地址有多远。

这种写法的问题是,如果又增加一个实例变量,就麻烦了,例如:


@interface EOCPerson : NSObject {
@public
    NSString *_dataOfBirth;
    NSString *_firstName;
    NSString *_lastName;
@private
    NSString *_someInternalData;
}
@end

原来表示_firstName的偏移量现在却指向dateOfBirth了。把偏移量硬编码于其中的那些代码都会读取到错误的值。

如果代码使用了编译期计算出来的偏移量，那么在修改类定义之后必须重新编译，否则就会出错。

例如，某个代码库中的代码使用了一份旧的类定义。如果和其相链接的代码使用了新的类定义，那么运行时就会出现不兼容现象（incompatibility)。各种编程语言都有应对
此问题的办法。Objective-C的做法是，把实例变量当做一种存储偏移量所用的“特殊变量”(special variable),交由“类对象”（class object)保管。偏移量会在运行期査找，如果类的定义变了，那么存储的偏移量也就变了，这样的话，无论何时访问实例变量，总能使用正确的偏移最。甚至可以在运行期向类中新增实例变量，这就是稳固的“应用程序二进制接口”（Application Binary Interface，ABI)。有了这种“稳固的”（nonfragile)的ABI，我们就可以在“class-continuation分类”或实现文件中定义实例变量了。所以说，不一定要在接口中把全部实例变量都声明好，可以将某些变量从接口的public区段里移走，以便保护与类实现有关的内部信息。

下面我们就要来讨论另一种解决方法,也就是"属性",我们尽量不要直接访问实例变量，而应该通过存取方法来做。虽说属性最终还是得通过实例变量来实现，但它却提供了一种简洁的抽象机制。你可以自己编写存取方法，然而在正规的Objective-C编码风格中，存取方法有着严格的命名规范。正因为有了这种严格的命名规范，所以Objective-C这门语言才能根据名称自动创建出存取方法。这时@property语法就派上用场了。

在对象接口的定义中，可以使用属性，这是一种标准的写法，能够访问封装在对象里的数据。因此，也可以把属性当做一种简称，其意思是说：编译器会自动写出一套存取方法,用以访问给定类型中具有给定名称的变量。,例如下面这个类：


@interface EOCPerson : NSObject
@property NSString *firstName;
@property NSString *lastName;

@end

对于该类的使用者来说，上述代码写出来的类与下面这种写法等效：


@interface EOCPerson : NSObject
- (NSString*)firstName;
- (void) setFirstName: (NSString*) firstName;
- (NSString*)lastName;
- (void)setLastName:(NSString*)lastName;
@end

要访问属性我们可以使用点语法,与c语言类似.使用“点语法”和直接调用存取方法之间没有丝毫差别:


EOCPerson *aPerson = [Person new];
aPerson.firstName = @"Bob"; //Same as:
[aPerson setFirstName:@"Bob"];

NSString *lastName = aPerson.lastName; //Same as:
NSString *lastName = [aPerson lastName];

如果使用了属性的话,编译器会自动编写这些属性的访问方法.此过程叫做“自动合成”（autosynthesis)。需要强调的是，这个过程由编译器在编译期执行，所以编辑器里看不到这些“合成方法"（synthesized method)的源代码。

编译器还会自动向类中添加适当的实例变量,并且在属性名前面加下划线，以此作为实例变量的名字.在前例中，会生成两个实例变量，其名称分别为_firstName与_lastName。也可以在类的实现代码里通过@synthesize语法来指定实例变量的名字：


@implementation EOCPerson
@synthesize firstName = _myFirstName;
@synthesize lastName = _myLastName;
@end

前述语法会将生成的实例变量命名为_myFirstName与_myLastName,而不再使用默认的名字。

若不想令编译器自动合成存取方法，则可以自己实现。如果你只实现了其中一个存取方法，那么另外一个还是会由编译器来合成。还有一种办法能阻止编译器自动合成存取方
法，就是使用@dynamic关键字,它会告诉编译器:不要自动创建实现属性所用的实例变量，也不要为其创建存取方法。而且，在编译访问属性的代码时，即使编译器发现没有定义存取方法，也不会报错，它相信这些方法能在运行期找到。比方说，如果从CoreData框架中的NSManagedObject类里继承了一个子类，那么就需要在运行期动态创建存取方法。继承NSManagedObject时之所以要这样做，是因为子类的某些属性不是实例变量，其数据来自后端的数据库中。所以:


@interface EOCPerson : NSManagedObject
@property NSString *firstName;
@property NSString *lastName;
@end

@implementation EOCPerson
@dynamic firstName, lastName;

@end

编译器不会为上面这个类自动合成存取方法或实例变量。如果用代码访问其中的属性，编译器也不会发出警示信息.

属性特质

使用属性时还有一个问题要注意，就是其各种特质（attribute)设定也会影响编译器所生成的存取方法。比如下面这个属性就指定了三项特质：


@property (nonatomic, readwrite, copy) NSString * 
firstName;

属性可以拥有的特质分为四类：

原子性:
在默认情况下，由编译器所合成的方法会通过锁定机制确保其原子性（atomicity) 。如果属性具备nonatomic特质，则不使用同步锁。请注意，尽管没有名为“atomic”的特质（如果某属性不具备nonatomic特质，那它就是“原子的”（atomic)),但是仍然可以在属性特质中写明这一点，编译器不会报错。若是自己定义存取方法，那么就应该遵从与属性特质相符的原子性。
读/写权限:
- 具备readwrite(读写）特质的属性拥有“获取方法”（getter)与“设置方法"（setter)。若该属性由@synthesize实现，则编译器会自动生成这两个方法。
- 具备readonly(只读）特质的属性仅拥有获取方法，只有当该属性由@synthesize实现时，编译器才会为其合成获取方法。你可以用此特质把某个属性对外公开为只读属性,然后在“class-cominuaticm分类”中将其重新定义为读写属性。后面再详述这种做法。
内存管理语义:
属性用于封装数据，而数据则要有“具体的所有权语义”（concrete ownership semantic)。下面这一组特质仅会影响“设置方法”(setter)。例如，用“设置方法”设定一个新值时，它是应该“保留"(retain)此值呢，还是只将其赋给底层实例变量就好？编译器在合成存取方法时，要根据此特质来决定所生成的代码。如果自己编写存取方法，那么就必须同有关属性所具备的特质相符。
- assign “设置方法”只会执行针对“纯量类型”（scalar type，例如CGFloat或NSImeger等）的简单赋值操作。
- strong 此特质表明该属性定义了一种“拥有关系”（owning relationship)。为这种属性设置新值时，设置方法会先保留新值，并释放旧值，然后再将新值设置上去。
- weak 此特质表明该属性定义了一种“非拥有关系”（nonowning relationship)。为这种属性设置新值时，设置方法既不保留新值，也不释放旧值。此特质同assign类似,然而在属性所指的对象遭到摧毁时，属性值也会清空（nil out)。
- unsafe_unretained 此特质的语义和assign相同，但是它适用于“对象类型”（object type),该特质表达一种“非拥有关系”（“不保留”，unretained),当目标对象遭到摧毁时，属性值不会自动清空（“不安全”，unsafe),这一点与weak有区别。
- copy 此特质所表达的所属关系与strong类似。然而设置方法并不保留新值,而是将其“拷贝”（copy)。当属性类型为NSString*时，经常用此特质来保护其封装性,因为传递给设置方法的新值有可能指向一个NSMutableString类的实例。这个类是NSString的子类，表示一种可以修改其值的字符串，此时若是不拷贝字符串，那么设置完属性之后，字符串的值就可能会在对象不知情的情况下遭人更改。所以，这时就要拷贝一份“不可变”（immutable)的字符串，确保对象中的字符串值不会无意间变动。只要实现属性所用的对象是“可变的”（mutable)，就应该在设置新属性值时拷贝一份.
方法名:
可通过如下特质来指定存取方法的方法名：

getter= 指定“获取方法”的方法名。如果某属性是Boolean型，而你想为其获取方法加上“is”前缀，那么就可以用这个办法来指定。比如说，在UISwitch类中，表示“开关"（switch)是否打开的属性就是这样定义的：


@property (nonatomic, getter=isOn) BOOL on;

setter= 指定"设置方法"的方法名.(不太常见)

通过上述特质，可以微调由编译器所合成的存取方法。不过需要注意：若是自己来实现这些存取方法，那么应该保证其具备相关属性所声明的特质。比方说，如果将某个属性声明为copy，那么就应该在“设置方法”中拷贝相关对象，否则会误导该属性的使用者，而且，
若是不遵从这一约定，还会令程序产生bug。

如果想在其他方法里设置属性值，那么同样要遵守属性定义中所宣称的语义。例如，我们扩充一下前面提到的EOCPerson类。由于字符串值可能会改变，所以要把相关属性的“内存管理语义"声明为copy。该类中新增了一个‘初始化方法’(initializer),用于设置“名"(first name)和“姓”（last name)的初始值：


@interface EOCPerson : NSManagedObject
@property (copy) NSString *firstName;
©property (copy) NSString *lastName;

- (id)initWithFirstName: (NSString*)firstName
                lastName:(NSString*)lastName;
@end

在实现这个自定义的初始化方法时，一定要遵循属性定义中宣称的“copy”语义，因为“属性定义”就相当于“类”和“待设置的属性值”之间所达成的契约。初始化方法的实现代码可以这样写：


- (id)initWithFirstName: (NSString*) firstName
                lastName:(NSString*)lastName
{
    if ((self = [super init])) {
        _firstName = [firstName copy];
         _lastName = [lastName copy];
    }
return self;
}

这里也许会有疑问:为何不调用属性所对应的“设置方法”呢？如果用了“设置方法”的话，不是总能保证准确的语义吗？后面第7条学习中将会详细解释为什么决不应该在init(或dealloc)方法中调用存取方法。

要是看过第18条的话，你就会明白，应该尽量使用不可变的对象。如果将这一条套用到EOCPerson类身上，那就等于说，其两个属性都应该设为“只读”。用初始化方法设置好属性值之后，就不能再改变了。在本例中，仍需声明属性的“内存管理语义”。于是可以把属性的定义改成这样：


@property (copy, readonly) NSString *firstName;
@property (copy, readonly) NSString *lastName;

由于是只读属性，所以编译器不会为其创建对应的“设置方法”，即便如此，我们还是要写上这些属性的语义，以此表明初始化方法在设置这些属性值时所用的方式。要是不写明语义的话，该类的调用者就不知道初始化方法里会拷贝这些属性，他们有可能会在调用初始化方法之前自行拷贝属性值。这种操作是多余而且低效的。

atomic与nonatomic的区别就是是否具有原子性,具备atomic特质的获取方法会通过锁定机制来确保其操作的原子性。避免两个进程同时访问同一属性时,读取到其它线程没有修改好的属性值.

在ios开发中,其中所有属性都声明为ncmatomic。这样做的历史原因是：在iOS中使用同步锁的开销较大，这会带来性能问题。一般情况下并不要求属性必须是“原子的”，因为这并不能保证“线程安全"（thread safety),若要实现“线程安全”的操作，还需采用更为深层的锁定机制才行。

要点:

可以用@property语法来定义对象中所封装的数据。
通过“特质”来指定存储数据所需的正确语义。
在设置属性所对应的实例变量时，一定要遵从该属性所声明的语义。
开发iOS程序时应该使用nonatomic属性，因为atomic属性会严重影响性能。

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