简述Objective-C语言

2018年7月5日

背景

最近由于项目需要了解了下Obj-C这门语言,初次看下和其它大多数的语言相比,语法糖完全不易于昂。咋一看完全看不懂。基于我这个人爱学习的毛病,有问题肯定想搞清楚的。于是就有了这么文章,文章历史部分、语法、消息等部分来自维基百科。

历史

Objective-C 主要由 Stepstone 公司的布莱德·考克斯(Brad Cox)和 Tom Love 在 1980 年代发明。

1981年 Brad Cox 和 Tom Love 还在 ITT 公司技术中心任职时,接触到了 SmallTalk语言。Cox 当时对软件设计和开发问题非常感兴趣,他很快地意识到 SmallTalk语言 在系统工程构建中具有无法估量的价值,但同时他和 Tom Love 也明白,目前 ITT 公司的电子通信工程相关技术中,C 语言被放在很重要的位置。

于是 Cox 撰写了一个 C 语言的预处理器,打算使 C 语言具备些许 Smalltalk 的本领。Cox 很快地实现了一个可用的 C 语言扩展,此即为 Objective-C语言的前身。到了 1983 年,Cox 与 Love 合伙成立了 Productivity Products International(PPI)公司,将 Objective-C 及其相关库商品化贩售,并在之后将公司改名为StepStone。1986年,Cox 出版了一本关于 Objective-C 的重要著作《Object-Oriented Programming, An Evolutionary Approach》,书内详述了 Objective-C 的种种设计理念。

1988年,斯蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)离开苹果公司后成立了 NeXT Computer 公司,NeXT 公司买下 Objective-C 语言的授权,并扩展了著名的开源编译器GCC 使之支持 Objective-C 的编译,基于 Objective-C 开发了 AppKit 与 Foundation Kit 等库,作为 NeXTSTEP 的的用户界面与开发环境的基础。虽然 NeXT 工作站后来在市场上失败了,但 NeXT 上的软件工具却在业界中被广泛赞扬。这促使 NeXT 公司放弃硬件业务,转型为销售NeXTStep(以及OpenStep)平台为主的软件公司。

1992年,自由软件基金会的 GNU 开发环境增加了对 Objective-C 的支持。1994年,NeXT Computer公司和Sun Microsystem联合发布了一个针对 NEXTSTEP 系统的标准典范,名为 OPENSTEP。OPENSTEP 在自由软件基金会的实现名称为 GNUstep。1996年12月20日,苹果公司宣布收购 NeXT Software 公司,NEXTSTEP/OPENSTEP环境成为苹果操作系统下一个主要发行版本OS X的基础。这个开发环境的版本被苹果公司称为Cocoa。

2005年,苹果计算机雇用了克里斯·拉特纳及LLVM开发团队[2],clang及LLVM成为苹果公司在GCC之外的新编译器选择,在 Xcode 4.0之后均采用 LLVM 作为默认的编译器。最新的 Objective-C 特性也都率先在 Clang 上实现。

语法

Objective-C是C语言的严格超集--任何C语言程序不经修改就可以直接通过Objective-C编译器,在Objective-C中使用C语言代码也是完全合法的。Objective-C被描述为盖在C语言上的薄薄一层,因为Objective-C的原意就是在C语言主体上加入面向对象的特性。Objective-C的面向对象语法源于Smalltalk消息传递风格。所有其他非面向对象的语法,包括变量类型,预处理器(preprocessing),流程控制,函数声明与调用皆与C语言完全一致。但有些C语言语法合法代码在objective-c中表达的意思不一定相同,比如某些布尔表达式,在C语言中返回值为true,但在Objective-C若与yes直接相比较,函数将会出错,因为在Objective-C中yes的值只表示为1.

Hello World
这里示范了一个基础的Hello World程序。基于Xcode 4.3.1:

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

@autoreleasepool {
    NSLog(@"Hello World!");
}

return 0;
}

消息传递

Objective-C最大的特色是承自Smalltalk的消息传递模型(message passing),此机制与今日C++式之主流风格差异甚大。Objective-C里,与其说对象互相调用方法,不如说对象之间互相传递消息更为精确。此二种风格的主要差异在于调用方法/消息传递这个动作。C++里类别与方法的关系严格清楚,一个方法必定属于一个类别,而且在编译时(compile time)就已经紧密绑定,不可能调用一个不存在类别里的方法。但在Objective-C,类别与消息的关系比较松散,调用方法视为对对象发送消息,所有方法都被视为对消息的回应。所有消息处理直到运行时(runtime)才会动态决定,并交由类别自行决定如何处理收到的消息。也就是说,一个类别不保证一定会回应收到的消息,如果类别收到了一个无法处理的消息,程序只会抛出异常,不会出错或崩溃。

C++里,送一个消息给对象(或者说调用一个方法)的语法如下:

obj.method(argument);
Objective-C则写成:

[obj method: argument];
此二者并不仅仅是语法上的差异,还有基本行为上的不同。

这里以一个汽车类(car class)的简单例子来解释Objective-C的消息传递特性:

[car fly];
典型的C++意义解读是“调用car类别的fly方法”。若car类别里头没有定义fly方法,那编译肯定不会通过。但是Objective-C里,我们应当解读为“发提交一个fly的消息给car对象”,fly是消息,而car是消息的接收者。car收到消息后会决定如何回应这个消息,若car类别内定义有fly方法就运行方法内之代码,若car内不存在fly方法,则程序依旧可以通过编译,运行期则抛出异常。

此二种风格各有优劣。C++强制要求所有的方法都必须有对应的动作,且编译期绑定使得函数调用非常快速。缺点是仅能借由virtual关键字提供有限的动态绑定能力。Objective-C天生即具备鸭子类型之动态绑定能力,因为运行期才处理消息,允许发送未知消息给对象。可以送消息给整个对象集合而不需要一一检查每个对象的类型,也具备消息转送机制。同时空对象nil接受消息后默认为不做事,所以送消息给nil也不用担心程序崩溃。

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