前言
之前,我们在探索动画及渲染相关原理的时候,我们输出了几篇文章,解答了
iOS动画是如何渲染,特效是如何工作的疑惑。我们深感系统设计者在创作这些系统框架的时候,是如此脑洞大开,也深深意识到了解一门技术的底层原理对于从事该方面工作的重要性。因此我们决定
进一步探究iOS底层原理的任务,本文探索的底层原理围绕“OC的本质”展开
一、概述
我们在这篇文章(探究iOS底层原理|综述)上曾提到，探索iOS底层原理,是需要在掌握一定的前知识的情况下,针对Native开发的编程语言:OC、Swift 分别探索其底层原理的，且介绍了探索底层原理的方式有两种:
1.基于汇编2.基于源码
我们在本文将开始针对Objective-C开展底层原理的探索。
本文首先探索Objective-C语言的本质,然后再一步一步针对Objective-C语言的语法,围绕其底层设计与内存布局等去探索底层原理！
二、Objective-C简介
1.OC语言简介
- Objective-C是一种通用、高级、面向对象的编程语言。它扩展了标准的ANSI C编程语言，将Smalltalk式的消息传递机制加入到ANSI C中。
- 目前主要支持的编译器有GCC和Clang（采用LLVM作为后端）。
- 现在Objective-C与Swift是OS X和iOS操作系统、及与其相关的API、Cocoa和Cocoa Touch的主要编程语言[3]。
- 对OC语言更详细的介绍可以参考维基百科: Objective-C
2.OC语言的历史
Objective-C 主要由 Stepstone 公司的 布莱德·考克斯（Brad Cox）和 汤姆·洛夫（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，苹果电脑雇用了克里斯·拉特纳"克里斯·拉特纳")及LLVM开发团队，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 Modern Objective-C 特性也都率先在 Clang 上实现。
3.苹果官方对Objective-C的介绍
它第一段落 表达的意思就是:
- Objective-C是程序员在为OS X和iOS编写软件时使用的主要编程语言(之一,现在已经还有Swift语言)。
- 它
是C编程语言的超集，提供面向对象的功能和动态运行时。 - Objective-C
继承了C语言的语法、基本类型和流控制语句，并添加了用于定义类和方法的语法。(OC完全兼容标准C语言) - 它还增加了
面向对象管理和对象字面量的语言级别支持，同时提供动态类型和绑定，将许多责任推迟到运行时。
官方的其余介绍可以访问:官方地址
4.Objective-C语言的变化
1. Objective-C++
Objective-C++是GCC的一个前端，它可以编译混合了C++与Objective-C语法的源文件。Objective-C++是C++的扩展，类似于Objective-C是C的扩展。由于在融合C++，因此有以下限制：与Objective-C两种语言的特性方面没有做特别的工作
- C++类不能从Objective-C类继承，反之亦然。
- Objective-C定义内部不能定义C++名字空间。
- Objective-C类的成员变量不能包括不含默认构造函数和/或含有虚方法的C++类对象，但使用C++类指针并无如此限制（可以在 -init方法中对之进行初始化）。
- C++“传递值”的特性不能用在Objective-C对象上，而只能传递其指针。
- Objective-C声明不能存在在C++模板声明中，反之亦然。但Objective-C类型可以用在C++模板的参数中。
- Objective-C和C++的错误处理语句不同，各自的语句只能处理各自的错误。
- Objective-C错误使得C++对象被退出时，C++析构函数不会被调用。新的64位运行时解决了这个问题。[6]
Objective-C++ 的 出现 使得 Native iOS 的底层中 包含了 C++的实现
2. Objective-C 2.0
在2006年7月苹果全球开发者会议中，Apple宣布了“Objective-C 2.0”的发布，其增加了“现代的垃圾收集，语法改进，运行时性能改进，以及64位支持”。2007年10月发布的Mac OS X v10.5中包含了Objective-C 2.0的编译器。
5.总结
- Objective-C 的底层 为 C 语言 的扩展，完全支持标准 C
- Objective-C++ 底层 为 C++ 的扩展
- 我们通常
可以概括为:OC(包含Objective-C、Objective-C++)的底层实现就是 C、C++
三、了解OC语言的设计
我们从前面的篇幅可以知道,OC在承继了 C语言 的 语法、基本类型、流程控制 之外,提供了面向对象、运行时特性、类和对象的语法，提供了消息机制等。
而我们也可以通过IDE看到部分objc系统库包中，开放的一些头文件。
虽然,Objective-C是一门闭源的语言,但官方也对该语言有了适当的开源。我们通常可以通过该地址去查找苹果官方开源的一些源码:opensource.apple.com/tarballs/
我们全局搜索 objc,可以找到objc4,然后下载最新的开源版本代码即可
我们从官方开源的代码中也可以看到,OC底层的实现:
(Tips:以
.mm为后缀的文件,是C++语言的实现文件)
探索到这里,我们也得知,若是我们要去探索iOS底层原理,需要具备 C、C++语言的一定功底
未深入探索的问题
我们在前面了解到 OC 底层实现的技术栈,也下载到了官方开源的代码,但是并未拓展开来介绍官方开源代码。对OC语言的设计细节，若是同学们感兴趣,可以自行下载官方开源的代码,针对自己想了解的部分去阅读。本文不铺展开来一一介绍所有的开源代码,仅作为一个引子,为后面的几篇文章中,若探索底层原理有需要才会针对特定源码进行探索。
总结
通过通篇介绍,我们了解了 OC语言的 基本特点、发展历史、以及底层实现技术栈。本文将作为一个引子,支撑我们接下来对底层原理探索:
专题系列文章
1. 前知识
- 01-探究iOS底层原理|综述
- 02-探究iOS底层原理|编译器LLVM项目【Clang、SwiftC、优化器、LLVM】
- 03-探究iOS底层原理|LLDB
- 04-探究iOS底层原理|ARM64汇编
2. 基于OC语言探索iOS底层原理
- 05-探究iOS底层原理|OC的本质
- 06-探究iOS底层原理|OC对象的本质
- 07-探究iOS底层原理|几种OC对象【实例对象、类对象、元类】、对象的isa指针、superclass、对象的方法调用、Class的底层本质
- 08-探究iOS底层原理|Category底层结构、App启动时Class与Category装载过程、load 和 initialize 执行、关联对象
- 09-探究iOS底层原理|KVO
- 10-探究iOS底层原理|KVC
- 11-探究iOS底层原理|探索Block的本质|【Block的数据类型(本质)与内存布局、变量捕获、Block的种类、内存管理、Block的修饰符、循环引用】
- 12-探究iOS底层原理|Runtime1【isa详解、class的结构、方法缓存cache_t】
- 13-探究iOS底层原理|Runtime2【消息处理(发送、转发)&&动态方法解析、super的本质】
- 14-探究iOS底层原理|Runtime3【Runtime的相关应用】
- 15-探究iOS底层原理|RunLoop【两种RunloopMode、RunLoopMode中的Source0、Source1、Timer、Observer】
- 16-探究iOS底层原理|RunLoop的应用
- 17-探究iOS底层原理|多线程技术的底层原理【GCD源码分析1:主队列、串行队列&&并行队列、全局并发队列】
- 18-探究iOS底层原理|多线程技术【GCD源码分析1:dispatch_get_global_queue与dispatch_(a)sync、单例、线程死锁】
- 19-探究iOS底层原理|多线程技术【GCD源码分析2:栅栏函数dispatch_barrier_(a)sync、信号量dispatch_semaphore】
- 20-探究iOS底层原理|多线程技术【GCD源码分析3:线程调度组dispatch_group、事件源dispatch Source】
- 21-探究iOS底层原理|多线程技术【线程锁：自旋锁、互斥锁、递归锁】
- 22-探究iOS底层原理|多线程技术【原子锁atomic、gcd Timer、NSTimer、CADisplayLink】
- 23-探究iOS底层原理|内存管理【Mach-O文件、Tagged Pointer、对象的内存管理、copy、引用计数、weak指针、autorelease
3. 基于Swift语言探索iOS底层原理
关于函数、枚举、可选项、结构体、类、闭包、属性、方法、swift多态原理、String、Array、Dictionary、引用计数、MetaData等Swift基本语法和相关的底层原理文章有如下几篇:
- 01-📝Swift5常用核心语法|了解Swift【Swift简介、Swift的版本、Swift编译原理】
- 02-📝Swift5常用核心语法|基础语法【Playground、常量与变量、常见数据类型、字面量、元组、流程控制、函数、枚举、可选项、guard语句、区间】
- 03-📝Swift5常用核心语法|面向对象【闭包、结构体、类、枚举】
- 04-📝Swift5常用核心语法|面向对象【属性、inout、类型属性、单例模式、方法、下标、继承、初始化】
- 05-📝Swift5常用核心语法|高级语法【可选链、协议、错误处理、泛型、String与Array、高级运算符、扩展、访问控制、内存管理、字面量、模式匹配】
- 06-📝Swift5常用核心语法|编程范式与Swift源码【从OC到Swift、函数式编程、面向协议编程、响应式编程、Swift源码分析】
4. C++核心语法
- 01-📝C++核心语法|C++概述【C++简介、C++起源、可移植性和标准、为什么C++会成功、从一个简单的程序开始认识C++】
- 02-📝C++核心语法|C++对C的扩展【::作用域运算符、名字控制、struct类型加强、C/C++中的const、引用(reference)、函数】
- 03-📝C++核心语法|面向对象1【 C++编程规范、类和对象、面向对象程序设计案例、对象的构造和析构、C++面向对象模型初探】
- 04-📝C++核心语法|面向对象2【友元、内部类与局部类、强化训练(数组类封装)、运算符重载、仿函数、模板、类型转换、 C++标准、错误&&异常、智能指针】
- 05-📝C++核心语法|面向对象3【 继承和派生、多态、静态成员、const成员、引用类型成员、VS的内存窗口】
5. Vue全家桶
- 01-📝Vue全家桶核心知识|Vue基础【Vue概述、Vue基本使用、Vue模板语法、基础案例、Vue常用特性、综合案例】
- 02-📝Vue全家桶核心知识|Vue常用特性【表单操作、自定义指令、计算属性、侦听器、过滤器、生命周期、综合案例】
- 03-📝Vue全家桶核心知识|组件化开发【组件化开发思想、组件注册、Vue调试工具用法、组件间数据交互、组件插槽、基于组件的
- 04-📝Vue全家桶核心知识|多线程与网络【前后端交互模式、promise用法、fetch、axios、综合案例】
- 05-📝Vue全家桶核心知识|Vue Router【基本使用、嵌套路由、动态路由匹配、命名路由、编程式导航、基于vue-router的案例】
- 06-📝Vue全家桶核心知识|前端工程化【模块化相关规范、webpack、Vue 单文件组件、Vue 脚手架、Element-UI 的基本使用】
- 07-📝Vue全家桶核心知识|Vuex【Vuex的基本使用、Vuex中的核心特性、vuex案例】
6. 音视频技术核心知识
- 01-📝音视频技术核心知识|了解音频技术【移动通信技术的发展、声音的本质、深入了解音频】
- 02-📝音视频技术核心知识|搭建开发环境【FFmpeg与Qt、Windows开发环境搭建、Mac开发环境搭建、Qt开发基础】
- 03-📝音视频技术核心知识|Qt开发基础【
.pro文件的配置、Qt控件基础、信号与槽】 - 04-📝音视频技术核心知识|音频录制【命令行、C++编程】
- 05-📝音视频技术核心知识|音频播放【播放PCM、WAV、PCM转WAV、PCM转WAV、播放WAV】
- 06-📝音视频技术核心知识|音频重采样【音频重采样简介、用命令行进行重采样、通过编程重采样】
- 07-📝音视频技术核心知识|AAC编码【AAC编码器解码器、编译FFmpeg、AAC编码实战、AAC解码实战】
- 08-📝音视频技术核心知识|成像技术【重识图片、详解YUV、视频录制、显示BMP图片、显示YUV图片】
- 09-📝音视频技术核心知识|视频编码解码【了解H.264编码、H.264编码、H.264编码解码】
- 10-📝音视频技术核心知识|RTMP服务器搭建【流媒体、服务器环境】
其它底层原理专题
1. 底层原理相关专题
2. iOS相关专题
- 01-iOS底层原理|iOS的各个渲染框架以及iOS图层渲染原理
- 02-iOS底层原理|iOS动画渲染原理
- 03-iOS底层原理|iOS OffScreen Rendering 离屏渲染原理
- 04-iOS底层原理|因CPU、GPU资源消耗导致卡顿的原因和解决方案
