从iOS生态系统架构到Unity iOS插件开发：全面解析与实践

iOS生态系统

iOS生态系统层次架构

• 硬件层：
  • 设备：iPhone、iPad、iPod Touch 等苹果设备。这些设备采用苹果设计的芯片，如 A 系列处理器，基于 ARM 架构。硬件设计与软件优化紧密结合，确保性能和能效的平衡。
• 核心操作系统层（Core OS Layer）：
  • 内核：iOS 基于 Darwin 内核，融合了来自 Mach 和 BSD 的技术。内核负责内存管理、进程调度、文件系统和网络堆栈等底层服务。
  • 驱动程序：管理硬件设备的驱动程序，提供对硬件的抽象和控制。
  • 安全性：提供关键的安全功能，如沙盒机制、代码签名和权限管理，确保系统的安全性和稳定性。
• 核心服务层（Core Services Layer）：
  • 基础框架（Foundation Framework）：提供集合、字符串处理、日期和时间、文件管理等基础数据管理功能。
  • 核心位置服务（Core Location）：提供定位服务，支持 GPS 和 Wi-Fi 定位。
  • 网络服务（CFNetwork）：提供对网络协议的支持，如 HTTP、FTP 和 SSL。
  • SQLite：嵌入式关系数据库，供应用程序存储结构化数据。
• 媒体层（Media Layer）：
  • 图形：
    • Quartz Core（Core Graphics）：2D 绘图引擎，支持矢量绘图和图像处理。
    • OpenGL ES / Metal：提供高性能的 3D 图形渲染接口。
  • 音频：
    • Core Audio：提供低延迟、高品质的音频处理能力。
    • OpenAL：用于 3D 音频渲染的跨平台音频 API。
  • 视频：
    • AVFoundation：提供音视频的捕捉、编辑和播放功能。
• 可触摸层（Cocoa Touch Layer）：
  • UIKit：提供构建用户界面的核心框架，包括按钮、表格、手势识别等。
  • 多点触控支持：处理复杂的触摸事件和手势。
  • 推送通知：支持远程和本地通知功能。
  • 视图控制器：管理应用程序的视图层次和导航。

关于Dwarwin内核

Darwin 是苹果公司于 2000 年发布的开源操作系统，作为 macOS 和 iOS 的基础。其内核名为 XNU（"X is Not Unix" 的递归缩写），是一个混合内核，结合了 Mach 微内核和 BSD 子系统的特性。

Mach 和 BSD 技术：

• Mach：由卡内基梅隆大学开发的微内核，旨在提供简洁的内核设计，支持多任务、虚拟内存和跨平台能力。在 XNU 中，Mach 负责进程间通信（IPC）、线程管理和虚拟内存管理。
• BSD：Berkeley Software Distribution，是 UNIX 的一个分支，提供了丰富的操作系统功能，如文件系统、网络协议栈和用户空间工具。在 XNU 中，BSD 子系统提供了 POSIX 接口、网络堆栈和文件系统支持。

Darwin 内核与 Linux 内核的关系： Darwin 和 Linux 都是类 UNIX 操作系统，但它们在设计和实现上有显著差异：

• 内核架构：Linux 采用单体内核架构，将所有核心功能集成在一个大内核中。而 XNU 是混合内核，结合了 Mach 微内核的模块化设计和 BSD 的传统内核特性。
• 起源和发展：Linux 由 Linus Torvalds 于 1991 年开始开发，完全从零编写，遵循 GPL 许可证。Darwin 则由苹果公司基于 Mach 和 BSD 技术开发，遵循 APSL（Apple Public Source License）。
• 硬件支持：Linux 支持多种硬件架构，具有广泛的硬件兼容性。Darwin 主要针对苹果自家硬件进行优化，硬件支持相对有限。

iOS 与 Android 的主要区别

硬件与操作系统：Android 操作系统运行在多种硬件设备上，由不同的制造商生产，导致硬件多样性和碎片化。iOS 仅运行在苹果自家设备上，硬件和软件高度集成，确保一致的用户体验。

• 系统开放性：Android 基于 Linux 内核,采用开放性设计，允许应用获取更多的系统权限和资源。iOS 基于 Darwin 内核, 采用封闭性设计，应用只能在受限的沙盒环境中运行，系统权限控制严格。
• 内存管理：Android 使用垃圾回收机制（GC）进行内存管理，而 iOS 采用自动引用计数（ARC）机制，开发者需要对对象的生命周期进行更精细的管理。
• 应用架构：Android 应用主要使用 Java 或 Kotlin 编写，UI 采用 XML 布局。iOS 应用主要使用 Objective-C 或 Swift 编写，UI 通过 Storyboard 或代码进行布局，提供 UIKit 等框架。
• 应用分发：Android 应用可以通过多个渠道分发，如 Google Play 和第三方应用商店。iOS 应用只能通过苹果的 App Store 分发，经过严格的审核流程。

开发环境与语言

• Xcode：Xcode 是苹果官方的集成开发环境，提供了用于构建、调试和部署 iOS 应用的工具。它包含了构建 iOS 游戏所需的 SDK。

• Objective-C 或 Swift：对于 iOS 的原生开发，Objective-C 和 Swift 是主要语言。虽然大部分游戏逻辑会使用 C# 和 Unity，但是在需要集成 iOS 原生功能（如崩溃监听、推送通知、支付等）时，必须使用 Objective-C 或 Swift 来与 Unity 进行交互。

CocoaPods / Carthage / SwiftPM（依赖管理）

• CocoaPods：Unity 导出的 iOS 项目通常会使用 CocoaPods 来集成第三方 iOS 库，比如崩溃监控、广告 SDK、分析等。
• Carthage / SwiftPM：有时也会使用这些工具来管理 iOS 原生库。

iOS开发相关语言环境

Objective-C 和 Swift 语言介绍

1. Objective-C 语言

Objective-C 是苹果在 1980 年代引入的一种面向对象的编程语言，基于 C 语言并扩展了 Smalltalk 风格的面向对象特性。它曾经是 iOS 和 macOS 开发的主力语言，直到 Swift 的出现。

• 类型：面向对象语言，基于 C 语言。

  • Objective-C 是 C 的超集，意味着任何有效的 C 程序也是有效的 Objective-C 程序。它支持面向对象编程 (OOP) 的特性，例如类、继承、封装和多态。
  • 消息发送机制：与许多面向对象语言不同，Objective-C 使用的是 消息传递 机制来调用方法，而不是直接的函数调用。这种机制在运行时进行动态绑定，这使得 Objective-C 具有非常强的灵活性和扩展性。

• 底层：Objective-C 运行时（Objective-C Runtime）负责动态方法解析、内存管理（ARC）、消息传递等核心功能。它为动态方法调用提供支持，这也是与其他语言不同的关键特点。

• 与 iOS Native 层的关系：

  • Objective-C 是 iOS 的原生开发语言，Xcode 和 iOS SDK 提供了丰富的框架和 API，开发者通过 Objective-C 来调用底层系统功能，如推送通知、GPS、蓝牙等硬件接口。
  • 调用底层 API：使用 Objective-C 编写的代码可以直接访问 iOS 系统底层的 Cocoa/Cocoa Touch 框架，例如 UIKit、Foundation、CoreData 等。

• 与 Swift 的互相调用：

  • 与 Swift 的互操作性：从 Swift 2 开始，Apple 提供了良好的互操作性支持，可以让 Swift 与 Objective-C 代码无缝协作。可以在 Swift 中调用 Objective-C 的类、方法和属性，反之也可以在 Objective-C 中调用 Swift 类。
  • 桥接文件（Bridging Header）：如果项目中同时使用 Objective-C 和 Swift，开发者需要通过一个称为 Bridging Header 的桥接文件来实现两者之间的互操作。

2. Swift 语言

Swift 是苹果在 2014 年推出的现代化编程语言，旨在提供一种更安全、更高效、更简洁的开发体验。Swift 的出现逐步取代了 Objective-C，在 iOS 和 macOS 的应用开发中成为主流。

• 类型：编译型语言，现代化的面向对象和函数式编程语言。
  • Swift 结合了面向对象编程（OOP）和函数式编程（FP）的特性。它不再使用动态消息传递，而是采用直接的函数调用和编译时类型检查，这提高了运行时效率和代码安全性。
  • Swift 提供了更强的类型系统，编译器能够在编译时检测到更多的潜在问题，比如空指针引用和类型错误。
• 底层：Swift 语言编译后的代码运行在 LLVM（Low-Level Virtual Machine）框架之上，LLVM 是一个优化的编译工具链，帮助 Swift 生成高效的机器代码。
  • Swift 在运行时依赖 Cocoa 和 Cocoa Touch 框架，与 Objective-C 一样可以直接访问这些底层的系统库。
  • Swift 本身是基于 LLVM 和 Clang 编译器的，支持与 C 和 C++ 代码的互操作性。
• 与 iOS Native 层的关系：
  • Swift 完全可以与 iOS 的原生 API（如 UIKit、Foundation）交互，并能高效地调用系统底层功能。
  • Swift 提供了一些现代化的特性，如 自动内存管理（ARC）、类型安全、内存安全 等，这些特性使得开发者编写的代码更加简洁、安全和高效。
• 与 Objective-C 的互相调用：
  • Swift 和 Objective-C 可以无缝互操作。你可以在 Swift 中调用 Objective-C 的类、方法和属性，反之亦然。
  • Swift 和 Objective-C 之间的互相调用通过桥接文件（Bridging Header）和 Objective-C 兼容性 类来实现。
  • Objective-C 兼容性：Swift 可以通过 @objc 修饰符将 Swift 类和方法暴露给 Objective-C，这样 Objective-C 可以调用这些 Swift 代码。同样，Swift 类也可以通过 @objc 标记它们的方法，以便在动态运行时进行调用。

Objective-C 和 Swift 与 Native 层的关系及互相调用方案

1. 与 Native 层的关系

• Native 层 通常指的是 iOS 操作系统提供的原生 API 层，包括系统底层的硬件交互、UI 框架、网络库、数据库框架等。在 iOS 开发中，Objective-C 和 Swift 是主要的编程语言，它们与 Native 层直接交互，调用底层系统功能。
• iOS SDK：无论是使用 Objective-C 还是 Swift，开发者都会通过 iOS SDK 提供的框架和 API 来实现各种功能，例如访问设备硬件、处理网络请求、进行 UI 渲染等。这些 API 是通过 Objective-C 或 Swift 语言的语法来调用的。

2. 与 Unity 的交互方案

在 Unity 项目中，如果你需要调用 iOS 特定的功能（例如崩溃上报、推送通知等），你通常会通过 原生插件 的方式，将 Objective-C 或 Swift 编写的代码集成到 Unity 中。两者之间的互相调用流程如下：

• Unity 调用 Objective-C/Swift 方法：
  • 通过 Unity 提供的 UnitySendMessage 函数，Unity 可以向 Objective-C/Swift 代码发送消息，从而调用对应的 iOS 原生功能。例如，在 Unity 中调用一个原生支付功能，或者监听崩溃日志等。
  • 通过 P/Invoke 或 Unity iOS Plugin 接口，Unity 可以直接与 Objective-C/Swift 代码进行交互。
• Objective-C/Swift 调用 Unity：
  • 反过来，Objective-C/Swift 代码也可以调用 Unity 的方法。例如，原生的推送通知到来时，可以通过 Objective-C/Swift 的代码通知 Unity 层，执行相应的游戏内操作。
  • 在 Xcode 中，Unity 会生成一个包装器代码，允许 Objective-C/Swift 代码调用 Unity 的 API，执行例如加载场景、播放动画等操作。

3. 使用桥接（Bridging）技术

• 桥接文件（Bridging Header）：如果你在项目中同时使用 Swift 和 Objective-C，必须创建一个桥接文件（<ProjectName>-Bridging-Header.h），这个文件允许你在 Swift 中直接引用 Objective-C 代码。例如：

// Bridging Header 中引用 Objective-C 类 
#import "MyObjectiveCClass.h"

• Objective-C 与 Swift 互操作：
  • Swift 代码可以通过 @objc 修饰符暴露给 Objective-C 使用，反之，Objective-C 代码可以通过桥接文件暴露给 Swift 使用。
  • 在 Objective-C 中，通过 #import 来引入 Swift 代码对应的头文件。

iOS平台库类型

静态库（Static Library）

• 文件扩展名： .a
• 特点： 在编译时被直接链接到可执行文件中，应用程序运行时不需要依赖外部的库文件。

构建方法:

• 创建静态库项目： 在 Xcode 中，选择 "Cocoa Touch Static Library" 模板创建项目。
• 编写代码： 添加需要封装的代码和头文件。
• 编译： 选择目标设备（模拟器或真机），编译生成对应架构的静态库。
• 合并架构： 使用 lipo 工具将不同架构的静态库合并为一个通用的静态库。

动态库（Dynamic Library）

• 文件扩展名： .dylib
• 特点： 在应用程序运行时动态加载，多个应用可以共享同一个动态库。然而，出于安全和稳定性的考虑，iOS 对第三方动态库的使用有严格限制。

构建方法:

• 创建动态库项目： 在 Xcode 中，选择 "Cocoa Touch Framework" 模板创建项目。
• 配置项目： 在项目的 "Build Settings" 中，将 "Mach-O Type" 设置为 "Dynamic Library"。
• 编写代码： 添加需要封装的代码、头文件和资源文件。
• 编译： 选择目标设备，编译生成对应架构的动态库。
• 合并架构： 同样使用 lipo 工具将不同架构的动态库合并。

框架（Framework）

• 文件扩展名： .framework
• 特点： Framework 是一种特殊的目录结构，包含了动态或静态库、头文件、资源文件（如图片、xib 文件等）以及相关的元数据。它提供了一种组织和分发代码的方式，便于模块化和代码重用。

构建方法:

• 创建框架项目： 在 Xcode 中，选择 "Cocoa Touch Framework" 模板创建项目。
• 编写代码： 添加需要封装的代码、头文件和资源文件。
• 配置项目： 根据需要设置 "Mach-O Type" 为 "Static Library" 或 "Dynamic Library"。
• 编译： 选择目标设备，编译生成对应架构的框架。
• 合并架构： 使用 lipo 工具将不同架构的框架合并为一个通用的框架。

Objective-C与C++互相调用

在 iOS 开发中，Objective-C 和 C++ 可以通过 Objective-C++ 进行互相调用。Objective-C++ 是一种将 Objective-C 和 C++ 语法融合的语言，允许在同一源文件中同时使用这两种语言的特性。

1. 文件扩展名： 将需要混合使用 Objective-C 和 C++ 代码的源文件扩展名命名为 .mm，表示该文件将作为 Objective-C++ 文件进行编译。
2. 代码混合： 在 .mm 文件中，可以直接使用 C++ 类和对象，以及调用 C++ 函数。同时，也可以在 C++ 代码中创建和使用 Objective-C 对象。

CppClass.hpp（C++ 头文件）

#ifndef CPPCLASS_HPP
#define CPPCLASS_HPP

#include <iostream>

class CppClass {
public:
    void cppMethod() {
        std::cout << "C++ Method Called" << std::endl;
    }
};

#endif // CPPCLASS_HPP

ObjCClass.h（Objective-C 头文件）

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface ObjCClass : NSObject

- (void)objcMethod;

@end

ObjCClass.m（Objective-C 实现文件）

#import "ObjCClass.h"

@implementation ObjCClass

- (void)objcMethod {
    NSLog(@"Objective-C Method Called");
}

@end

Main.mm（Objective-C++ 文件）

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "ObjCClass.h"
#import "CppClass.hpp"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // 创建并使用 Objective-C 对象
        ObjCClass *objcObject = [[ObjCClass alloc] init];
        [objcObject objcMethod];

        // 创建并使用 C++ 对象
        CppClass cppObject;
        cppObject.cppMethod();
    }
    return 0;
}

Unity客户端iOS平台技术框架

iOS 应用的入口是 Objective-C/Swift 层的 UIApplication 类。Objective-C/Swift 层负责初始化并管理应用的生命周期。初始化完成后，Objective-C/Swift 层调用 Unity 引擎的 Native 层，之后由 Native 层调用 Mono 虚拟机执行 C# 代码。整个流程是从操作系统到 Objective-C/Swift 层，再到 Unity 引擎的 Native 层，最终到 Mono 虚拟机。

执行流程

入口和控制流程

1. 操作系统启动应用：
   • iOS 系统启动应用时，首先执行 Objective-C/Swift 层的入口 (UIApplication 类)。
2. Objective-C/Swift 层初始化：
   • UIApplicationDelegate 的 application:didFinishLaunchingWithOptions: 方法被调用，初始化应用。
3. 调用 Native 层：
   • Objective-C/Swift 层通过 UnityAppController 调用 Unity 引擎的 Native 层，初始化引擎并启动主循环。
4. Mono 虚拟机初始化：
   • Unity 引擎的 Native 层初始化 Mono 虚拟机，加载并执行 C# 代码。
5. 主循环更新：
   • Native 层定期调用 Mono 虚拟机执行每一帧的更新 (Update)。

堆栈层级和调用顺序

1. 操作系统 -> Objective-C/Swift 层
2. Objective-C/Swift 层 -> Unity 引擎 Native 层
3. Unity 引擎 Native 层 -> Mono 虚拟机
4. Mono 虚拟机 -> 用户的 C# 代码

堆栈调用顺序：

OS -> Objective-C/Swift -> Unity Native -> Mono VM -> C# 用户代码

Unity iOS开发流程

Unity项目 导出为 iOS 工程文件 Xcode 工程，设置开发者证书、App ID、Provisioning Profile 等 构建应用并归档，生成可上传至 App Store 的 .ipa 文件 通过 Xcode 或 App Store Connect 上传你的应用到 App Store。

Unity 调用iOS native插件

在需要集成 iOS 原生功能（如崩溃监听、推送通知、支付等）时，必须使用 Objective-C 或 Swift 来进行开发; Unity 的插件系统允许你将 iOS原生代码嵌入到 Unity 项目中.

方案: 使用静态库（.a 文件）并通过 DllImport 调用

编写 Objective-C 代码并导出 C 接口：在 Xcode 中创建一个新的 Objective-C 类，实现所需的功能。为了使这些功能能够被 C# 调用，需要使用 extern "C" 来定义 C 风格的接口。例如：

// MyPlugin.m
#import <Foundation/Foundation.h>

// 导出 C 接口
extern "C" {
    void MyPluginFunction(const char* message) {
        NSString *nsMessage = [NSString stringWithUTF8String:message];
        NSLog(@"Message from Unity: %@", nsMessage);
        // 在此处实现其他功能
    }
}

• 编译为静态库：将上述代码编译为静态库（.a 文件）。在 Xcode 中，创建一个新的静态库项目，添加您的代码，然后构建以生成 .a 文件。
• 将静态库和头文件添加到 Unity 项目：将生成的 .a 文件和相应的头文件（.h）添加到 Unity 项目的 Assets/Plugins/iOS 目录中。
• 在 C# 中声明并调用原生函数：在 Unity 的 C# 脚本中，使用 DllImport 属性声明外部函数，然后调用它们。例如：

using System.Runtime.InteropServices;
using UnityEngine;

public class MyPluginWrapper : MonoBehaviour
{
    #if UNITY_IOS
    [DllImport("__Internal")]
    private static extern void MyPluginFunction(string message);
    #endif

    public void CallMyPluginFunction(string message)
    {
        #if UNITY_IOS
        MyPluginFunction(message);
        #endif
    }
}

请注意，"__Internal" 是一个特殊的标识符，用于表示调用的是应用程序内部的函数。

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