Cocoa

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Cocoa
開發者 苹果公司
编程语言 Objective-C
操作系统 Mac OS X
类型 部件工具箱
许可协议 专有
網站 developer.apple.com

Cocoa苹果公司Mac OS X所创建的原生面向对象的编程环境,是Mac OS X上五大API之一(其它四个是CarbonPOSIXX11Java)。

Cocoa应用程序一般在苹果公司的开发工具Xcode(前身为Project Builder)和Interface Builder上用Objective-C写成。不过,通过Java bridge、PasCocoaPyObjCCamelBones以及RubyCocoa等桥接技术,JavaClozure CLLispWorksObject PascalPythonPerlRuby等其它工具或者语言也可以用来开发Cocoa应用。也有一些其它语言的Cocoa实现无须桥接,比如苹果公司开发的MacRuby和类似LispNu语言。不使用Xcode和Interface Builder,仅仅通过文本编辑器、GCCGNU make工具也可以用Objective-C语言开发Cocoa应用。

对最终用户来说,使用Cocoa编程环境开发的应用程序即为Cocoa應用程式。这类应用有独特的外观,因为Cocoa编程环境让程序在多方面自动遵循苹果公司的人机界面守则

Cocoa历史[编辑]

Cocoa是从1980年代由NeXT开发的编程环境NeXTSTEP和OPENSTEP演变而来,這點可由其類別之名皆以NS前綴(代表NeXTSTEP)看出端倪。苹果电脑公司在1996年12月收购了NeXT。开发NeXTSTEP和OPENSTEP的大量工作都转化到了Mac OS X中,最显而易见的部分当属Cocoa。但差异也存在。例如,NeXTSTEP和OPENSTEP使用Display Postscript实现文字和图形的屏幕显示,而Cocoa依赖苹果的Quartz(基于PDF的绘图模型)。

Cocoa这个名词曾经被用来称呼一款帮助儿童创建多媒体工程的应用程序。随后该应用停产。该名称被用作现在的用途。

内存管理[编辑]

Cocoa环境的一个特点是它可以管理动态分配的内存。Cocoa中绝大部分类的基类都是NSObject,它实现了引用计数的内存管理模型。从NSObject继承的类可以响应retainrelease消息,以增减其引用计数;也可以通过发送retainCount消息来获取其引用计数。一个以alloccopyObjective-C 2.0中增加的new所创建的对象的引用计数为1;向对象发送retain消息会将计数加1,而发送release消息则会将计数减1。若对象的引用计数减少到了0,则它会被销毁。dealloc消息类似于C++中的析构函数,在对象被销毁之前可能会被调用,但系统不保证会发送该消息。这种引用计数的模型与微软COM中的IUnknown接口特性十分相似,它提供了AddRefRelease接口,与retainrelease对应。

Objective-C 2.0开始,Objective-C运行时实现了可选的垃圾收集器。若垃圾收集的特性被激活,则运行时会将引用计数相关的操作,例如“retain”和“release”,变为无操作iOS上的Objective-C 2.0实现中不包含垃圾收集器。垃圾收集器运行在一个低优先级的后台线程中,并可以在用户动作时暂停,从而保持良好的用户体验。[1]

主要框架[编辑]

Cocoa包含两个主要的Objective-C对象库,称为“框架”。框架的功能类似于动态库,即可以在运行时动态的载入应用程序的地址空间,但框架作为一个捆绑 (计算机)而非独立文件,其中除了可执行代码外,也包含了资源,头文件和文档。

  • 用户界面工具包”,或称UIKitUser Interface Kit),是用于iOS的图形用户界面工具包。与AppKit不同,它使用“UI”的前缀。

Cocoa构架的一个关键部分是其多样的视图模型。总体而言,它是基于由Quartz提供的PDF绘制模型的,该特性允许使用PostScript绘制自定义图形内容,同时也自动的支持了打印机以及类似设备。由于Cocoa框架管理了全部的绘图操作,例如裁剪,滚动,缩放等,程序员可以不再重复实现基础的功能,而可以集中于提供程序的关键功能上。

模型-视图-控制器[编辑]

施乐帕罗奥多研究中心Smalltalk开发小组最终发明了一种可以简化开发过程,提高代码重用率的设计哲学,即“模型-视图-控制器”模式(MVC)。这种模式将应用程序分为三个可以交互的对象集,即模型,视图和控制器。其中,模型类代表原始数据,例如文档、设置、文件、内存中的对象等,视图是模型中数据的可视化表现,而控制器类则包含了将模型和其对应视图连接起来的逻辑,并保持前二者的状态同步。

Cocoa的设计遵循了严格的MVC原则。在OpenStep下,绝大多数的类要么是高层的视图类(AppKit),或者是相对底层的模型类(Foundation)。与类似的MVC系统相比,OpenStep没有强的模型层,例如它不包含表示“文档”的存储类。在向Cocoa迁移的过程中,模型层被大大扩展了,引入了一系列的类,它们提供了一些桌面程序所需的常用功能。

Mac OS X 10.3中,苹果引入了NSController系列类以提供预定义的控制器层。这些类是Cocoa绑定系统的一部分,该系统也允许使用类似键-值-观测器键-值-绑定协议来对其进行扩展。其中,“绑定”的概念表明两个对象(通常是视图和控制器)之间的关系。绑定使得开发者可以集中于定义这种关系,而不是编写大量的“胶水代码”来实现这些关系。

Mac OS X 10.4中,苹果引入了Core Data框架,进一步扩展了这种概念。Core Data标准化了对更改的追踪和模型层的保存行为。因此,该框架大大简化了改变应用程序数据,撤销更改,在磁盘中保存和读取数据的过程。

通过提供对MVC模型中全部3层的框架支持,苹果的目的在于减少程序员所需编写的“胶水代码”量,以解放这些资源而用于程序的真正特性。

动态绑定[编辑]

在多数面向对象编程语言中,调用方法是由直接调用内存中一段固定的代码实现的。由于这种方法需要预定义的处理命令的类,因而限制了程序的设计,通常采用责任链模式作为其设计模式。虽然Cocoa在多数地方仍然采用这种方式,但通过Objective-C的动态绑定特性增加了更多设计的自由性。

在Objective-C中,消息由selector所代表,其为描述需要调用的方法的一个字符串。在发送消息时,该selector被送入Objective-C运行时中,在可用方法列表中寻找对应的方法,然后调用该方法的实际实现。由于selector只是文本数据,因此它可以保存在文件中,通过网络或在进程间传输,或以其它方式进行操作。方法的实现是在运行时查找的,而非编译时。这样的做法会造成一些性能损失[2],但动态绑定允许相同的selector代表不同的实现。

利用这些特性,Cocoa提供了一种通用的数据管理技术,称为键-值编码(KVC)[3]。这种技术允许对象的数据或属性可以在运行时通过其键名进行查找,其中,属性的名称即为其值的键名。在静态语言中,这样的做法是不可能的。KVC大大的增加了设计的自由度:通过KVC,无需知道对象的类型即可访问其属性或数据。另外,利用键-值-观测器(KVO)技术和NSUndoManager类,可以提供自动的撤销/重做支持[4]

Rich objects[编辑]

Cocoa中最有用的特性是系统提供的强大的“基础对象”,例如Foundation中的NSStringNSAttributedString类,提供了Unicode字符串的支持;而AppKit中的NSText系统则允许程序员在GUI中放置字符串对象。

NSText及其相关类是用于显示和编辑字符串的。这些对象允许程序实现简单的单行文本框,也可以实现完整的多页,多栏文本显示方案 ,方案同时可以提供支持完整的专业排版特性,例如压缩字符合字,环绕形状的文字,旋转,完整的Unicode支持和反锯齿字形渲染。段落格式可以自动控制或由用户自定义;可以使用内建的“ruler”对象附加到任何文本视图上。这些类也有自动拼写检查特性,该特性使用一个由所有程序共享的字典。另外,也允许无限制数量的撤销/重做操作。只使用内建的特性,任何人都可以只用不到10行代码写出一个具备上述特性的文本编辑器,而若使用Cocoa绑定,甚至可以不用写一行代码。

若需要对已有特性进行扩展,Objective-C中的类别特性使得这项操作变得相当容易[5]。通过类别可以直接对已有类进行功能添加,而无需对其进行更改或获得其源代码。一般而言,这样的目的需要通过继承原有的类并修改原有的代码,将原有的类以新的子类代替来完成。

实现[编辑]

Cocoa本身由Objective-C语言写成,因此Objective-C是开发Cocoa应用的首选语言。虽然也提供Java到Cocoa的绑定,但是在开发者中并未得到广泛采用。而且,由于使用桥接机制,Java的绑定并不能全面利用Cocoa的所有功能。2005年,苹果公司宣布Java的Cocoa绑定在Mac OS X 10.4和之后版本中属被废弃的技术。換句話說,Cocoa API中可能會逐漸出現不支援Java的功能。

作为Xcode一部分的AppleScript Studio工具允许用户和开发者用AppleScript编写一些简单的Cocoa应用。第三方实现的绑定有Clozure CL、LispWorks、PyObjC(Python)、RubyCocoa(Ruby)、CamelBones(Perl)、Cocoa#、Monobjc(C#)和NObjective(C#)。Nu语言直接使用Objective-C的对象模型,所以无须绑定就可以调用Cocoa API。

也有开源项目把Cocoa的大部分在其它操作系统上实现(包括Windows),从而使开发跨平台的Cocoa应用成为可能。比如GNUstepCocotron

参考文献[编辑]

外部链接[编辑]