iOS學習——iOS 整體框架及類繼承框架圖

　　整理自：IOS 整體框架類圖值得收藏

 一 整體框架

　　在iOS開發過程中，對iOS整體框架的了解和學習是必不可少的一個環節，今天我們就好好來了解一下iOS的整體框架。首先貼一個關於iOS的框架介紹：iOS系統框架概述。我們通常稱呼iOS的框架為Cocoa Touch框架，Cocoa Touch是一個框架的集合，里面包含了眾多的子框架。每一個子框架都是一個目錄，包含了共享資源庫，用於訪問該資源庫中儲存的代碼的頭文件，以及圖像、聲音文件等其他資源，共享資源庫定義應用程序可以調用的函數和方法。框架中的類相互依賴構成一個整體，提供完善的某一方面的服務或解決方案，多個框架一起實現整個應用程序的結構。由於應用程序的結構是通用的，開發者通過框架提供的函數和方法，做細致個性化的處理，從而滿足不同應用的不同需求。開發一個應用程序就是將需求細致化的代碼插入到框架提供的設計中來組合成一個整體完成最終的應用設計。

1.1 iOS系統架構

　　iOS的整體系統框架圖如下圖所示，iOS的系統架構主要由Application Layer（應用層）、Cocoa Touch Layer（觸摸層）、Media Layer （媒體層）、Core Services Layer（核心服務層）、Core OS Layer （核心系統操作層）和The Kernel and Device Drivers layer（內核和驅動層）。

　　了解了系統架構，那么每一層的主要功能是什么呢？下圖就是iOS8.3系統的框架架構圖，最新的圖沒有找到，現在iOS11中新增了一些功能模塊，但是整體的框架大同小異。

• Cocoa Touch Layer：觸摸層提供應用基礎的關鍵技術支持和應用的外觀。如NotificationCenter的本地通知和遠程推送服務，iAd廣告框架，GameKit游戲工具框架，消息UI框架，圖片UI框架，地圖框架，連接手表框架，UIKit框架、自動適配等等
• Media Layer：媒體層提供應用中視聽方面的技術，如圖形圖像相關的CoreGraphics,CoreImage,GLKit,OpenGL ES,CoreText,ImageIO等等。聲音技術相關的CoreAudio,OpenAL,AVFoundation,視頻相關的CoreMedia,Media Player框架，音視頻傳輸的AirPlay框架等等
• Core Services Layer：系統服務層提供給應用所需要的基礎的系統服務。如Accounts賬戶框架，廣告框架，數據存儲框架，網絡連接框架，地理位置框架，運動框架等等。這些服務中的最核心的是CoreFoundation和Foundation框架，定義了所有應用使用的數據類型。CoreFoundation是基於C的一組接口，Foundation是對CoreFoundation的OC封裝
• Core OS Layer：系統核心層包含大多數低級別接近硬件的功能，它所包含的框架常常被其它框架所使用。Accelerate框架包含數字信號，線性代數，圖像處理的接口。針對所有的iOS設備硬件之間的差異做優化，保證寫一次代碼在所有iOS設備上高效運行。CoreBluetooth框架利用藍牙和外設交互，包括掃描連接藍牙設備，保存連接狀態，斷開連接，獲取外設的數據或者給外設傳輸數據等等。Security框架提供管理證書，公鑰和私鑰信任策略，keychain,hash認證數字簽名等等與安全相關的解決方案。

　　上面的每一模塊只是簡單滴介紹了大致功能，更多詳細信息大家可以 戳這里看大神的博客了解更多：iOS總體框架介紹和詳盡說明。顯然，在上面所有的框架中，最重要也最經常使用的就是UIKit和Foundation框架，在本文的第二部分我們將詳細介紹這兩部分中的類繼承體系。

 

1.2 官方文檔

　　官方文檔戳這里！！，解釋一下，官方文檔中將OS體系分為四層，如下圖所示，沒有Cocoa Touch Layer和Application Layer，取而代之的是Cocoa (Application) Layer。我們再細看官網的對Cocoa (Application) Layer的官方解釋如下，說的是該層是為創建App提供了用戶界面基礎，響應用戶事件，並且可以管理App的行為。這其實就是Cocoa Touch Layer（觸摸層，UIKit）的作用，只是官網省略了Application Layer（應用層），因為這一層主要就是app了，主要由開發人員完成。其他的資料大家自行根據官方文檔查看，在這里就不過多進行解讀和分析了。

• The Cocoa (Application) layer includes technologies for building an app’s user interface, for responding to user events, and for managing app behavior.

 二 Cocoa框架的類繼承體系

　　Cocoa框架是iOS應用程序的基礎，是OS X和 iOS操作系統的程序的運行環境，了解Cocoa框架，對開發iOS應用有很大的幫助。iOS中，Cocoa眾多框架中最重要最基本的兩個框架是：Foundation 和 UIKit。這兩個框架基本包含了iOS、OS X開發過程中要用到的絕大多數OC類，因此這兩個框架是Cocoa框架其中Foundation 和界面無關，也可以說和界面無關的類基本是Foundation框架的，和界面相關的是UIKit框架。這兩個框架在系統中處於的位置如圖：

　　之前在學習Java和Android時，Java和Android提供了非常詳盡的系統框架，並在API的索引中中對Java和Android的類繼承體系和分類都非常明晰，而在iOS開發過程中，API中類的聚合是按照功能和作用划分模塊，對iOS中的類繼承體系沒有一個明確的介紹。而類繼承體系的了解有助於我們對iOS系統的整個模塊的體系框架有一個更為清晰的了解和認識，對對應類繼承體系中的類的特性和常規用法都有一個大致的認識和了解。因此，這兩天得閑就對這一塊進行整理和學習，對Cocoa框架中的最重要的Foundation 和 UIKit框架中的類繼承體系進行了梳理。

2.1 Foundation框架類繼承體系

　　Foundation框架為所有應用程序提供基本的系統服務。應用程序以及 UIKit和其他框架，都是建立在 Foundation 框架的基礎結構之上。 Foundation框架提供許多基本的對象類和數據類型，使其成為應用程序開發的基礎。它還制定了一些約定（如用於取消分配等任務），使代碼更加一致，可復用性更好。　　

　　話不多說，我們先來看看Foundation框架，三個圖，包括了Foundation所以的類，圖中灰色的是iOS不支持的，灰色部分是OS X系統的。 

將上圖Foundation框架中的類進行邏輯分類如下：

1. 值對象
2. 集合 
3. 操作系統服務 包括下面三個
   • 文件系統和URL   
   • 進程間通訊。 這個范疇中的大部分類代表不同的系統端口、套接字、和名字服務器，對實現底層的IPC很有用。NSPipe代表一個BSD管道，即一種進程間的單向通訊通道。  
   • 線程和子任務。 NSThread類使您可以創建多線程的程序，而各種鎖（lock）類則為彼此競爭的線程在訪問進程資源時提供各種控制機制。通過NSTask，您的程序可以分出一個子進程來執行其它工作或進行進度監控。
4. 通知
5. 歸檔和序列化
6. 表達式和條件判斷
7. Objective-C語言服務

 　　對於Foundation框架中的一些基本類的使用方法詳情參見：iOS開發系列—Objective-C之Foundation框架

 2.2 UIKit框架類繼承體系

　　UIKitk框架提供一系列的Class(類)來建立和管理iOS應用程序的用戶界面( UI )接口、應用程序對象、事件控制、繪圖模型、窗口、視圖和用於控制觸摸屏等的接口。 框架的入口： ＃import <UIKit/UIKit.h>   ，當引入此頭文件后，便可以在程序里使用任何在UIKit里聲明的類。(PS: 當然還要把這個框架鏈接到你的應用程序中)。

• (PS1: 可以認為是操縱界面的一個API庫)
• (PS2: UIKit框架是用在iOS平台上與之對應的是MAC OS X上的Application Kit，二者是姐妹框架，作用和目的沒啥太大區別(我沒有說實現目的的過程也一樣)，表混淆了)　　

　　應用程序可以通過三種方式使用UIKit創建界面：

1.   在用戶界面工具（interface Buidler）從對象庫里 拖拽窗口，視圖或者其他的對象使用。
2.   用代碼創建
3.   通過繼承UIView類或間接繼承UIView類實現自定義用戶界面

　　同樣的， UIKitk框架的類繼承體系圖如下圖所示：

　　在圖中可以看出，responder 類是圖中最大分支的根類，UIResponder為處理響應事件和響應鏈 定義了界面和默認行為。當用戶用手指滾動列表或者在虛擬鍵盤上輸入時，UIKit就生成時間傳送給UIResponder響應鏈，直到鏈中有對象處理這個 事件。相應的核心對象，比如：UIApplication  ，UIWindow，UIView都直接或間接的從UIResponder繼承 。UIKit框架的各個類的簡單介紹戳后面的鏈接：UIKit框架各個類的簡要說明 

 三 Cocoa對象　　

　　此處內容全部來源於： IOS 整體框架類圖值得收藏

3.1 Objective-C是面向對象的語言 

　　Objective-C和Java C++一樣，有封裝，繼承，多態，重用。但是它不像C++那樣有重載操作法、模版和多繼承，也沒有Java的垃圾回收機制。

3.2 Objective-C的優點

　　Objective-C語言有C++ Java等面向對象的特點，那是遠遠不能體現它的優點的。Objective-C的優點是它是動態的。動態能力有三種：

• 動態類——運行時確定類的對象
• 動態綁定——運行時確定要調用的方法
• 動態加載——運行時為程序加載新的模塊

3.3 動態能力相關的isa指針

　　每個Objective-C對象都有一個隱藏的數據結構，這個數據結構是Objective-C對象的第一個成員變量，它就是isa指針。這個指針指向哪 呢？它指向一個類對象(class object  記住它是個對象，是占用內存空間的一個變量，這個對象在編譯的時候編譯器就生成了，專門來描述某個類的定義)，這個類對象包含了Objective-C 對象的一些信息（為了區分兩個對象，我把前面提到的對象叫Objective-C對象），包括Objective-C對象的方法調度表，實現了什么協議等 等。這個包含信息就是Objective-C動態能力的根源了。那我們看看isa指針類型的數據結構是什么樣的？

如果拋開NSObject對象的其他的成員數據和變量，NSObject可以看成這樣： 

@interface NSObject <NSObject> {  
     Class    isa;  
}

不考慮@interface關鍵字在編譯時的作用，可以把NSObject更接近C語言結構表示為：

struct NSObject{  
 　　Class isa;  
 }  

Class是用typedef 定義的: typedef struct objc_class *Class;  ,那NSObject可以這么寫了

struct NSObject{  
　　objc_class *isa  
} 

那objc_class的結構是什么樣的呢？大概是這樣的：

struct objc_class {  
     Class isa;  
    
     Class super_class;  
       
     const char *name;  
       
     long version;  
     long info;  
       
     long instance_size;  
     struct objc_ivar_list *ivars;  
     struct objc_method_list **methodLists;   
       
     struct objc_cache *cache;  
     struct objc_protocol_list *protocols;     
 }

 　　這里會看到， 在這個結構體里還有一個isa指針，又是一重指向，是不是有種到了盜夢空間的感覺。不用緊張，take easy，不會有那么多層次的，這里的isa指針指向的是元類對象(metaclass object)，帶有元字，證明快到頭了。那元對象有啥用呢？它用來存儲的關於類的版本，名字，類方法等信息。所有的元類對象(metaclass object)都指向 NSObject的元類對象，到頭還是NSObject。一共三次：類對象->元類對象->NSObject元類對象。

 　　為了得到整個類組織架構的信息，objc_class結構里定義了第二個成員變量Class super_class，它指向父類的類對象。說了這么多，可能關系縷不清楚，有道是一張圖勝過千言萬語

 　　從上圖中可以看出，D3繼承D2，D2繼承D1，D1最終繼承NSObject。那么下圖是從D3的一個對象開始，排列出D3 D2 D1 NSObject 類對象，元類對象等的關系，圖中的箭頭都是指針的指向。

3.4 根類 NSObject

　　NSObject是大部分Objective-C類的根類，它沒有父類。其它類繼承NSObject，訪問Objective-C運行時系統的基本接口，這樣其他類的實例可以獲得運行時的能力。

• 根類和根類協議：NSObject不但是個類名，NSObject也是個協議的名稱，參考NSObject協議 ， NSObject協議指定了根類必須實現的接口。
• 根類的主要方法：分配、初始化、復制
  • 分配：alloc和allocWithZone:方法用於從某內存區域中分配一個對象內存，並使對象指向其運行時的類定義。
  • 初始化：init方法是對象初始化。
  • new是一個將簡單的內存分配和初始化結合起來的方法。
  • 復制：copy和copyWithZone
• 對象的保持和清理：
  • retain方法增加對象的保持次數。
  • release方法減少對象的保持次數。
  • autorelease方法也是減少對象的保持次數，但是以推遲的方式。
  • retainCount方法返回對當前的保持次數。
  • dealloc方法由需要釋放對象的實例變量以及釋放動態分配的內存的類實現。
• NSObjec有很多方法可以查詢對象的運行時信息。這些內省方法有助於找出對象在類層次中的位置，確定對象是否實現特定的方法，以及測試對象是否遵循某種協議。下面是部分方法
  • superclass和class方法（實現為類和實例方法）分別以Class對象的形式返回接收者的父類和類。
  • isKindOfClass:和isMemberOfClass:方法來確定對象屬於哪個類。后者用於測試接收者是否為指定類的實例。isSubclassOfClass:類方法則用於測試類的繼承性。
  • respondsToSelector:方法用於測試接收者是否實現由選擇器參數標識的方法。instancesRespondToSelector:類方法則用於測試給定類的實例是否實現指定的方法。
  • conformsToProtocol:方法用於測試接收者（對象或類）是否遵循給定的協議。
  • isEqual:和hash方法用於對象的比較。
  • description方法允許對象返回一個內容描述字符串；這個方法的輸出經常用於調試（“print object”命令），以及在格式化字符串中和“%@”指示符一起表示對象。
• 對象的編碼和解碼，下面的方法和對象的編解碼（作為歸檔過程的一部分）有關：
  • encodeWithCoder:和initWithCoder:是NSCoding協議僅有的方法。前者使對象可以對其實例變量進行編碼，后者則使對象可以根據解碼過的實例變量對自身進行初始化。
  • NSObject類中聲明了一些於對象編碼有關的方法：classForCoder:、replacementObjectForCoder:、和awakeAfterUsingCoder:。
• 消息的轉發
  • forwardInvocation:允許一個對象將消息轉發給另一個對象。
• 消息的派發 
• 在performSelector開頭的一些方法允許你延遲后派發指定消息，而且可以將消息（同步或異步的消息）從輔助線程派發到主線程。