[精通Objective-C]类，接口，协议与扩展

参考书籍：《精通Objective-C》【美】 Keith Lee

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类

创建一个类名为Atom，继承于NSObject的类。Atom类由两个文件组成，Atom.h和Atom.m，分别为类的接口和实现。

类的接口

Atom类的接口是在头文件Atom.h中设置的，用于声明类的属性和方法。

#import <Foundation/Foundation.h>

//Atom类的父类为NSObject（大多数Foundation框架类体系中的基类），类的属性和方法都声明在@interface和@end之间。
@interface Atom : NSObject 

//声明4个类的只读属性，关于属性会在后面详细介绍
@property(readonly) NSUInteger protons;
@property(readonly) NSUInteger neutrons;
@property(readonly) NSUInteger electrons;
@property(readonly) NSString *chemicalElement;

//声明1个类的方法，在Atom.h中具体实现
-(NSUInteger) massNumber;
@end

类的实现

实现Atom类的代码在Atom.m中，用于定义类的实例变量，属性和方法。

#import "Atom.h"

//在类接口中声明的所有方法都必须在类的实现文件中定义
@implementation Atom

//自定义初始化功能需要重写父类NSObject中的init方法
-(id) init{
    if ((self = [super init])) {
        //初始化chemicalElement属性支持的实例变量
        _chemicalElement = @"None";
    }
    return self;
}

//实现massNumber方法
-(NSUInteger) massNumber{
    return 0;
}

@end

完成类的实现后，就可以在其他类中使用它了。

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Atom.h"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Atom *atom = [[Atom alloc] init];
        //输出结果为None，即在init方法中chemicalElement的初始化值
        NSLog(@"Atom chemical element name: %@", atom.chemicalElement);
    }
    return 0;
}

实例变量

实例变量值为类声明的变量，它们在相应类实例（即对象）的声明周期中存在并拥有值。当对象被创建时，系统会为实例变量分配内存，当对象被创建时，系统会为实例变量分配内存，当对象被释放时系统也会释放变量占用的内存。实例变量拥有与对象对应的作用范围与命名空间。

实例变量可以类的接口或实现部分中声明，不过在类的接口中声明会违法OOP（面向对象程序设计）的封装原则，因此，最好在类的实现部分中声明实例变量。

@implementation MyClass
{
    //实例变量可以被任何代码访问
    @public
     char myChar;
    //实例变量只能在声明它的类及其子类的实例方法中被访问
    @protected
     int myInt;
    //实例变量只能在声明它的类以及与该类类型相同的其他实例中访问
    @private
     float myFloat;
    //实例变量可以被其他类实例和函数访问，但是在其所属程序包外部会被视为私有变量
    @package
     double myDouble;
}

//对象的实例方法可以直接访问实例变量
-(void)myTest{
    myInt = 1;
}

@end

属性

尽管实例变量可以方便、直接地访问对象的状态，但是会暴露类的内部，违反OPP的封装原则，因此只应在必要时声明实例变量，更好的方式是使用属性。属性与实例变量的区别是，属性无法直接访问对象的内部状态，但提供了访问这类数据的方便机制（getter/setter方法）。

属性的常用特性：

属性定义有多种方法：显式定义，通过关键字补全和自动补全。

显式定义：

//以之前的init方法为例
-(id) init{
    if ((self = [super init])) {
        //变量名称就是对应属性名称前加上一条下划线
        _chemicalElement = @"None";
    }
    return self;
}

通过关键字补全：

//通过@synthesize关键字自动生成属性定义，并创建对应的getter和setter方法
@synthesize chemicalElement;
-(id) init{
    if ((self = [super init])) {
        //编译器已根据属性名自动生成实例变量名称，不用再加上下划线
        chemicalElement = @"None";
    }
    return self;
}

//也可以自定义属性对应的实例变量名称
@synthesize chemicalElement  = element;
-(id) init{
    if ((self = [super init])) {
        element = @"None";
    }
    return self;
}

自动补全：

编译器会对没有使用关键字（如@synthesize）、不是动态生成的或没有用户编写getter和setter方法的属性补全已声明的属性和相应的实例变量。

访问属性可以用访问器方法和点语法，编译器会根据标准命名习惯自动补全访问器方法，getter方法拥有与属性相同的名称，setter方法其名称以set开头，后跟首字母大写的属性名。

//getter的访问器方法
[atom chemicalElement];
//getter的点语法
atom.chemicalElement;

//setter的访问器方法
[atom setChemicalElement:输入值];
//setter的点语法
atom.chemicalElement = 输入值;

方法

方法声明由方法类型，返回值类型和一个或多个方法代码段（包括名称，参数，参数类型）构成。

+(void) withProtons:(NSUInteger)protons neutrons:(NSUInteger)neutrons electrons:(NSUInteger)electrons;

方法的类型标识符表明了该方法是类方法还是实例方法。类方法由+（加号）表示，这表示该方法拥有类的作用范围，这意味着它使用类级的操作并且无法访问类的实例变量（除非这些变量被当做参数传给它）。实例方法由-（减号）表示，这表明该方法拥有对象的作用范围，这意味着它使用实例级的操作，并且可以直接访问对象及其父对象的实例变量（根据实例变量上设定的访问控制）。
返回值类型表明了方法返回变量的类型。返回值的类型在方法类型后面的圆括号中设置。
方法代码段由名称，参数，参数类型组成，如withProtons:(NSUInteger)protons中withProtons是名称，NSUInteger是参数类型，protons是参数。

对象（发送器）通过发送消息与其他对象（接收器）进行交互，从而调用指定的方法。以下为调用方法的例子：

[Atom withProtons:6 neutrons:6 electrons:6];

协议

使用协议声明的方法和属性可以由任何类实现。协议使Objective-C支持多重继承的概念。下面创建一个名为Writer遵循NSObject协议的协议。

#import <Foundation/Foundation.h>

@protocol Writer <NSObject>

//声明一个方法，接受这个协议的类需要实现该方法
-(void) write :(NSFileHandle *) file;

@end

在Atom.h中接收协议

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Writer.h"

//在Atom接口中接受Writer协议
@interface Atom : NSObject <Writer>

@property(readonly) NSUInteger protons;
@property(readonly) NSUInteger neutrons;
@property(readonly) NSUInteger electrons;
@property(readonly) NSString *chemicalElement;

-(NSUInteger) massNumber;
@end

在Atom.m中实现协议

@implementation Atom

...

-(void)write:(NSFileHandle *)file{
    NSData *data = [self.chemicalElement dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    [file writeData:data];
    [file closeFile];
}

@end

分类

使用分类可以在不进行子类化的情况下，为已经存在的类增加功能。分类通常用于：1.拓展其他人定义的类（即使无法访问源码）；2.代替子类；3.将新类的实现代码分发给多个源文件。

创建一个拓展Atom的分类Nuclear，并声明定义一个方法。

Nuclear接口代码：

#import "Atom.h"

@interface Atom (Nuclear)

-(NSUInteger) atomicNumber;

@end

Nuclear实现代码：

#import "Atom+Nuclear.h"

@implementation Atom (Nuclear)

-(NSUInteger)atomicNumber{
    return self.protons;
}

@end

然后Atom类型对象就可以直接调用该方法。

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Atom.h"
#import "Atom+Nuclear.h"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Atom *atom = [[Atom alloc] init];
        //调用分类中方法
        NSLog(@"Atom number: %lu", atom.atomicNumber);
    }
    return 0;
}

扩展

可以将扩展视为一种匿名（即未命名的）分类。在扩展中声明的方法必须在相应类的主@implementation块中实现，无法在分类中实现。拓展与分类的区别是它能够声明实例变量和属性。以下是在Atom.m中实现扩展。

#import "Atom.h"

//声明包含一个实例变量和一个方法的扩展
@interface Atom(){
    NSUInteger sum;
}
-(NSUInteger) countSum;
@end

@implementation Atom

//可以用self调用扩展中方法
-(NSUInteger) massNumber{
    return self.countSum;
}

//实现扩展中声明的方法
-(NSUInteger)countSum{
    sum = _protons + _neutrons + _electrons;
    return sum;
}

@end