iOS - 再谈 OC 属性及属性关键字

本期 「 iOS 摸鱼周报 第十九期」 带来的面试解析是属性及属性关键字的几个知识点，于是笔者又对 OC 属性及属性关键字做了一次总结，大部分内容都摘自以往博客，加了一些新的理解和经验总结。

@property、@synthesize 和 @dynamic

@property

属性用于封装对象中数据，属性的本质是 ivar + setter + getter。

可以用 @property 语法来声明属性。@property 会帮我们自动生成属性的 setter 和 getter 方法的声明。

@synthesize

帮我们自动生成 setter 和 getter 方法的实现以及 _ivar。

你还可以通过 @synthesize 来指定实例变量名字，如果你不喜欢默认的以下划线开头来命名实例变量的话。但最好还是用默认的，否则影响可读性。

如果不想令编译器合成存取方法，则可以自己实现。如果你只实现了其中一个存取方法 setter or getter，那么另一个还是会由编译器来合成。但是需要注意的是，如果你实现了属性所需的全部方法（如果属性是 readwrite 则需实现 setter and getter，如果是 readonly 则只需实现 getter 方法），那么编译器就不会自动进行 @synthesize，这时候就不会生成该属性的实例变量，需要根据实际情况自己手动 @synthesize 一下。

@synthesize ivar = _ivar;
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@dynamic

告诉编译器不用自动进行 @synthesize，你会在运行时再提供这些方法的实现，无需产生警告，但是它不会影响 @property 生成的 setter 和 getter 方法的声明。@dynamic 是 OC 为动态运行时语言的体现。动态运行时语言与编译时语言的区别：动态运行时语言将函数决议推迟到运行时，编译时语言在编译器进行函数决议。

@dynamic ivar;
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以前我们需要手动对每个 @property 添加 @synthesize，而在 iOS 6 之后 LLVM 编译器引入了 property autosynthesis，即属性自动合成。换句话说，就是编译器会自动为每个 @property 添加 @synthesize。

那你可能就会问了，@synthesize 现在有什么用呢？

1. 如果我们同时重写了 setter 和 getter 方法，则编译器就不会自动为这个 @property 添加 @synthesize，这时候就不存在 _ivar，所以我们需要手动添加 @synthesize；
2. 如果该属性是 readonly，那么只要你重写了 getter 方法，property autosynthesis 就不会执行，同样的你需要手动添加 @synthesize 如果你需要的话，看你这个属性是要定义为存储属性还是计算属性吧；
3. 实现协议中要求的属性。

此外需要注意的是，分类当中添加的属性，也不会 property autosynthesis 哦。因为类的内存布局在编译的时候会确定，但是分类是在运行时才加载并将数据合并到宿主类中的，所以分类当中不能添加成员变量，只能通过关联对象间接实现分类有成员变量的效果。如果你给分类添加了一个属性，但没有手动给它实现 getter、setter（如果属性是 readonly 则不需要实现）的话，编译器就会给你警告啦 Property 'ivar' requires method 'ivar'、'setIvar:' to be defined - use @dynamic or provide a method implementation in this category，编译器已经告诉我们了有两种解决方式来消除警告：

1. 在这个分类当中提供该属性 getter、setter 方法的实现
2. 使用 @dynamic 告诉编译器 getter、setter 方法的实现在运行时自然会有，您就不用操心了。当然在这里 @dynamic 只是消除了警告而已，如果你没有在运行时动态添加方法实现的话，那么调用该属性的存取方法还是会 Crash。

属性修饰符分类

分类属性关键字原子性atomic、nonatomic读写权限readwrite、readonly方法名setter、getter内存管理assign、weak、unsafe_unretained、retain、strong、copy可空性(nullable、_Nullable 、__nullable)、
(nonnull、_Nonnull、__nonnull)、
(null_unspecified、_Null_unspecified 、__null_unspecified)、
null_resettable类属性class属性关键字用法atomic原子性（默认），编译器会自动生成互斥锁（以前是自旋锁，后面改为了互斥锁），对 setter 和 getter 方法进行加锁，可以保证属性的赋值和取值的原子性操作是线程安全的，但不包括操作和访问。
比如说 atomic 修饰的是一个数组的话，那么我们对数组进行赋值和取值是可以保证线程安全的。但是如果我们对数组进行操作，比如说给数组添加对象或者移除对象，是不在 atomic 的负责范围之内的，所以给被 atomic 修饰的数组添加对象或者移除对象是没办法保证线程安全的。nonatomic非原子性，一般属性都用 nonatomic 进行修饰，因为 atomic 耗时。属性关键字用法readwrite可读可写（默认），同时生成 setter 方法和 getter 方法的声明和实现。readonly只读，只生成 getter 方法的声明和实现。为了达到封装的目的，我们应该只在确有必要时才将属性对外暴露，并且尽量把对外暴露的属性设为 readonly。如果这时候想在对象内部通过 setter 修改属性，可以在类扩展中将属性重新声明为 readwrite；如果仅在对象内部通过 _ivar 修改，则不需要重新声明为 readwrite。属性关键字用法setter可以指定生成的 setter 方法名，如 setter = setName。这个关键字笔者在给分类添加属性的时候会用得比较多，为了避免分类方法“覆盖”同名的宿主类（或者其它分类）方法的问题，一般我们都会加前缀，比如 bb_ivar，但是这样生成的 setter 方法名就不美观了（为 setBb_ivar），于是就使用到了 setter 关键字 @property (nonatomic, strong, setter = bb_setIvar:) NSObject *bb_ivar;getter可以指定生成的 getter 方法名，如 getter = getName。使用示例：@property (nonatomic, assign, getter = isEnabled) BOOL enabled;属性关键字用法assign1. 既可以修饰基本数据类型，也可以修饰对象类型；
2. setter 方法的实现是直接赋值，一般用于基本数据类型 ；
3. 修饰基本数据类型，如 NSInteger、BOOL、int、float 等；
4. 修饰对象类型时，不增加其引用计数；
5. 会产生悬垂指针（悬垂指针：assign 修饰的对象在被释放之后，指针仍然指向原对象地址，该指针变为悬垂指针。这时候如果继续通过该指针访问原对象的话，就可能导致程序崩溃）。weak1. 只能修饰对象类型；
2. ARC 下才能使用；
3. 修饰弱引用，不增加对象引用计数，主要可以用于避免循环引用；
4. weak 修饰的对象在被释放之后，会自动将指针置为 nil，不会产生悬垂指针；
5. 对于视图，通常还是用在 xib 和 storyboard 上；代码中对于有必要进行 remove 的视图也可以使用 weak，这样 remove 之后会自动置为 nil。unsafe_unretained1. 既可以修饰基本数据类型，也可以修饰对象类型；
2. MRC 下经常使用，ARC 下基本不用；
3. 同 weak，区别就在于 unsafe_unretained 会产生悬垂指针；
4. weak 对性能会有一定的消耗，当一个对象 dealloc 时，需要遍历对象的 weak 表，把表里的所有 weak 指针变量值置为 nil，指向对象的 weak 指针越多，性能消耗就越多。所以 unsafe_unretained 比 weak 快。当明确知道对象的生命周期时，选择 unsafe_unretained 会有一些性能提升。比如 A 持有 B 对象，当 A 销毁时 B 也销毁。这样当 B 存在，A 就一定会存在。而 B 又要调用 A 的接口时，B 就可以存储 A 的 unsafe_unretained 指针。虽然这种性能上的提升是很微小的。但当你很清楚这种情况下，unsafe_unretained 也是安全的，自然可以快一点就是一点。而当情况不确定的时候，应该优先选用 weak。「比如笔者封装了一个 DisplayLink 类，在内部使用 NSProxy 中间变量来更好地避免循环引用，将 displayLink 的 target 设置为 proxy，而 proxy 当中需要调用 displayLink 的 API，为避免循环引用 proxy 就需要弱引用 displayLink。因为这里当 displayLink 存在 proxy 就存在，displayLink 销毁 proxy 就销毁，所以 proxy 就可以存储 displayLink 的 unsafe_unretained 指针。」retain1. MRC 下使用，ARC 下基本使用 strong；
2. 修饰强引用，将指针原来指向的旧对象释放掉，然后指向新对象，同时将新对象的引用计数加 1；
3. setter 方法的实现是 release 旧值，retain 新值，用于 OC 对象类型。strong1. ARC 下才能使用；
2. 原理同 retain；
3. 但是在修饰 block 时，strong 相当于 copy，而 retain 相当于 assign。copysetter 方法的实现是 release 旧值，copy 新值，一般用于 block、NSString、NSArray、NSDictionary 等类型。使用 copy 或 strong 修饰 block 其实都一样，用 copy 是为了和 MRC 下保持一致的写法；用于 NSString、NSArray、NSDictionary 是为了保证赋值后是一个不可变对象，以免遭外部修改而导致不可预期的结果。

Nullability and Objective-C

苹果在 Xcode 6.3 引入的一个 Objective-C 的新特性 nullability annotations。这些关键字可以用于属性、方法返回值和参数中，来指定对象的可空性，这样编写代码的时候就会智能提示。在 Swift 中可以使用 ? 和 ! 来表示一个对象是 optional 的还是 non-optional，如 UIView? 和 UIView!。而在 Objective-C 中则没有这一区分，UIView 即可表示这个对象是 optional，也可表示是 non-optioanl。这样就会造成一个问题：在 Swift 与 Objective-C 混编时，Swift 编译器并不知道一个 Objective-C 对象到底是 optional 还是 non-optional，因此这种情况下编译器会隐式地将 Objective-C 的对象当成是 non-optional。引入 nullability annotations 一方面为了让 iOS 程序员平滑地从 Objective-C 过渡到 Swift，另一方面也促使开发者在编写 Objective-C 代码时更加规范，减少同事之间的沟通成本。

关键字 __nullable 和 __nonnull 是苹果在 Xcode 6.3 中发行的。由于与第三方库的潜在冲突，苹果在 Xcode 7 中将它们更改为 _Nullable 和 _Nonnull。但是，为了与 Xcode 6.3 兼容，苹果预定义了宏 __nullable 和 __nonnull 来扩展为新名称。同时苹果同样还支持没有下划线的写法 nullable 和 nonnull，它们的区别在与放置位置不同。

注意：此类关键词仅仅提供警告，并不会报编译错误。只能用于声明对象类型，不能声明基本数据类型。

属性关键字用法nullable、_Nullable 、__nullable对象可以为空，区别在于放置位置不同nonnull、_Nonnull、__nonnull对象不能为空，区别在于放置位置不同null_unspecified、_Null_unspecified 、__null_unspecified未指定是否可为空，区别在于放置位置不同null_resettable1. getter 方法不能返回为空，setter 方法可以为空；
2. 必须重写 setter 或 getter 方法做非空处理。否则会报警告 Synthesized setter 'setName:' for null_resettable property 'name' does not handle nil

@interface AAPLList : NSObject <NSCoding, NSCopying>
// ...
- (AAPLListItem * _Nullable)itemWithName:(NSString * _Nonnull)name;
@property (copy, readonly) NSArray * _Nonnull allItems;
// ...
@end

// --------------

[self.list itemWithName:nil]; // warning!
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Audited Regions：Nonnull 区域设置

如果每个属性或每个方法都去指定 nonnull 和 nullable，将是一件非常繁琐的事。苹果为了减轻我们的工作量，专门提供了两个宏： NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN 和 NS_ASSUME_NONNULL_END。在这两个宏之间的代码，所有简单指针类型都被假定为 nonnull，因此我们只需要去指定那些 nullable 指针类型即可。示例代码如下：

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface AAPLList : NSObject <NSCoding, NSCopying>
// ...
- (nullable AAPLListItem *)itemWithName:(NSString *)name;
- (NSInteger)indexOfItem:(AAPLListItem *)item;

@property (copy, nullable) NSString *name;
@property (copy, readonly) NSArray *allItems;
// ...
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END

// --------------

self.list.name = nil;   // okay

AAPLListItem *matchingItem = [self.list itemWithName:nil];  // warning!
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笔者的一些经验总结

• 使用好可空性关键字可以让 Objective-C 开发者平滑地过渡到 Swift，而不会被 Swift 可选类型绊倒。
• 使用好可空性关键字可以让代码更加规范，比如你不应该将一个指定为 nonnull 的属性赋值为 nil。
• NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN 和 NS_ASSUME_NONNULL_END 只是苹果为了减轻我们的工作量而提供的宏，而不是允许我们忽略可空性关键字。
• 如果你没有指定属性/方法参数为 nullable 的话，当给该属性赋值/传参 nil 的时候，会得到烦人的警告。
• 进行混编的时候，如果你没有给一个可为空的属性指定 nullable，就无法进行可选链式调用，因为 Swift 会把它当作非可选类型来处理，而且你还不能强制解包，因为它可能为 nil，这时候你就得加一层保护。

类属性 class

属性可以分为实例属性和类属性：

• 实例属性：每个实例都有一套属于自己的属性值，它们之前是相互独立的；
• 类属性：可以为类本身定义属性，无论创建了多少个该类型的实例，这些属性都只有唯一一份，因为类是单例。

说白了就是实例属性与 instance 关联，类属性与 class 关联。

用处：类属性用于定义某个类型所有实例共享的数据，比如所有实例都能用的一个常量/变量（就像 C 语言中的静态常量/静态变量）。

通过给属性添加 class 关键字来定义类属性。

@property (class, nonatimoc, strong) NSObject *object;
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类属性是不会进行 property autosynthesis 的，那怎么关联值呢？

• 如果是存储属性
  1. 在 .m 中定义一个 static 全局变量，然后在 setter 和 getter 方法中对此变量进行操作。
  2. 在 setter 和 getter 方法中使用关联对象来存储值。笔者之前遇到的一个使用场景就是，类是通过 Runtime 动态创建的，这样就没办法使用 static 全局变量存储值。于是笔者在父类中定义了一个类属性并使用关联对象来存储值，这样动态创建的子类就可以给它的类属性关联值了。
• 如果是计算属性，就直接实现 setter 和 getter 方法就好。

在设置属性所对应的实例变量时，一定要遵从该属性所声明的语义：

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

— (instancetype)initWithName:(NSString *)name {
    if (self = [super init]) {
        _name = [name copy];
    }
    return self;
}
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若是自己来实现存取方法，也应该保证其具备相关属性所声明的性质。