Objective-C

历史

Objective-C 主要由Stepstone 公司的布莱德·考克斯（Brad Cox）和 Tom Love 在 1980 年代发明。
1981年 Brad Cox 和 Tom Love 还在ITT 公司技术中心任职时，接触到了SmallTalk语言。Cox 当时对软件设计和开发问题非常感兴趣，他很快地意识到SmallTalk语言 在系统工程构建中具有无法估量的价值，但同时他和Tom Love 也明白，当前 ITT 公司的电子通信工程相关技术中，C 语言被放在很重要的位置。
于是 Cox 撰写了一个C 语言的预处理器，打算使C 语言具备些许Smalltalk 的本领。Cox 很快地实现了一个可用的C 语言扩展，此即为Objective-C语言的前身。到了 1983 年，Cox 与 Love 合伙成立了Productivity Products International（PPI）公司，将 Objective-C 及其相关库商品化贩售，并在之后将公司改名为StepStone。1986年，Cox 出版了一本关于Objective-C 的重要著作《Object-Oriented Programming, An Evolutionary Approach》，书内详述了Objective-C 的种种设计理念。
1988年，斯蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）离开苹果公司后成立了NeXT Computer 公司，NeXT 公司买下Objective-C 语言的授权，并扩展了著名的开源编译器GCC 使之支持Objective-C 的编译，基于 Objective-C 开发了AppKit 与 Foundation Kit 等库，作为 NeXTSTEP 的的用户界面与开发环境的基础。虽然 NeXT 工作站后来在市场上失败了，但 NeXT 上的软件工具却在业界中被广泛赞扬。这促使NeXT 公司放弃硬件业务，转型为销售NeXTStep（以及OpenStep）平台为主的软件公司。
1992年，自由软件基金会的GNU 开发环境增加了对Objective-C 的支持。1994年，NeXT Computer公司和Sun Microsystem联合发布了一个针对NEXTSTEP 系统的标准典范，名为OPENSTEP。OPENSTEP 在自由软件基金会的实现名称为GNUstep。1996年12月20日，苹果公司宣布收购NeXT Software 公司，NEXTSTEP/OPENSTEP环境成为苹果操作系统下一个主要发行版本OS X的基础。这个开发环境的版本被苹果公司称为Cocoa。
2005年，苹果电脑雇用了克里斯·拉特纳及LLVM开发团队，clang及LLVM成为苹果公司在GCC之外的新编译器选择，在 Xcode 4.0之后均采用LLVM 作为默认的编译器。最新的Modern Objective-C 特性也都率先在Clang 上实现。

语法

Objective-C是C语言的严格超集－－任何C语言程序不经修改就可以直接通过Objective-C编译器，在Objective-C中使用C语言代码也是完全合法的。Objective-C被描述为盖在C语言上的薄薄一层，因为Objective-C的原意就是在C语言主体上加入面向对象的特性。Objective-C的面向对象语法源于Smalltalk消息传递风格。所有其他非面向对象的语法，包括变量类型，预处理器（preprocessing），流程控制，函数声明与调用皆与C语言完全一致。但有些C语言语法合法代码在objective-c中表达的意思不一定相同，比如某些布尔表达式，在C语言中返回值为true，但在Objective-C若与yes直接相比较，函数将会出错，因为在Objective-C中yes的值只表示为1.

Hello World

这里示范了一个基础的Hello World程序。基于Xcode 4.3.1:
#import <Foundation/Foundation.h>int main(int argc, char *argv[]) {

    @autoreleasepool {
        NSLog(@"Hello World!");
    }

   return 0;}

消息传递

Objective-C最大的特色是承自Smalltalk的消息传递模型（message passing），此机制与今日C++式之主流风格差异甚大。Objective-C里，与其说对象互相调用方法，不如说对象之间互相传递消息更为精确。此二种风格的主要差异在于调用方法/消息传递这个动作。C++里类别与方法的关系严格清楚，一个方法必定属于一个类别，而且在编译时（compile time）就已经紧密绑定，不可能调用一个不存在类别里的方法。但在Objective-C，类别与消息的关系比较松散，调用方法视为对对象发送消息，所有方法都被视为对消息的回应。所有消息处理直到运行时（runtime）才会动态决定，并交由类别自行决定如何处理收到的消息。也就是说，一个类别不保证一定会回应收到的消息，如果类别收到了一个无法处理的消息，程序只会抛出异常，不会出错或崩溃。
C++里，送一个消息给对象（或者说调用一个方法）的语法如下：
obj.method(argument);
Objective-C则写成：
[obj method: argument];
此二者并不仅仅是语法上的差异，还有基本行为上的不同。
这里以一个汽车类（car class）的简单例子来解释Objective-C的消息传递特性：
[car fly];
典型的C++意义解读是“调用car类别的fly方法”。若car类别里头没有定义fly方法，那编译肯定不会通过。但是Objective-C里，我们应当解读为“发提交一个fly的消息给car对象”，fly是消息，而car是消息的接收者。car收到消息后会决定如何回应这个消息，若car类别内定义有fly方法就运行方法内之代码，若car内不存在fly方法，则程序依旧可以通过编译，运行期则抛出异常。
此二种风格各有优劣。C++强制要求所有的方法都必须有对应的动作，且编译期绑定使得函数调用非常快速。缺点是仅能借由virtual关键字提供有限的动态绑定能力。Objective-C天生即具备鸭子类型之动态绑定能力，因为运行期才处理消息，允许发送未知消息给对象。可以送消息给整个对象集合而不需要一一检查每个对象的类型，也具备消息转送机制。同时空对象nil接受消息后默认为不做事，所以送消息给nil也不用担心程序崩溃。

类的定义与实现

Objective-C中强制要求将类的定义（interface）与实现（implementation）分为两个部分。
类的定义文件遵循C语言之惯例以.h为后缀，实现文件以.m为后缀。

Interface

定义部分，清楚定义了类的名称、成员变量和方法。
以关键字@interface作为开始，@end作为结束。
@interface MyObject : NSObject {
    int memberVar1; // 实体变量
    id  memberVar2;}+(return_type) class_method; // 类方法-(return_type) instance_method1; // 实例方法-(return_type) instance_method2: (int) p1;-(return_type) instance_method3: (int) p1 andPar: (int) p2;@end
方法前面的+/- 号代表函数的类型：加号（+）代表类方法（class method），不需要实例就可以调用，与C++ 的静态函数（static member function）相似。减号（-）即是一般的实例方法（instance method）。
这里提供了一份意义相近的C++语法对照，如下：
class MyObject : public NSObject {protected:
    int memberVar1;  // 实体变量
    void * memberVar2;

  public:
    static return_type class_method(); // 类方法

    return_type instance_method1();    // 实例方法
    return_type instance_method2( int p1 );
    return_type instance_method3( int p1, int p2 );}
Objective-C定义一个新的方法时，名称内的冒号（:）代表参数传递，不同于C语言以数学函数的括号来传递参数。Objective-C方法使得参数可以夹杂于名称中间，不必全部附缀于方法名称的尾端，可以提高程序可读性。设定颜色RGB值的方法为例：
- (void) setColorToRed: (float)red Green: (float)green Blue:(float)blue; /* 宣告方法*/[myColor setColorToRed: 1.0 Green: 0.8 Blue: 0.2]; /* 呼叫方法*/
这个方法的签名是setColorToRed:Green:Blue:。每个冒号后面都带着一个float类别的参数，分别代表红，绿，蓝三色。

Implementation

实现区段则包含了公开方法的实现，以及定义私有（private）变量及方法。
以关键字@implementation作为区段起头，@end结尾。
@implementation MyObject {
  int memberVar3; //私有實體變數}+(return_type) class_method {
    .... //method implementation}-(return_type) instance_method1 {
     ....}-(return_type) instance_method2: (int) p1 {
    ....}-(return_type) instance_method3: (int) p1 andPar: (int) p2 {
    ....}@end
值得一提的是不只Interface区段可定义实体变量，Implementation区段也可以定义实体变量，两者的差别在于访问权限的不同，Interface区段内的实体变量默认权限为protected，宣告于implementation区段的实体变量则默认为private，故在Implementation区段定义私有成员更符合面向对象之封装原则，因为如此类别之私有信息就不需曝露于公开interface（.h文件）中。

创建对象

Objective-C创建对象需通过alloc以及init两个消息。alloc的作用是分配内存，init则是初始化对象。
init与alloc都是定义在NSObject里的方法，父对象收到这两个信息并做出正确回应后，新对象才创建完毕。以下为范例：
MyObject * my = [[MyObject alloc] init];
在Objective-C 2.0里，若创建对象不需要参数，则可直接使用new
MyObject * my = [MyObject new];
仅仅是语法上的精简，效果完全相同。
若要自己定义初始化的过程，可以重写init方法，来添加额外的工作。（用途类似C++ 的构造函数constructor）
- (id) init {
    if ( self=[super init] ) {   // 必须调用父类的init
        // do something here ...
    }
    return self;}

协议（Protocol）

协议是一组没有实现的方法列表，任何的类均可采纳协议并具体实现这组方法。
Objective-C在NeXT时期曾经试图引入多重继承的概念，但由于协议的出现而没有实现之。
协议类似于Java与C#语言中的“接口”。在Objective-C中，有两种定义协议的方式：由编译器保证的“正式协议”，以及为特定目的设定的“非正式协议”。
非正式协议为一个可以选择性实现的一系列方法列表。非正式协议虽名为协议，但实际上是挂于NSObject上的未实现分类（Unimplemented Category）的一种称谓，Objetive-C语言机制上并没有非正式协议这种东西，OSX 10.6版本之后由于引入@optional关键字，使得正式协议已具备同样的能力，所以非正式协议已经被废弃不再使用。
正式协议类似于Java中的"接口"，它是一系列方法的列表，任何类都可以声明自身实现了某个协议。在Objective-C 2.0之前，一个类必须实现它声明符合的协议中的所有方法，否则编译器会报告错误，表明这个类没有实现它声明符合的协议中的全部方法。Objective-C 2.0版本允许标记协议中某些方法为可选的（Optional），这样编译器就不会强制实现这些可选的方法。
协议经常应用于Cocoa中的委托及事件触发。例如文本框类通常会包括一个委托（delegate）对象，该对象可以实现一个协议，该协议中可能包含一个实现文字输入的自动完成方法。若这个委托对象实现了这个方法，那么文本框类就会在适当的时候触发自动完成事件，并调用这个方法用于自动完成功能。
Objective-C中协议的概念与Java中接口的概念并不完全相同，即一个类可以在不声明它符合某个协议的情况下，实现这个协议所包含的方法，也即实质上符合这个协议，而这种差别对外部代码而言是不可见的。正式协议的声明不提供实现，它只是简单地表明符合该协议的类实现了该协议的方法，保证调用端可以安全调用方法。
语法
协议以关键字@protocol作为区段起始，@end结束，中间为方法列表。
@protocol Locking- (void)lock;- (void)unlock;@end
这是一个协议的例子，多线程编程中经常要确保一份共享资源同时只有一个线程可以使用，会在使用前给该资源挂上锁，以上即为一个表明有“锁”的概念的协议，协议中有两个方法，只有名称但尚未实现。
下面的SomeClass宣称他采纳了Locking协议：
@interface SomeClass : SomeSuperClass <Locking>@end
一旦SomeClass表明他采纳了Locking协议，SomeClass就有义务实现Locking协议中的两个方法。
@implementation SomeClass- (void)lock {
  // 實現lock方法...}- (void)unlock {
  // 實現unlock方法...}@end
由于SomeClass已经确实遵从了Locking协议，故调用端可以安全的发送lock或unlock消息给SomeClass实体变量，不需担心他没有办法回应消息。
插件是另一个使用抽象定义的例子，可以在不关心插件的实现的情况下定义其希望的行为。

动态类型

类似于Smalltalk，Objective-C具备动态类型：即消息可以发送给任何对象实体，无论该对象实体的公开接口中有没有对应的方法。对比于C++这种静态类型的语言，编译器会挡下对（void*）指针调用方法的行为。但在Objective-C中，你可以对id发送任何消息（id很像void*，但是被严格限制只能使用在对象上），编译器仅会发出“该对象可能无法回应消息”的警告，程序可以通过编译，而实际发生的事则取决于运行期该对象的真正形态，若该对象的确可以回应消息，则依旧运行对应的方法。
一个对象收到消息之后，他有三种处理消息的可能手段，第一是回应该消息并运行方法，若无法回应，则可以转发消息给其他对象，若以上两者均无，就要处理无法回应而抛出的例外。只要进行三者之其一，该消息就算完成任务而被丢弃。若对“nil”（空对象指针）发送消息，该消息通常会被忽略，取决于编译器选项可能会抛出例外。
虽然Objective-C具备动态类型的能力，但编译期的静态类型检查依旧可以应用到变量上。以下三种声明在运行时效力是完全相同的，但是三种声明提供了一个比一个更明显的类型信息，附加的类型信息让编译器在编译时可以检查变量类型，并对类型不符的变量提出警告。
下面三个方法，差异仅在于参数的形态：
- setMyValue:(id) foo;
id形态表示参数“foo”可以是任何类的实例。
- setMyValue:(id <aProtocol>) foo;
id<aProtocol>表示“foo”可以是任何类的实例，但必须采纳“aProtocol”协议。
- setMyValue:(NSNumber*) foo;
该声明表示“foo”必须是“NSNumber”的实例。
动态类型是一种强大的特性。在缺少泛型的静态类型语言（如Java 5以前的版本）中实现容器类时，程序员需要写一种针对通用类型对象的容器类，然后在通用类型和实际类型中不停的强制类型转换。无论如何，类型转换会破坏静态类型，例如写入一个“整数”而将其读取为“字符串”会产生运行时错误。这样的问题被泛型解决，但容器类需要其内容对象的类型一致，而对于动态类型语言则完全没有这方面的问题。

脚注

利用GCC编译时，编译器报告：
$ gcc -x objective-c -Wno-import Forwarder.m Recipient.m main.m -lobjc
main.m: In function `main':
main.m:12: warning: `Forwarder' does not respond to `hello'
$
如前文所提到的，编译器报告Forwarder类不响应hello消息。在这种情况下，由于实现了转发，可以忽略这个警告。
运行该程序产生如下输出：
$ ./a.out
Recipient says hello!

类别 (Category)

在Objective-C的设计中，一个主要的考虑即为大型代码框架的维护。结构化编程的经验显示，改进代码的一种主要方法即为将其分解为更小的片段。Objective-C借用并扩展了Smalltalk实现中的“分类”概念，用以帮助达到分解代码的目的。
一个分类可以将方法的实现分解进一系列分离的文件。程序员可以将一组相关的方法放进一个分类，使程序更具可读性。举例来讲，可以在字符串类中增加一个名为“拼写检查”的分类，并将拼写检查的相关代码放进这个分类中。
进一步的，分类中的方法是在运行时被加入类中的，这一特性允许程序员向现存的类中增加方法，而无需持有原有的代码，或是重新编译原有的类。例如若系统提供的字符串类的实现中不包含拼写检查的功能，可以增加这样的功能而无需更改原有的字符串类的代码。
在运行时，分类中的方法与类原有的方法并无区别，其代码可以访问包括私有类成员变量在内的所有成员变量。
若分类声明了与类中原有方法同名的函数，则分类中的方法会被调用。因此分类不仅可以增加类的方法，也可以代替原有的方法。这个特性可以用于修正原有代码中的错误，更可以从根本上改变程序中原有类的行为。若两个分类中的方法同名，则被调用的方法是不可预测的。
其它语言也尝试了通过不同方法增加这一语言特性。TOM在这方面走的更远，不仅允许增加方法，更允许增加成员变量。也有其它语言使用面向声明的解决方案，其中最值得注意的是Self语言。
C#与Visual Basic.NET语言以扩展函数的与不完全类的方式实现了类似的功能。Ruby与一些动态语言则以"monkey patch"的名字称呼这种技术。

注释

可以利用以下命令来编译：
gcc -x objective-c main.m Integer.m Arithmetic.m Display.m -lobjc
在编译时间，可以利用省略#import "Arithmetic.h" 与[num1 add:num2]命令，以及Arithmetic.m文件来实验。程序仍然可以运行，这表明了允许动态的、按需的加载分类；若不需要某一分类提供的功能，可以简单的不编译之。

扮演

Objective-C允许一个类在程序中完全取代另一个类，这种行为称为前者“扮演”(Posing)目标类。
注意：类的扮演在Mac OS X v10.5中被废弃，在64位运行时中不可用。

#import

在C语言中，#include预处理指令总是使被包含的文件内容被插入指令点。在Objective-C中，类似的指令#import保证一个文件只会被包含一次，类似于一般头文件中的
#ifndef XXX#define XXX ...#endif

惯用法，或MSVC中的
#pragma once

Objective-C 2.0

在2006年7月苹果全球开发者会议中，Apple宣布了“Objective-C 2.0”的发布，其增加了“现代的垃圾收集，语法改进，运行时性能改进，以及64位支持”。2007年10月发布的Mac OS X v10.5中包含了Objective-C 2.0的编译器。

垃圾收集

Objective-C 2.0提供了一个可选的垃圾收集器。在向后兼容模式中，Objective-C运行时会将引用计数操作，例如“retain”与“release”变为无操作。当垃圾收集启用时，所有的对象都是收集器的工作对象。普通的C指针可以以“__strong”修饰，标记指针指向的对象仍在使用中。被标记为“__weak”的指针不被计入收集器的计数中，并在对象被回收时改写为“nil”。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。

属性

Objective-C 2.0引入了新的语法以声明变量为属性，并包含一可选定义以配置访问方法的生成。属性总是为公共的，其目的为提供外部类访问（也可能为只读）类的内部变量的方法。属性可以被声明为“readonly”，即只读的，也可以提供储存方法包括“assign”，“copy”或“retain”（简单的赋值、复制或增加1引用计数）。默认的属性是原子的，即在访问时会加锁以避免多线程同时访问同一对象，也可以将属性声明为“nonatomic”（非原子的），避免产生锁。
@interface Person : NSObject {
    @public
        NSString *name;
    @private
        int age;}@property(copy) NSString *name;@property(readonly) int age;-(id)initWithAge:(int)age;@end
属性的访问方法由@synthesize关键字来实现，它由属性的声明自动的产生一对访问方法。另外，也可以选择使用@dynamic关键字表明访问方法会由程序员手工提供。
@implementation Person@synthesize name;@dynamic age;-(id)initWithAge:(int)initAge{
    age = initAge; // 注意：直接赋给成员变量，而非属性
    return self;}-(int)age{
    return 29; // 注意：并非返回真正的年龄}@end
属性可以利用传统的消息表达式、点表达式或"valueForKey:"/"setValue:forKey:"方法对来访问。
Person *aPerson = [[Person alloc] initWithAge: 53];aPerson.name = @"Steve"; // 注意：点表达式，等于[aPerson setName: @"Steve"];NSLog(@"Access by message (%@), dot notation(%@), property name(%@) and direct instance variable access (%@)",
      [aPerson name], aPerson.name, [aPerson valueForKey:@"name"], aPerson->name);
为了利用点表达式来访问实例的属性，需要使用“self”关键字：
-(void) introduceMyselfWithProperties:(BOOL)useGetter{
    NSLog(@"Hi, my name is %@.", (useGetter ? self.name : name)); // NOTE: getter vs. ivar access}
类或协议的属性可以被动态的读取。
int i;int propertyCount = 0;objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([aPerson class], &propertyCount);for ( i=0; i < propertyCount; i++ ) {
    objc_property_t *thisProperty = propertyList + i;
    const char* propertyName = property_getName(*thisProperty);
    NSLog(@"Person has a property: '%s'", propertyName);}

快速枚举

比起利用NSEnumerator对象或在集合中依次枚举，Objective-C 2.0提供了快速枚举的语法。在Objective-C 2.0中，以下循环的功能是相等的，但性能特性不同。
// 使用NSEnumeratorNSEnumerator *enumerator = [thePeople objectEnumerator];Person *p;while ( (p = [enumerator nextObject]) != nil ) {
    NSLog(@"%@ is %i years old.", [p name], [p age]);}
// 使用依次枚举for ( int i = 0; i < [thePeople count]; i++ ) {
    Person *p = [thePeople objectAtIndex:i];
    NSLog(@"%@ is %i years old.", [p name], [p age]);}
// 使用快速枚举for (Person *p in thePeople) {
    NSLog(@"%@ is %i years old.", [p name], [p age]);}
快速枚举可以比标准枚举产生更有效的代码，由于枚举所调用的方法被使用NSFastEnumeration协议提供的指针算术运算所代替了。

语言分析

Objective-C是非常“实际”的语言。它用一个很小的、用C写成的运行库，使得应用程序的大小增加很少，与此相比，大部分OO系统需要极大的运行时虚拟机来执行。ObjC写成的程序通常不会比其源代码和库（通常无需包含在软件发行版本中）大太多，不会像Smalltalk系统，即使只是打开一个窗口也需要大量的容量。由于Obj-C的动态类型特征，Obj-C不能对方法进行内联（inline）一类的优化，使得Obj-C的应用程序一般比类似的C或C++程序更大。
Obj-C可以在现存C编译器基础上实现（在GCC中，Obj-C最初作为预处理器引入，后来作为模块存在），而不需要编写一个全新的编译器。这个特性使得Obj-C能利用大量现存的C代码、库、工具和编程思想等资源。现存C库可以用Obj-C包装器来提供一个Obj-C使用的OO风格界面包装。
以上这些特性极大地降低了进入Obj-C的门槛，这是1980年代Smalltalk在推广中遇到的最大问题。

争议

Objective-C的最初版本并不支持垃圾回收（garbage collection）。在当时这是争论的焦点之一，很多人考虑到Smalltalk回收时有漫长的“死亡时间”，令整个系统失去功用，Objective-C为避免此问题才不拥有这个功能。某些第三方版本加入了这个功能（尤是GNUstep），苹果公司也在其Mac OS X 10.5中提供了实现。
另一个广受批评的问题是ObjC不包括名字空间机制（namespace mechanism）。取而代之的是程序员必须在其类别名称加上前缀，由于前缀往往较短（相比名字空间），这时常引致冲突。在2007年，在Cocoa编程环境中，所有Mac OS X类别和函数均有“NS”作为前缀，例如NSObject或NSButton来清楚分辨它们属于Mac OS X核心；使用“NS”是由于这些类别的名称在NeXTSTEP开发时定下。
虽然Objective-C是C的严格超集，但它也不视C的基本类型为第一级的对象。
和C++不同，Objective-C不支持运算符重载（它不支持ad-hoc多态）。亦与C++不同，但和Java相同，Objective-C只容许对象继承一个类别（不设多重继承）。Categories和protocols不但可以提供很多多重继承的好处，而且没有很多缺点，例如额外运行时间过重和二进制不兼容。
由于Obj-C使用动态运行时类型，而且所有的方法都是函数调用（有时甚至连系统调用（syscalls）也如此），很多常见的编译时性能优化方法都不能应用于Obj-C（例如：内联函数、常数传播、交互式优化、纯量取代与聚集等）。这使得Obj-C性能劣于类似的对象抽象语言（如C++）。不过Obj-C拥护者认为Obj-C本就不应应用于C++或Java常见的底层抽象，Obj-C的应用方向是对性能要求不大的应用