Cocoa

Cocoa歷史

Cocoa是從1980年代由NeXT開發的編程環境NeXTSTEP和OPENSTEP演變而來，這點可由其類別之名皆以NS前綴（代表NeXTSTEP）看出端倪。蘋果電腦公司在1996年12月收購了NeXT。開發NeXTSTEP和OPENSTEP的大量工作都轉化到了Mac OS X中，最顯而易見的部分當屬Cocoa。但差異也存在。例如，NeXTSTEP和OPENSTEP使用Display Postscript實現文字和圖形的螢幕顯示，而Cocoa依賴蘋果的Quartz（基於PDF的繪圖模型）。
Cocoa這個名詞曾經被用來稱呼一款幫助兒童建立多媒體工程的應用程式。隨後該應用停產。該名稱被用作現在的用途。

記憶體管理

Cocoa環境的一個特點是它可以管理動態分配的記憶體。Cocoa中絕大部分類的基礎類別都是NSObject，它實現了參照計數的記憶體管理模型。從NSObject繼承的類可以回應retain和release訊息，以增減其參照計數；也可以通過傳送retainCount訊息來取得其參照計數。一個以alloc，copy或Objective-C 2.0中增加的new所建立的物件的參照計數為1；向物件傳送retain訊息會將計數加1，而傳送release訊息則會將計數減1。若物件的參照計數減少到了0，則它會被銷毀。dealloc訊息類似於C++中的解構函式，在物件被銷毀之前可能會被呼叫，但系統不保證會傳送該訊息。這種參照計數的模型與微軟的COM中的IUnknown介面特性十分相似，它提供了AddRef和Release介面，與retain和release對應。
從Objective-C 2.0開始，Objective-C執行時實現了可選的垃圾收集器。若垃圾收集的特性被啟用，則執行時會將參照計數相關的操作，例如「retain」和「release」，變為無操作。iOS上的Objective-C 2.0實現中不包含垃圾收集器。垃圾收集器執行在一個低優先級的後台執行緒中，並可以在用戶動作時暫停，從而保持良好的用戶體驗。

模型-視圖-控制器

全錄帕羅奧多研究中心的Smalltalk開發小組最終發明了一種可以簡化開發過程，提高程式碼重用率的設計哲學，即「模型-視圖-控制器」模式（MVC）。這種模式將應用程式分為三個可以互動的物件集，即模型，視圖和控制器。其中，模型類代表原始資料，例如文件、設定、檔案、記憶體中的物件等，視圖是模型中資料的視覺化表現，而控制器類則包含了將模型和其對應視圖連接起來的邏輯，並保持前二者的狀態同步。
Cocoa的設計遵循了嚴格的MVC原則。在OpenStep下，絕大多數的類要麼是高層的視圖類（AppKit），或者是相對底層的模型類（Foundation）。與類似的MVC系統相比，OpenStep沒有強的模型層，例如它不包含表示「文件」的儲存類。在向Cocoa遷移的過程中，模型層被大大擴充了，引入了一系列的類，它們提供了一些桌面程式所需的常用功能。
在Mac OS X 10.3中，蘋果引入了NSController系列類以提供預定義的控制器層。這些類是Cocoa繫結系統的一部分，該系統也允許使用類似鍵-值-觀測器和鍵-值-繫結協定來對其進行擴充。其中，「繫結」的概念表明兩個物件（通常是視圖和控制器）之間的關係。繫結使得開發者可以集中於定義這種關係，而不是編寫大量的「膠水程式碼」來實現這些關係。
在Mac OS X 10.4中，蘋果引入了Core Data框架，進一步擴充了這種概念。Core Data標準化了對更改的追蹤和模型層的儲存行為。因此，該框架大大簡化了改變應用程式資料，復原更改，在磁碟中儲存和讀取資料的過程。
通過提供對MVC模型中全部3層的框架支援，蘋果的目的在於減少程式設計師所需編寫的「膠水程式碼」量，以解放這些資源而用於程式的真正特性。

動態繫結

在多數物件導向的程式語言中，呼叫方法是由直接呼叫記憶體中一段固定的程式碼實現的。由於這種方法需要預定義的處理命令的類，因而限制了程式的設計，通常採用責任鏈模式作為其設計模式。雖然Cocoa在多數地方仍然採用這種方式，但通過Objective-C的動態繫結特性增加了更多設計的自由性。
在Objective-C中，訊息由selector所代表，其為描述需要呼叫的方法的一個字串。在傳送訊息時，該selector被送入Objective-C執行時中，在可用方法列表中尋找對應的方法，然後呼叫該方法的實際實現。由於selector只是文字資料，因此它可以儲存在檔案中，通過網路或在行程間傳輸，或以其它方式進行操作。方法的實現是在執行時尋找的，而非編譯時。這樣的做法會造成一些效能損失，但動態繫結允許相同的selector代表不同的實現。
利用這些特性，Cocoa提供了一種通用的資料管理技術，稱為鍵-值編碼(KVC)。這種技術允許物件的資料或屬性可以在執行時通過其鍵名進行尋找，其中，屬性的名稱即為其值的鍵名。在靜態語言中，這樣的做法是不可能的。KVC大大的增加了設計的自由度：通過KVC，無需知道物件的類型即可存取其屬性或資料。另外，利用鍵-值-觀測器（KVO）技術和NSUndoManager類，可以提供自動的復原/重做支援。

Rich objects

Cocoa中最有用的特性是系統提供的強大的「基礎物件」，例如Foundation中的NSString和NSAttributedString類，提供了Unicode字串的支援；而AppKit中的NSText系統則允許程式設計師在GUI中放置字串物件。
NSText及其相關類是用於顯示和編輯字串的。這些物件允許程式實現簡單的單行文字方塊，也可以實現完整的多頁，多欄文字顯示方案
，方案同時可以提供支援完整的專業排版特性，例如壓縮字元，合字，環繞形狀的文字，旋轉，完整的Unicode支援和反鋸齒字形彩現。段落格式可以自動控制或由用戶自訂；可以使用內建的「ruler」物件附加到任何文字視圖上。這些類也有自動拼寫檢查特性，該特性使用一個由所有程式共用的字典。另外，也允許無限制數量的復原/重做操作。只使用內建的特性，任何人都可以只用不到10行程式碼寫出一個具備上述特性的文字編輯器，而若使用Cocoa繫結，甚至可以不用寫一行程式碼。
若需要對已有特性進行擴充，Objective-C中的類別特性使得這項操作變得相當容易。通過類別可以直接對已有類進行功能添加，而無需對其進行更改或獲得其原始碼。一般而言，這樣的目的需要通過繼承原有的類並修改原有的程式碼，將原有的類以新的子類別代替來完成。

實現

Cocoa本身由Objective-C語言寫成，因此Objective-C是開發Cocoa應用的首選語言。雖然也提供Java到Cocoa的繫結，但是在開發者中並未得到廣泛採用。而且，由於使用橋接機制，Java的繫結並不能全面利用Cocoa的所有功能。2005年，蘋果公司宣布Java的Cocoa繫結在Mac OS X 10.4和之後版本中屬被廢棄的技術。換句話說，Cocoa  API中可能會逐漸出現不支援Java的功能。
作為Xcode一部分的AppleScript Studio工具允許用戶和開發者用AppleScript編寫一些簡單的Cocoa應用。第三方實現的繫結有Clozure CL、LispWorks、PyObjC（Python）、RubyCocoa（Ruby）、CamelBones（Perl）、Cocoa#、Monobjc（C#）和NObjective（C#）。Nu語言直接使用Objective-C的物件模型，所以無須繫結就可以呼叫Cocoa API。
也有開源專案把Cocoa的大部分在其它作業系統上實現（包括Windows），從而使開發跨平台的Cocoa應用成為可能。比如GNUstep和Cocotron。