iOS中类簇的使用

这篇文章由很多平时的笔记积攒而成，看起来会有些杂乱，会有很多需要改进的地方，希望发现问题的朋友不吝赐教。

类簇

类簇是Foundation框架广泛使用的设计模式。类簇在公共抽象超类下对多个私有的具体子类进行分组。以这种方式对类进行分组简化了面向对象框架的公共可见体系结构，而不会降低其功能丰富度。类簇是基于抽象工厂设计模式的。我将苹果官方文档中的有关类簇的部分翻译了过来，

抽象工厂

抽象工厂模式是指当有多个抽象角色时，使用的一种工厂模式。抽象工厂模式可以向客户端提供一个接口，使客户端在不必指定产品的具体的情况下，创建多个产品族中的产品对象。很多人会混淆抽象工厂模式和工厂模式。实际上，两种的差别还是比较明显的，如下表。

抽象工厂模式	工厂模式
通过对象组合创建抽象产品	通过类继承创建抽象产品
创建多系列产品	创建一种产品
必须修改父类的接口才能支持新的产品	子类化创建者并重载工厂方法以创建新产品

有关抽象工厂的东西我们先讲到这里，剩下的我们有时间再聊。

再往下就是针对具体情况的分析了，这段比较冗长，不喜欢的可以直接跳到最后一部分。

注：在开始前，点击它来查看子类的名称，有些子类实在是过于稀少，就不单独拿出来说明了。

NSArray

《Effective Objective-C 2.0》中有一段话：

In the case of NSArray, when an instance is allocated, it’s an instance of another class that’s allocated (during a call to alloc), known as a placeholder array. This placeholder array is then converted to an instance of another class, which is a concrete subclass of NSArray. 在使用了NSArray的alloc方法来获取实例时，该方法首先会分类一个属于某类的实例，此实例充当“占位数组”。该数组稍后会转为另一个类的实例，而那个类则是NSArray的实体子类。

因为在之前的文章中陈述过这一段，代码略过，直接上结论：不管创建的事可变还是不可变的数组，在alloc之后得到的类都是 __NSPlaceholderArray。而当我们init一个不可变的空数组之后，得到的是 __NSArray0；如果有且只有一个元素，那就是 __NSSingleObjectArrayI；有多个元素的，叫做 __NSArrayI；init出来一个可变数组的话，都是 __NSArrayM。这里 __NSSingleObjectArrayI，需要说明它的用意：

__NSSingleObjectArrayI

作为对比，__NSArrayI必须要实现

- count
- objectAtIndex: 这两个个方法，但是我们可以非常显而易见的看出来，当数组只有一个数字的时候，是完全不需要这两个方法的。再深入一点的说明一下，__NSSingleObjectArrayI是不需要去记录字符串长度的。它会比__NSArrayI少8个字节的长度。苹果可能是为了优化性能考虑，从而在iOS8之后推出这个新的子类。

另外需要说明的是，实际上，__NSArrayM本身只有7个方法，分别是：

count

objectAtIndex:

insertObject:atIndex:

removeObjectAtIndex:

addObject:

removeLastObject

replaceObjectAtIndex:withObject:

所有其它高等级的抽象建立在它们的基础之上。例如 - removeAllObjects 方法简单地往回迭代，一个个地调用 - removeObjectAtIndex:。

NSDictionary

NSDictionary与NSArray类似，不管创建的事可变还是不可变的字典，在 alloc之后得到的类都是 __NSPlaceholderDictionary。而当我们 init一个不可变的空数组之后，得到的是 __NSDictionary0；如果有且只有一个元素，那就是 __NSSingleEntryDictionaryI；有多个元素的，叫做 __NSDictionaryI； init出来一个可变数组的话，都是 __NSDictionaryM。不过呢，我这里还调试出了一种很有趣的子类， __NSFrozenDictionaryM。过程是

 ...
 @property  (nonatomic, copy) NSMutableDictionary *mutableDictionary;
 ...
     NSMutableDictionary *dictionary = [[NSMutableDictionary alloc]init];
    [dictionary setObject:@"aaa" forKey:@"name"];
    self.mutableDictionary = dictionary;
...

在违反属性规范的情况下，获得了这个有趣的子类。不过不用担心，这个子类没什么特殊的作用，它仍然会被视为 不可变字典。也就是说，对它进行改变的操作，会导致程序崩溃。崩溃信息如下：

 2018-08-25 09:23:45.214879+0800 setget[90992:17397034] -[__NSFrozenDictionaryM setObject:forKey:]: unrecognized selector sent to instance 0x6000000dde40
2018-08-25 09:23:45.238002+0800 setget[90992:17397034] *** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[__NSFrozenDictionaryM setObject:forKey:]: unrecognized selector sent to instance 0x6000000dde40'

其实在在NSArray中也有个对应的 __NSFrozenArrayM，不过我没有找到触发条件。不过应该与它类似。

NSSet

好吧，NSSet的子类不过是NSDictionary换了个名字而已，不做细讲了。这里说明一下，__NSSingleObjectSetI不需要打扰实际的哈希表，因为只有一个对象需要担心。类似的方法containsObject:不需要遍历任何东西或查找任何东西，它可以简单地将参数与set / array / dictionary表示的单个对象进行比较。

NSString

重头戏来了！！！ //以下的结论全部来自64位系统当我们测试创建NSString对象的时候，通过创建NSString不同的对象，并利用 object_getClassName方法打印对象。

NSString *str1 = @"biboyanggggggg";
//str1: __NSCFConstantString 
NSString *str2 = [NSString stringWithString:@"biboyanggggggg"];
//str2: __NSCFConstantString 
NSString *str3 = @"biboyang";
//str3: __NSCFConstantString 
NSString *str4 = [NSString stringWithFormat:@"biboyang"];
//str4: NSTaggedPointerString 
NSString *str5 = [NSString stringWithFormat:@"sa"];
//str5: NSTaggedPointerString 
NSString *str6 = [NSString stringWithFormat:@"123456789"];
//str6: NSTaggedPointerString 
NSString *str7 = [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];
//str7: __NSCFString 
 

我们可以发现，这里出现了三个子类

__NSCFConstantString

__NSCFString

NSTaggedPointerString

__NSCFConstantString

它是一个字符串常量。它的引用计数非常大，是 4294967295，它的意思是，这个属性，怎么都不会被释放。相同的对象，内存地址是相同的，可以直接使用 ==方法（但是，这个对象的指针的地址依然不同，还是两个不同的对象）。它在编译时就决定的，不能在运行时创建。更详细的可以查看念纪的这篇博客

__NSCFString

这个就是可变的NSString所属的子类了。不必多说。

NSTaggedPointerString

要从从iPhone5s开始说起，iPhone5s开始采用了64位处理器。在32位时代，一个指针大小是32位（4字节），而在64位时代翻倍，一个指针的大小变成了64位（8字节）。这样子，在处理某些小一点，短一点的NSString、NSNumber、NSDate对象的时候，会显得过于浪费效率。这个时候，苹果推出了Tagged Pointer技术。苹果将一个对象的指针拆分成了两部分，一部分直接保存数据，另一部分作为特殊标记（tag），表示这个是一个特别的指针。这样呢，就会将节省很多的时间，因为它不在需要正常创建对象的申请和创建空间，处理引用计数，以及直接读取（在objc_msgSend当中，Tagged Pointer会被识别出来，直接从指针中读取）。它的内存也并不存储在堆中，也不需要 malloc 和 free，所以拥有极快的读取和创建速度。

苹果之前说过，使用Tagged Pointer技术之后，在内存上读取的速度快了3倍，创建时的速度比以前快106倍。

当然，这么做其实也是会有问题的，因为它并不是一个真正的对象，当你想要想其他普通的对象一样获取指针的时候，编译器直接就会报错（因为它也是在编译时创建的，而且压根没有isa指针）。也因为大概类似的原因，在runtime源码中，可以发现，如果要对对象进行处理的时候，往往要先判断是不是Tagged Pointer对象。编译器会告诉你正确的方法：改为使用 object_getClass()。

总结

类簇的优点在于：

1.可以将抽象基类背后的复杂细节隐藏起来

2.程序员不会需要记住各种创建对象的具体类实现，简化了开发成本，提高了开发效率

3.便于进行封装和组件化

4.减少了if else 这样缺乏扩展性的代码

5.增加新功能支持不影响其他代码

缺点也很明显：

已有的类簇非常不好扩展！！！

我们了解类簇的好处：

出现bug时，可以通过崩溃报告中的类簇关键字，快速定位bug位置。

在实现一些固定切并不需要经常修改的事物时，可以高效的选择类簇去实现。举个例子：针对不同版本，不同机型往往需要不同的设置，这时可以选择使用类簇；

app的设置页面这种并不需要经常修改的页面，可以使用类簇去创建大量重复的布局代码。

资料来源

Friday Q&A 2015-07-31: Tagged Pointer Strings

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