Objective-C的陷阱与缺陷

mlskesa 发布于 2015/01/28 10:29
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Objective-C是一个强大而且非常有用的语言,但是同样也是有一点危险的。这次主题是受到一篇有关C++陷阱的文章启发,来聊聊Objective-C和Cocoa中的陷阱。

简介

我将和Horstmann使用同样的定义:陷阱是能够编译、链接、运行,但却不会按你所预期地去执行的代码。他提供了一个例子,这段代码在Objective-C中和在C++中同样都是有问题的:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">if (-0.5 <= x <= 0.5) return 0;</span>

肤浅地阅读这段代码可能会认为,它用来检查x是不是在[-0.5,0.5]区间内。但并不是这样的。相反,这个比较会像这样计算:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">if ((-0.5 <= x) <= 0.5)</span>

在C语言中,一个比较表达式的值是一个整型,要么是0,要么是 1。这是从C没有内建的布尔类型的时候遗留下来的。所以当x和0.5相比时,结果是0或者1,而不是x的值。实际上,第二个比较执行起来就像一个相当古怪的否定操作符,也就是说这个if语句的内容只有当x比-0.5小的时候才会执行。

Nil的比较

Objective-C相当的与众不同,因为对nil发送消息不会发生任何事情,而是简单的返回0。基本上,在你可能遇到的每种语言中,同样的事情要么被类型系统禁止,要么就是产生一个运行时错误。这既是优点也是缺点。鉴于这个文章的主题,我们来关注下缺点。

首先,我们看一个等同性的测试:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">[nil isEqual: @"string"]</span>

给nil发送消息总是返回0,在这儿就相当于NO。这次恰好是正确的答案,所以看起来我们有个不错的开头!但是,看看这个:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">[nil isEqual: nil]</span>

这个也是返回NO。即使参数是完全相同的值也无关紧要。参数的值到底是什么根本不重要,因为给nil发送消息不管怎样总是返回0。所以用isEqual:来判断,nil永远不会等同于任何东西,包括它自身。大多情况下这是正确的,但不总是。

最后,再考虑和nil比较的另一种顺序:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">[@"string" isEqual: nil]</span>

这个会怎样呢?好吧,我们无法确定。它有可能返回NO,也有可能会抛出异常,还有可能干脆崩溃。给一个没有明确告知可以接受nil为参数的方法传递nil是一个坏注意。并且,isEqual:并没有表明它可以接受nil。

很多Cocoa类都包含一个compare:方法。该方法接受相同类的另一个对象作为参数,并返回NSOrderedAscending、 NSOrderedSame、NSOrderedDescending中的一个,用于表示小于、相等或者大于。

如果我们把nil传给compare会发生什么事情呢?

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">[nil compare: nil]</span>

这会返回0,刚好和NSOrderedSame相同。与isEqual:不同,compare:认为nil和nil是相同的。真好!但是:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">[nil compare: @"string"]</span>

这一样会返回NSOrderedSame,明显是错误的答案。compare:会认为nil和任何东西都相等。

最终,和isEqual:一样,将nil作为参数传递给它也是个坏注意:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">[@"string" compare: nil]</span>

简而言之,对nil进行比较的时候要注意点。它并不会真的正常工作。如果你的代码中有可能遇到nil,那么在你进行isEqual:和compare:之前,你最好先进行检查并对之进行单独处理。

散列法

你写了个很小的类用于保存一些数据,并且有很多的这个类的相等的实例,所以你实现了isEqual:方法,这样这些实例就可以被视为相等的。然后你开始将这些对象加入到一个NSSet当中,事情就开始变得奇怪了。这个集合(set)在你仅仅加入一个对象的情况下声称持有多个实例。它找不到你刚刚加入的对象。它甚至可能崩溃或者发生内存错误。

这可能在你只实现了isEqual:但是没有实现hash的情况下发生。大量的Cocoa代码中要求,如果两个对象比较的结果是相等 的,那么他们应该拥有相同的哈希值。如果你只重写了isEqual:,你违背了这个要求。任何时候你重写了isEqual:,永远同时重写hash。要了 解更多的信息,可以看这篇文章实现等同性和散列法(Implementing Equality and Hashing)。

假设你在写一些单元测试。有一个方法理应返回一个数组,其中包含一个对象。于是你写了一个测试来验证它:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">STAssertEqualObjects([obj method], @[ @"expected" ], @”Didn’t get the expected array”);</span>

这儿用了新的文本型语法来让它保持简短。很不错,对吧?

现在我们有另一个方法返回的数组中包含两个对象,于是我们为之写了这样一个测试:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">STAssertEqualObjects([obj methodTwo], @[ @"expected1", @"expected2" ], @”Didn’t get the expected array”);</span>

突然,代码无法通过编译,并且产生一堆十分奇怪的错误。这是怎么回事?

问题在于STAssertEqualObjects是个宏。宏是由预处理器展开的,并且预处理器是个古老的、相当愚蠢的程序,它不知道任何的现代Objective-C语法,或者现代C语法。预处理器按照逗号将宏参数分割开。它足够聪明,知道括号是可以递归的,所以这个宏被它视作三个参数:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">Macro(a, (b, c), d)</span>

这里第一个参数是a,第二个是(b,c),然后第三个是d。但是,预处理器不知道它需要对[]和{}做相同的处理。之前的那个宏,预处理器看到的是四个参数:

·[obj methodTwo]

·@[ @"expected1"

·@"expected2 ]

·@”Didn’t get the expected array”

这个结果完全是代码碎片,不仅不能编译,而且还迷惑了编译器,使之无法提供可理解的诊断信息。一旦知道了问题在哪里,解决方法很简单了。Objective-C编写的iOS应用安全在于有一种加密技术,能够防止被反编译、破解,只要使用了加密技术,这些完全都不是问题!只要将那些文本用括号括起来,这样预处理器就会把它当作一个参数了:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">STAssertEqualObjects([obj methodTwo], (@[ @"expected1", @"expected2" ]), @”Didn’t get the expected array”);</span>

单元测试是我最经常遇到的,但是它随时都有可能突然冒出来一个宏。Objective-C文本会成为受害者,C的复合文本(C compound literals)也是。如果你在block中使用逗号,尽管很少遇到,但是是合法的,那么也可能出问题。你会发现Apple在Block_copy和 Block_release宏中已经考虑到了这个问题,这两个宏在/usr/include/Block.h中:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">#define Block_copy(…) ((__typeof(__VA_ARGS__))_Block_copy((const void *)(__VA_ARGS__)))
#define Block_release(…) _Block_release((const void *)(__VA_ARGS__))</span>

这些宏理论上只接受单一的参数,但它们被声明成接受可变参数以避免这个问题。通过接受…作为参数,并使用__VA_ARGS__来指代参数,带逗号的“多参数”被复制到了宏的输出。你可以用相同的方法让自己的宏避免这个问题,尽管它只对多参数宏的最后一个参数有效。

属性合成(Property Synthesis)

看下面这个类:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">@interface MyClass : NSObject {
NSString *_myIvar;
}
@property (copy) NSString *myIvar;
@end
@implementation MyClass
@synthesize myIvar;
@end</span>

没什么问题,是吗?ivar的声明和@synthesize在现在有点多余,但是没有关系。

很不幸,这段代码会默默的忽略掉_myIvar并且合成一个新的不带前缀下划线的变量myIvar。如果你的代码中直接使用了ivar,它的值会和代码中直接使用属性的值不一样。很混乱!

@synthesize合成的变量名字的规则有点怪异。如果你通过 @synthesize myIvar = _myIvar;来指定变量名字,那么当然它用的是你所指定的任何名字。如果你没有指定变量名,那么它会合成一个与属性名相同名字的变量。如果你干脆连@synthesize也一起省略了,那么它会合成一个名字和属性名相同,但是带一个前缀下划线的变量。

除非你需要支持32位的Mac,你现在最好的选择就是避免显示地为属性声明对应的变量。让@synthesize创建该变量,并且如果你搞错了名字,你会得到一个好的编译警告,而不是难以理解的行为。

被中断的系统调用

Cocoa代码一般坚持使用高级结构,但有时需要降低一些来处理POSIX时也很实用。例如,这些代码会向一个文件描述符中写入一些数据:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">int fd;
NSData *data = …;
const char *cursor = [data bytes];
NSUInteger remaining = [data length];
while(remaining > 0) {
ssize_t result = write(fd, cursor, remaining);
if(result < 0)
{
NSLog(@”Failed to write data: %s (%d)”, strerror(errno), errno);
return;
}
remaining -= result;
cursor += result;
}</span>

但是,这可能会失败,它失败的方式会很奇怪,并且是间歇性的。像这样的POSIX调用是可以被信号打断的。即使是应用当中在其他地 方处理的无害的信号,例如SIGCHLD、SIGINFO,都会导致这种情况发生。如果你使用了NSTask或者进行多线程的工作,SIGCHLD就会产 生。当write被信号打断的时候,它会返回-1,并且将errno设置为EINTR来表示这个调用被中断。上述代码将所有错误都当作是致命的,并往外 跳,尽管它仅仅是需要被重新调用。正确的代码应该单独检查这种情况,并重试该调用:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">while(remaining > 0) {
ssize_t result = write(fd, cursor, remaining);
if(result < 0 && errno == EINTR)
{
continue;
}
else if(result < 0)
{
NSLog(@”Failed to write data: %s (%d)”, strerror(errno), errno);
return;
}
remaining -= result;
cursor += result;
}</span>

字符串长度

相同的字符串,用不同的方式表示,会有不同的长度。这个是相当常见的但是确实有错的样例:

write(fd, [string UTF8String], [string length]);

这个问题在于当write需要一个字节数的时候,NSString是以utf-16编码为单位计算长度的。仅当字符串中只包含 ASCII字符的时候,这两个数才会相等(这就是为什么人们如此经常写这种错误代码却能侥幸无事)。当字符串中一旦包含非ASCII字符,例如重音字符, 它们就不再相等。请一直使用相同的表示法来计算你正在操作的字符串长度:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">const char *cStr = [string UTF8String];
write(fd, cStr, strlen(cStr));</span>

强制转换成BOOL类型

看下这段用于检查一个对象指针是否是空的代码:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">- (BOOL)hasObject
{
return (BOOL)_object;
}</span>

一般来说,它能正常工作。但,大概6%的概率,它会在_object不为nil的情况下返回NO。出什么事了?

BOOL,很不幸,它不是布尔类型。这是它的定义:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">typedef signed char BOOL;</span>

这是另一个很不幸的从C没有布尔类型的时候遗留下来的问题。Cocoa早在C99的_Bool出现前,将它自己的“布尔“类型定义 为signed char,也就是一个8位的整数。当你将一个指针转转为整型时,你将得到指针本身的数值。当你将指针转换成小整型的时候,那么你将得到指针的低位部分的数 值。当指针看起来像这样:

….110011001110000

转成BOOL就会得到:

01110000

这个值非0,也就是说它是被正确计算的。那么问题是什么?问题在于如果指针看起来像这样:

….110011000000000

那么转成BOOL就会得到:

00000000

这个值是0,也就是NO,即使指针本身不是nil。啊哦!

这个发生的频率有多高?BOOL类型有256个可能的值,而NO只占其中一个。所以我们可以简单的假设它发生的概率是1/256。但Objective-C的对象在分配内存的时候是对齐的,一般来说是16位对齐。也就是说指针的最低4位一直都是0(有些地方会利用它们来对指针进行标记),故转换成BOOL后,只有4位的值是会变化的。那么所有位都为0的可能性就变成了1/16,也就是大概6%。

安全的实现这个方法,需要和nil进行一个显示的对比:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">- (BOOL)hasObject
{
return _object != nil;
}</span>

如果你想耍点小聪明,并使代码变得难以阅读,可以连续使用两次!操作符。!!结构有时被称为C语言的布尔转换操作符,虽然这只是它的一部分功能。

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">- (BOOL)hasObject
{
return !!_object;
}</span>

倒数第一个!根据_object是否为nil产生一个1或者0的值。第二个!再将它转为正确的值,如果_object为nil,则产生1,否则产生0。

你应该坚持使用!= nil的版本。

丢失的方法参数

假设你正在实现一个表格视图的数据源。你将这个加入到你的类的方法中:

<span style="font-family:Arial;font-size:14px;">- (id)tableView:(NSTableView *) objectValueForTableColumn:(NSTableColumn *)aTableColumn row:(NSInteger)rowIndex
{
return [dataArray objectAtIndex: rowIndex];
}</span>

于是开始运行应用,然后NSTableView开始抱怨说你没有实现这个方法。但是它明明就在那儿!

像往常一样,计算机是正确的。计算机是你的朋友。

认真点看,第一个参数丢失了。为什么这样也能编译呢?

原因在于Objective-C允许空的选择符部分。上面声明的并不是一个丢失了一个参数的名叫 tableView:objectValueForTableColumn:row: 的方法。而是声明了名叫 tableView::row: 的方法,并且它的第一个参数名叫objectValueForTableColumn. 这是一个相当不愉快的方法来键入一个方法的名字,并且如果你在一个编译器无法提示你方法丢失的情况下犯了这个错,你可能就要花上相当长的时间用于调试这个 问题。

总结

Objective-C和Cocoa给大意的程序员准备了相当多的陷阱。上面的只是个示例罢了。但是它的确是一个好的问题清单,列出了那些需要被注意的问题。

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