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Objective-C
Objective-C, auch kurz ObjC genannt, erweitert die Programmiersprache C um Sprachmittel zur objektorientierten Programmierung. Objective-C ist eine echte Obermenge von C, das bedeutet, dass jedes C-Programm mit einem Objective-C-Compiler kompiliert werden kann. Objective-C ist die primäre Sprache von Cocoa (macOS) und GNUstep. Die Syntax und Konzeption der objektorientierten Erweiterungen ist an Smalltalk angelehnt und von der gewöhnlichen prozeduralen C-Syntax strikt getrennt. Diese Trennung erlaubt es, dasselbe Erweiterungskonzept auf andere imperative Sprachen anzuwenden; so gibt es etwa Objective Pascal und Objective-J. Objective-C++ erlaubt teilweise die Mischung von Objective-C mit C++-Code mit dem Ziel, älteren Code verwenden zu können. Unter den im TIOBE-Index erfassten Sprachen konnte Objective-C in den Jahren 2011 und 2012 den größten Zuwachs verzeichnen und erhielt deshalb zweimal in Folge den Titel Sprache des Jahres.[2][3] GeschichteObjective-C wurde hauptsächlich von Brad Cox und Tom Love in den 1980er Jahren bei PPI, später Stepstone, entwickelt, später dann von NeXT in die GNU Compiler Collection integriert, um als Basis für NeXTSTEP zu dienen. Auf der Worldwide Developers Conference 2006 gab Apple, das zwischenzeitlich NeXT aufgekauft hatte, die Freigabe von „Objective-C 2.0“ bekannt. Dieser Versionssprung wurde begründet mit zahlreichen tiefgreifenden Verbesserungen, u. a. ein modernes Speichermanagement (garbage collection), Syntax-Verbesserungen,[4] Laufzeit-Performance-Verbesserungen,[5] und Unterstützung für 64-Bit-Plattformen. Wesentliche Eigenschaften Einer der Leitgedanken beim Entwurf von Objective-C war es, sich der Flexibilität von Smalltalk anzunähern, jedoch auf das zu verzichten, was das Laufzeitverhalten verschlechtern könnte. Der offensichtlichste Verzicht gegenüber Smalltalk ist das Fehlen von Blöcken. Daher ist ein Objective-C-Programm bereits zur Übersetzungszeit vollständig kompilierbar. (Soweit zwischenzeitlich Blocks als Closures eingeführt wurden, ändert dies nichts, da es sich um bereits kompilierte Literale handelt.) Viele Konzepte sind gar nicht in der Sprachdefinition selbst festgelegt, sondern werden erst durch das Framework, also etwa Cocoa oder GNUStep, ermöglicht. Insbesondere ist das gesamte Laufzeitsystem nicht im Compiler implementiert, sondern besteht aus C-Funktionen. In Objective-C wird bspw. beim Versenden einer Nachricht an ein Objekt die C-Funktion Dynamisches BindenEine bemerkenswerte Eigenschaft von Objective-C ist das dynamische Binden von Methoden. Polymorphie ist im Gegensatz zu Sprachen, die auf Simula-67 basieren, nicht nur innerhalb einer Klassenhierarchie möglich, sondern auch darüber hinaus. Eine Methode mit einem bestimmten Namen (Selector) kann von Objekten jeder Klasse ausgeführt werden, die sie implementieren. Es ist nicht erforderlich, dass der Aufrufer die Klasse kennt oder die Methoden bereits in einer Basisklasse – wenn auch nur virtuell – definiert worden sind. Dynamische Typisierung und typloses idEs ist daher für den Absender nicht notwendig, die Klasse des Empfängers zu kennen. Vielmehr existiert ein Typ NachrichtenIn Objective-C gibt es eine strikte Trennung von Nachrichten und Methoden. Man spricht daher eigentlich in Objective-C gar nicht von Methodenaufrufen. Vielmehr gibt es einen Nachrichtensender (Sender) und einen Nachrichtenempfänger (Receiver). Allein der Receiver entscheidet anhand der Nachricht, welche Methode ausgeführt wird. Dabei wird zunächst versucht, eine gleichnamige Methode zu finden. Es existiert dazu korrespondierend ein Datentyp Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, in einer IDE ganze Objektgraphen und Bedienungsoberflächen zu gestalten und zu verbinden, ohne dass die Eingabe von Sourcecode durch den Programmierer oder durch die IDE selbst erforderlich ist. Umgekehrt handelt es sich aber um das „normale“ Vorgehen des Dispatchers, sodass kein Aufsatz hierfür erforderlich ist und der Programmierer jederzeit die Kontrolle über die Ausführung jeder Methode behält.[6] In der Praxis entfällt damit ein Großteil der Programmierarbeit. KategorienKategorien sind Erweiterungen bereits bestehender Klassen um weitere Methoden. Hervorzuheben ist hierbei, dass die in den Kategorien enthaltenen Methoden auch Instanzen erweitern, die von fremdem Code erzeugt werden. Dies gilt auch dann, wenn der fremde Code die Kategorie gar nicht kennt. Darüber hinaus verhält es sich so, dass diese Kategorie auch Instanzen hinzugefügt wird, die aus bestehendem Code stammen und daher die nachträglich hinzugefügte Kategorie gar nicht kennen. Wird also etwa in einem Framework, welches vor Jahren entwickelt wurde und dessen Sourcecode nicht vorliegt, eine Instanz von ProtokolleÄhnlich wie in Java mit Interfaces lassen sich in Objective-C Sätze von Methoden in Protokollen zusammenfassen. RTTI/ReflexionZur Laufzeit wird zu jedem Objekt, mittels RTTI, ein Verweis auf seinen Typ, also die Klasse, mitgeführt. Die Klasse enthält darüber hinaus eine Beschreibung aller Instanzvariablen und implementierten Methoden. Hieran entscheidet der Dispatcher im Receiver, welche Methode er der Nachricht zuordnet. Umgekehrt kann der Absender erfragen, welche Methoden implementiert sind. KlassenobjekteIn Objective-C existieren nicht nur Instanzobjekte (kurz: Instanzen), sondern auch Klassenobjekte. Die Bezeichnung „Exemplar einer Klasse“ ist daher in Objective-C mehrdeutig.
Klassenobjekte können jedoch keine Member-Variablen enthalten und sind stets Singletons. Klassenmethoden werden durch ein vorangestelltes Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang die Eigenschaft, dass es für diese Klassenobjekte einen SyntaxDie Syntax von Objective-C erweitert die C-Syntax um objektorientierte Elemente. Diese Syntaxerweiterungen lehnen sich jedoch nicht an die C-Syntax an, sondern an die der Programmiersprache Smalltalk. Der Hintergrund ist, dass der objektorientierte Aufsatz sich grundsätzlich auch mit anderen Programmiersprachen kombinieren lässt, etwa mit Pascal zu Objective-Pascal. Sämtliche neuen Schlüsselwörter sind mit einem voranstehenden @ gekennzeichnet. KlassendefinitionUm seine eigene Art von Objekten zu erstellen, muss man sie in einer Klasse beschreiben. Dazu wird im Klassenbezeichnung und Vererbung@interface Bruch : NSObject <Protokoll0, Protokoll1>
Jede Klasse hat einen Namen, der konventionsgemäß mit einem Großbuchstaben beginnt und im CamelCase fortgeführt wird. Die Bezeichner folgen den C-Regeln, dürfen also insbesondere keine Umlaute enthalten. Durch einen Doppelpunkt getrennt wird sodann die Basisklasse angegeben. Schließlich können in spitzen Klammern Protokolle angegeben werden, deren Implementierung versprochen wird. Handelt es sich um mehrere Protokolle, so sind deren Namen in den Klammern mit Kommata getrennt aufzulisten. InstanzvariablenEs folgt in geschweiften Klammern die Liste der Instanzvariablen. {
NSInteger zaehler;
NSInteger nenner;
}
Diese werden für jede Instanz angelegt. Die Sichtbarkeit lässt sich über Abschnitte mit @public, @private, @protected und @package (nur bei 64-Bit-Laufzeitsystem) steuern. @public bedeutet hierbei, dass jeder auf diese Instanzvariable zugreifen darf, @protected, dass dies nur im Code derselben Klasse oder abgeleiteten Klassen erfolgen darf, @private, dass dies nur in derselben Klasse erfolgen darf und @package, dass dies nur in Klassen des Frameworks erfolgen darf. Standard ist @protected, welches wegen anderer Technologien tatsächlich fast immer verwendet wird. Daher enthalten die allermeisten Klassendefinitionen keines der Schlüsselwörter zur Sichtbarkeit. Properties (Eigenschaften)Nach den Instanzvariablen ist es seit Objective-C 2 möglich, Eigenschaften (Attribute oder Beziehungen) aufzulisten. Die Definition einer Property hat die Form @property( Attributliste ) Typ name;
Die Attribute lassen sich hinsichtlich des Schreibschutzes, des Referenzmodelles und der Atomarität unterscheiden.
Werden nur Default-Eigenschaften verwendet, so kann die Attributliste samt Klammer weggelassen werden: @property NSInteger zaehler;
Wird jedoch der Code mit Referenzzählung als Speichermodell übersetzt und soll eine Eigenschaft mittels assign nur zugewiesen werden, so muss dies, obwohl voreingestellt, explizit angegeben werden. Ansonsten warnt der Compiler. Es bietet sich generell an, bei Instanzenzeigern explizit das Referenzmodell anzugeben, während es bei C-Typen überflüssig ist, da nur assign sinnvoll ist. @property NSInteger zaehler; // NSInteger ist ein C-Typ.
@property( copy ) NSString* name; // NSString* ist ein Instanzzeiger.
MethodendeklarationenAls Nächstes folgt eine Liste von Methoden: - (void) printLn;
- (float) floatValue;
Jede einzelne Methodendeklaration beginnt zunächst mit einem ‚ Soll die Methode einen Parameter enthalten, so folgt als Teil des Bezeichners die äußere Beschreibung des ersten Parameters, darauf ein Doppelpunkt, in Klammern der Typ und sodann ein Bezeichner. Folgen weitere Parameter, so werden diese nach einem Leerzeichen wieder mit einem beschreibenden Namen versehen (der auch 0 Zeichen haben kann), worauf wieder ein Doppelpunkt, in Klammern der Typ und sodann ein Bezeichner folgen: - (id)initWithZaehler:(NSInteger)zaehler andNenner:(NSInteger)nenner;
Abgeschlossen wird die Deklaration mit einem Semikolon. Die Klassendefinition wird mit @end abgeschlossen. ImplementierungDie Implementierung steht üblicherweise in einer weiteren Datei, die standardmäßig auf .m endet (Eselsbrücke: iMplementation oder Module). Sie beginnt mit @implementation und endet mit einem @end. Dazwischen werden die Methoden implementiert – gleichgültig, ob im Interface bekannt gemacht oder nicht. Dabei sind Standardmethoden und synthetisierte Methoden (nur Objective-C 2) für Eigenschaften (siehe oben) zu unterscheiden, Standardmethoden entsprechen in ihrem Kopf der Methodendeklaration. Jedoch tritt an die Stelle des Semikolons (das jedoch optional bleibt, unüblich!) die Anweisungsliste in geschweiften Klammern: - (id)initWithZaehler:(NSInteger)zaehler andNenner:(NSInteger)nenner
{
// Code hier
}
Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichner der formalen Parameter nicht denen aus der Methodendeklaration entsprechen müssen. Synthetisierte Methoden sind die Zugriffsmethoden für die Eigenschaften: @synthesize zaehler, nenner;
Es werden dann Zugriffsmethoden für die im Interface angegebenen Attribute erzeugt. Standardmäßig verwendet der Compiler dabei gleichnamige Instanzvariablen. Dem Programmierer bleibt es aber vorbehalten, selbst diese Methoden auszuformulieren, wobei diese den Namen eigenschaft und setEigenschaft (nur bei readwrite) tragen müssen: - (NSInteger)zaehler { return zaehler; }
- (void)setZaehler:(NSInteger)value { zaehler = value; }
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass man eine Eigenschaft mittels @dynamic bezeichnet. In diesem Falle überprüft der Compiler nicht mehr das Vorhandensein in der Implementierung. Man kann also die entsprechenden Methoden zur Laufzeit simulieren oder selbst der Klasse hinzufügen: @dynamic zaehler; // Zugriffsmethoden werden zur Laufzeit gehandhabt.
NachrichtenDa Objective-C zwischen Nachricht und Methode unterscheidet, wird für das Versenden von Nachrichten keine an den C-Funktionsaufruf angelehnte Syntax verwendet. Vielmehr erfolgt der Versand in der Form: [Empfänger Nachricht]
Soll eine Nachricht an ein Klassenobjekt verschickt werden, damit eine Klassenmethode ausgeführt wird, so schreibt man einfach die Klasse als Empfänger hin: Bruch* bruch = [Bruch alloc]; // +alloc ist Klassenmethode
Bei Nachrichten an die Instanzmethode wird deren Zeiger verwendet:
NSString *string = @"Hallo Welt";
NSData *data = [NSData dataWithBytes:[string cString] length:[string cStringLength]];
Hiermit wird ein neues Objekt der Klasse Es werden also die Rückgabewerte der Methoden verwendet. Dies geht auch beim Empfänger, zum Beispiel: Bruch* bruch = [[Bruch alloc] init]
Das Objekt, das mit LockingObjective-C bietet eine Syntax für Locks bei Threading an. Hierzu wird ein Code-Abschnitt mit dem Schlüsselwort @synchronized( anInstance ) {
// Exklusiver Code für den Lock anInstance
}
ExceptionsExceptionhandling erfolgt in Objective-C mittels Geworfen wird eine Exception – unmittelbar mit Sprachmitteln – mittels des Schlüsselwortes KlassenobjektObjective-C besitzt so genannte Klassenobjekte. Nicht nur die Instanzen, sondern auch die Klassen sind Objekte und können Nachrichten empfangen, wie oben In der Klassendefinition werden Klassenmethoden mit ‚
TypkonzeptObjective-C fügt zu den Standard-C-Datentypen den Datentyp id hinzu. Ein Objekt des Types id ist irgendein Objekt. Was mit diesem Objekt angefangen werden kann, wird erst zur Laufzeit bestimmt. Hierzu existieren Methoden, etwas über das Objekt zu erfahren. Wichtig sind: [obj class] // bestimmt die Klasse
[obj respondsToSelector:] // bestimmt, ob eine Methode vorhanden ist
[obj conformsToProtocol:] // bestimmt, ob ein Protokoll implementiert ist
Das Typkonzept erlaubt zudem die Typisierung des allgemeinen Objektes oder anderer Objekte durch (formale) Protokolle. Diese legen einen Satz von Methoden fest. Auch diese Protokolle müssen nicht in einem Hierarchiebaum einheitlich sein, werden aber vererbt. Die Typfreiheit erlaubt die Erstellung allgemeiner Container, die im Unterschied zu generischen Containern in Sprachen wie C++ und Java auch typgemischt (heterogen) sein können. Spätes BindenObjective-C bindet einen Methodenaufruf erst zur Laufzeit an eine Methode. Grundsätzlich ist dies auch in C++ so. Jedoch muss in C++ bereits zur Übersetzungszeit sichergestellt sein, dass eine Methode existiert, weil sie zu der Klassenhierarchie gehört. C++ ist also nur bereit, innerhalb eines Zweiges einer Hierarchie spät zu binden, während Objective-C dies unabhängig von der Stellung einer Klasse in einem Hierarchiebaum macht. Dies soll an einem Syntax-neutralen Beispiel verdeutlicht werden: Klasse A
methode()
Klasse B von Klasse A
methode()
Klasse C
methode()
...
Zu diesem Zweck führt Objective-C zur Laufzeit umfangreiche Informationen über ein Objekt mit, was über RTTI hinausgeht. Aus dem letztlich gleichen Grunde ist es auch ohne weiteres möglich, zur Laufzeit erst eine Methode zu bestimmen. Die Methode kann sich ähnlich wie bei einem Methodenzeiger in einer Variablen befinden, die erst zur Laufzeit mit einem Wert besetzt wird. Von dieser Technik macht etwa Cocoa bei der Bindung von Interface-Elementen an Methoden regen Gebrauch. Die Bestimmung der Methode kann auch durch ihren Klarnamen erfolgen. Programmbeispiel NSMutableDictionary *aDictionary = [[NSMutableDictionary alloc] init];
[aDictionary setObject: @"foo" forKey: @"Foo"];
[aDictionary setObject: @"bar" forKey: @"Bar"];
[aDictionary setObject: @"Hallo Welt!" forKey: @"Hello, world!"];
NSLog([aDictionary objectForKey: @"Hello, world!"]);
[aDictionary release];
Ausgabe: Objective-C++Objective-C++ ist ein Frontend der GNU Compiler Collection sowie LLVM/Clang, das Quellen übersetzen kann, die sowohl C++- als auch Objective-C-Syntax verwenden. Objective-C++ versucht nicht, die unterschiedlichen Konzepte der beiden Sprachen zu vereinheitlichen. Vielmehr erweitert es lediglich C++ um die Erweiterungen, die Objective-C zu C hinzufügt. Dies führt zu gewissen Einschränkungen:
Ein typischer Anwendungsbereich von Objective-C++ ist zum Beispiel die Verwendung einer C++-Bibliothek in einer Objective-C-Anwendung. Objective-C 2.0Im Oktober 2007 hat Apple mit Mac OS X Leopard Objective-C 2.0 ausgeliefert, eine Erweiterung von Objective-C, die „moderne Garbage Collection, Syntaxerweiterungen, Verbesserungen der Laufzeitleistung und 64-Bit-Unterstützung umfasst“.[8] Die GNU Laufzeitumgebung für Objective-C unterstützt diese Erweiterungen seit GCC 4.6. Garbage CollectionGNUstep hat in alten Versionen den Garbage Collector von Hans Boehm unterstützt, dieser ist jedoch inkompatibel zu Apples Implementierung. Leopard und GNUstep enthalten einen optionalen konservativen Garbage Collector für Objective-C 2.0. PropertiesObjective-C 2.0 führt eine neue Syntax ein, mit der man Instanzvariablen als Properties deklarieren kann. Die Syntax unterstützt optionale Attribute, welche die Zugriffsmethoden näher definieren: Eine Property kann als Properties werden mit dem Schlüsselwort Dot-NotationAuf Akzessoren, gleichgültig ob explizit definiert oder über eine Property angelegt, kann mit der aus anderen Sprachen bekannten Punkt-Notation zugegriffen werden. Hierbei erfolgt allerdings kein unkontrollierter Zugriff auf die Instanzvariable, sondern es werden die Akzessoren -eigenschaft und set- Eigenschaft verwendet. Um die Punktnotation innerhalb einer Instanzmethode zu verwenden, benutzt man das Schlüsselwort self. Auf die Eigenschaften einer Instanz kann auch dynamisch per Reflexion zugegriffen werden. Schnelle EnumerationAb 2.0 stellt Objective-C die „for-in“-Syntax zur Verfügung, um durch eine Kollektion zu iterieren (sie zu durchlaufen). // alt iterieren
NSEnumerator *enumerator = [thePeople objectEnumerator];
Person *p;
while ((p = [enumerator nextObject]) != nil) {
NSLog(@"%@ is %i years old.", [p name], [p age]);
}
// alternativ iterieren
for (int i = 0; i < [thePeople count]; i++) {
Person *p = [thePeople objectAtIndex:i];
NSLog(@"%@ is %i years old.", [p name], [p age]);
}
// neu iterieren
for (Person *p in thePeople) {
NSLog(@"%@ is %i years old.", [p name], [p age]);
}
Vergleich zu anderen ProgrammiersprachenC++Obwohl beide Sprachen in C einen gemeinsamen Vorfahren haben, ergeben sich insbesondere aus dem späten Binden und der Möglichkeit, Klassen und Nachrichten zur Laufzeit zu erstellen, erhebliche Konzeptunterschiede. FunktionalitätserweiterungObjective-C bietet Kategorien als Lösungsmöglichkeit an. Hierbei wird nachträglich der Methodensatz einer Klasse erweitert. Siehe auchLiteratur
Weblinks
Einzelnachweise
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