Fast Enumeration
在 Objective-C 2.0 中提供了快速枚举的语法,它是我们遍历集合元素的首选方法。它具有以下优点:
- 比直接使用 NSEnumerator 更高效;
- 语法非常简洁;
- 如果集合在遍历的过程中被修改,它会抛出异常;
- 可以同时执行多个枚举。
一、解析 NSFastEnumeration 协议
在 Objective-C 中,我们要想实现快速枚举就必须要实现 NSFastEnumeration 协议,在这个协议中,只声明了一个必须实现的方法:
/**
Returns by reference a C array of objects over which the sender should iterate, and as the return value the number of objects in the array.
@param state Context information that is used in the enumeration to, in addition to other possibilities, ensure that the collection has not been mutated.
@param buffer A C array of objects over which the sender is to iterate.
@param len The maximum number of objects to return in stackbuf.
@discussion The state structure is assumed to be of stack local memory, so you can recast the passed in state structure to one more suitable for your iteration.
@return The number of objects returned in stackbuf. Returns 0 when the iteration is finished.
*/
- (NSUInteger)countByEnumeratingWithState:(NSFastEnumerationState *)state
objects:(id __unsafe_unretained _Nullable [_Nonnull])buffer
count:(NSUInteger)len
结构体 NSFastEnumerationState
的定义如下:
typedef struct {
unsigned long state;
id __unsafe_unretained _Nullable * _Nullable itemsPtr;
unsigned long * _Nullable mutationsPtr;
unsigned long extra[5];
} NSFastEnumerationState;
这个方法的目的是什么?
概括地说,这个方法就是用于返回一系列的 C 数组,以供调用者进行遍历。
为什么是一系列的 C 数组呢?因为,在一个 for/in 循环中,这个方法其实会被调用多次,每一次调用都会返回一个 C 数组。至于为什么是 C 数组,那当然是为了提高效率了。
既然要返回 C 数组,也就意味着我们需要返回一个数组的指针和数组的长度。而数组的长度就是通过这个方法的返回值来提供的,而数组的指针则是通过结构体 NSFastEnumerationState
的 itemsPtr
字段进行返回的。所以,这两个值就一起定义了这个方法返回的 C 数组。
通常来说,NSFastEnumeration 允许我们直接返回一个指向内部存储的指针,但是并非所有的数据结构都能够满足内存连续的要求。因此,NSFastEnumeration 还为我们提供了另外一种实现方案,我们可以将元素拷贝到调用者提供的一个 C 数组上,即 buffer ,它的长度由参数 len
指定。
“如果集合在遍历的过程中被修改的话,NSFastEnumeration 就会抛出异常”,这个功能是通过 mutationsPtr
字段来实现的,它指向一个这样的值,这个值在集合被修改时会发生改变。因此,我们就可以利用它来判断集合在遍历的过程中是否被修改。
NSFastEnumerationState 中的 state
和 extra
是调用者提供给被调用者自由使用的两个字段,调用者根本不关心这两个字段的值。因此,我们可以利用它们来存储任何对自身有用的值。
二、揭密快速枚举的内部实现
自定义 main.m 文件,代码如下:
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, char * argv[]) {
NSArray *array = @[ @1, @2, @3 ];
for (NSNumber * number in array) {
if ([number isEqualToNumber:@1]) {
continue;
}
NSLog(@"%@", number);
break;
}
}
接着,我们使用下面的 clang
命令将 main.m 文件重写成 C++ 代码:
clang -rewrite-objc main.m
生成 main.cpp 文件,其中 main 函数的代码如下:
int main(int argc, char * argv[]) {
// 创建数组 @[ @1, @2, @3 ]
NSArray *array = ((NSArray *(*)(Class, SEL, const ObjectType *, NSUInteger))(void *)objc_msgSend)(objc_getClass("NSArray"), sel_registerName("arrayWithObjects:count:"), (const id *)__NSContainer_literal(3U, ((NSNumber *(*)(Class, SEL, int))(void *)objc_msgSend)(objc_getClass("NSNumber"), sel_registerName("numberWithInt:"), 1), ((NSNumber *(*)(Class, SEL, int))(void *)objc_msgSend)(objc_getClass("NSNumber"), sel_registerName("numberWithInt:"), 2), ((NSNumber *(*)(Class, SEL, int))(void *)objc_msgSend)(objc_getClass("NSNumber"), sel_registerName("numberWithInt:"), 3)).arr, 3U);
{
NSNumber * number;
// 初始化结构体 NSFastEnumerationState
struct __objcFastEnumerationState enumState = { 0 };
// 初始化数组 stackbuf
id __rw_items[16];
id l_collection = (id) array;
// 第一次调用 - countByEnumeratingWithState:objects:count: 方法,形参和实参的对应关系如下:
// state -> &enumState
// stackbuf -> __rw_items
// len -> 16
_WIN_NSUInteger limit =
((_WIN_NSUInteger (*) (id, SEL, struct __objcFastEnumerationState *, id *, _WIN_NSUInteger))(void *)objc_msgSend)
((id)l_collection,
sel_registerName("countByEnumeratingWithState:objects:count:"),
&enumState, (id *)__rw_items, (_WIN_NSUInteger)16);
if (limit) {
// 获取 mutationsPtr 的初始值
unsigned long startMutations = *enumState.mutationsPtr;
// 外层的 do/while 循环,用于调用 - countByEnumeratingWithState:objects:count: 方法,获取 C 数组
do {
unsigned long counter = 0;
// 内层的 do/while 循环,用于遍历获取到的 C 数组
do {
// 判断 mutationsPtr 的值是否有发生变化,如果有则使用 objc_enumerationMutation 函数抛出异常
if (startMutations != *enumState.mutationsPtr) objc_enumerationMutation(l_collection);
// 使用指针的算术运算获取相应的集合元素,这是快速枚举之所以高效的关键所在
number = (NSNumber *)enumState.itemsPtr[counter++];
{
if (((BOOL (*)(id, SEL, NSNumber *))(void *)objc_msgSend)((id)number, sel_registerName("isEqualToNumber:"), ((NSNumber *(*)(Class, SEL, int))(void *)objc_msgSend)(objc_getClass("NSNumber"), sel_registerName("numberWithInt:"), 1))) {
// continue 语句的实现,使用 goto 语句无条件转移到内层 do 语句的末尾,跳过中间的所有代码
goto __continue_label_1;
}
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_cr_xxw2w3rd5_n493ggz9_l4bcw0000gn_T_main_fc7b79_mi_0, number);
// break 语句的实现,使用 goto 语句无条件转移到最外层 if 语句的末尾,跳出嵌套的两层循环
goto __break_label_1;
};
// goto 语句标号,用来实现 continue 语句
__continue_label_1: ;
} while (counter < limit);
} while ((limit =
((_WIN_NSUInteger (*) (id, SEL, struct __objcFastEnumerationState *, id *, _WIN_NSUInteger))(void *)objc_msgSend)
((id)l_collection,
sel_registerName("countByEnumeratingWithState:objects:count:"),
&enumState, (id *)__rw_items, (_WIN_NSUInteger)16)));
number = ((NSNumber *)0);
// goto 语句标号,用来实现 break 语句
__break_label_1: ;
} else {
number = ((NSNumber *)0);
}
}
}
如上代码所示,快速枚举其实就是用两层 do/while
循环来实现的,外层循环负责调用 - countByEnumeratingWithState:objects:count:
方法,获取 C 数组,而内层循环则负责遍历获取到的 C 数组。同时,我想你应该也注意到了它是如何利用 mutationsPtr 来检测集合在遍历过程中的突变的,以及使用 objc_enumerationMutation 函数来抛出异常。
正如前面提到的,在快速枚举的实现中,确实没有用到结构体 NSFastEnumerationState 中的 state 和 extra 字段,它们只是提供给 - countByEnumeratingWithState:objects:count: 方法的实现者自由使用的字段。
值得一提的是,在 main.m 中加入了 continue 和 break 语句。因此,我们有机会看到了在 for/in 语句中是如何利用 goto 来实现 continue 和 break 语句的。
三、实现 NSFastEnumeration 协议
NSFastEnumeration 在设计上允许我们使用两种不同的方式来实现它。如果集合中的元素在内存上是连续的,那么我们可以直接返回这段内存的首地址;如果不连续,比如链表,就只能使用调用者提供的 C 数组 buffer 了,将我们的元素拷贝到这个 C 数组上。
接下来,我们将通过一个自定义的集合类 Array ,来演示这两种不同的实现 NSFastEnumeration 协议的方式。注:完整的项目代码这里。
@interface Array : NSObject <NSFastEnumeration>
- (instancetype)initWithCapacity:(NSUInteger)numItems;
@end
@implementation Array {
std::vector<NSNumber *> _list;
}
- (instancetype)initWithCapacity:(NSUInteger)numItems {
self = [super init];
if (self) {
for (NSUInteger i = 0; i < numItems; i++) {
_list.push_back(@(random()));
}
}
return self;
}
#define USE_STACKBUF 1
- (NSUInteger)countByEnumeratingWithState:(NSFastEnumerationState *)state objects:(id __unsafe_unretained [])stackbuf count:(NSUInteger)len {
// 这个方法的返回值,即我们需要返回的 C 数组的长度
NSUInteger count = 0;
// 我们前面已经提到了,这个方法是会被多次调用的
// 因此,我们需要使用 state->state 来保存当前遍历到了 _list 的什么位置
unsigned long countOfItemsAlreadyEnumerated = state->state;
// 当 countOfItemsAlreadyEnumerated 为 0 时,表示第一次调用这个方法
// 我们可以在这里做一些初始化的设置
if (countOfItemsAlreadyEnumerated == 0) {
// 我们前面已经提到了,state->mutationsPtr 是用来追踪集合在遍历过程中的突变的
// 它不能为 NULL ,并且也不应该指向 self
//
// 这里,因为我们的 Array 类是不可变的,所以我们不需要追踪它的突变
// 因此,我们的做法是将它指向 state->extra 的其中一个值
// 因为我们知道 NSFastEnumeration 协议本身并没有用到 state->extra
//
// 但是,如果你的集合是可变的,那么你可以考虑将 state->mutationsPtr 指向一个内部变量
// 而这个内部变量的值会在你的集合突变时发生变化
state->mutationsPtr = &state->extra[0];
}
#if USE_STACKBUF
// 判断我们是否已经遍历完 _list
if (countOfItemsAlreadyEnumerated < _list.size()) {
// 我们知道 state->itemsPtr 就是这个方法返回的 C 数组指针,它不能为 NULL
// 在这里,我们将 state->itemsPtr 指向调用者提供的 C 数组 stackbuf
state->itemsPtr = stackbuf;
// 将 _list 中的元素填充到 stackbuf 中,直到以下两个条件中的任意一个满足时为止
// 1. 已经遍历完 _list 中的所有元素
// 2. 已经填充满 stackbuf
while (countOfItemsAlreadyEnumerated < _list.size() && count < len) {
// 取出 _list 中的元素填充到 stackbuf 中
stackbuf[count] = _list[countOfItemsAlreadyEnumerated];
// 更新我们的遍历位置
countOfItemsAlreadyEnumerated++;
// 更新我们返回的 C 数组的长度,使之与 state->itemsPtr 中的元素个数相匹配
count++;
}
}
#else
// 判断我们是否已经遍历完 _list
if (countOfItemsAlreadyEnumerated < _list.size()) {
// 直接将 state->itemsPtr 指向内部的 C 数组指针,因为它的内存地址是连续的
__unsafe_unretained const id * const_array = _list.data();
state->itemsPtr = (__typeof__(state->itemsPtr))const_array;
// 因为我们一次性返回了 _list 中的所有元素
// 所以,countOfItemsAlreadyEnumerated 和 count 的值均为 _list 中的元素个数
countOfItemsAlreadyEnumerated = _list.size();
count = _list.size();
}
#endif
// 将本次调用得到的 countOfItemsAlreadyEnumerated 保存到 state->state 中
// 因为 NSFastEnumeration 协议本身并没有用到 state->state
// 所以,我们可以将这个值保留到下一次调用
state->state = countOfItemsAlreadyEnumerated;
// 返回 C 数组的长度
return count;
}
@end
值得一提的是,在第二种方式的实现中,我们用到了 ARC 下不同所有权对象之间的相互转换,代码如下:
__unsafe_unretained const id * const_array = _list.data();
state->itemsPtr = (__typeof__(state->itemsPtr))const_array;
其实,这里面涉及到两次类型转换,第一次是从 __strong NSNumber *
类型转换到 __unsafe_unretained const id *
类型,第二次是从 __unsafe_unretained const id *
类型转换到 id __unsafe_unretained *
类型,更多信息可以查看 AutomaticReferenceCounting 中的 4.3.3 小节。
四、内容来源
雷纯锋的技术博客 - Objective-C Fast Enumeration 的实现原理
Fast Enumeration的更多相关文章
- [报错]Fast enumeration variables cannot be modified in ARC by default; declare the variable __strong to allow this
今天写了下面的快速枚举for循环代码,从按钮数组subButtons中取出button,然后修改button的样式,在添加到view中 for (UIButton *button in subButt ...
- Objective-C Fast Enumeration
Fast enumeration is an Objective-C's feature that helps in enumerating through a collection. So in o ...
- Objective-C 高性能的循环
Cocoa编程的一个通常的任务是要去循环遍历一个对象的集合 (例如,一个 NSArray, NSSet 或者是 NSDictionary). 这个看似简单的问题有广泛数量的解决方案,它们中的许多不乏 ...
- Objective-C 高性能的循环遍历 forin - NSEnumerator - 枚举 优化
Cocoa编程的一个通常的任务是要去循环遍历一个对象的集合 (例如,一个 NSArray, NSSet 或者是 NSDictionary). 这个看似简单的问题有广泛数量的解决方案,它们中的许多不乏 ...
- 集合类(Objective-C & Swift)
内容提要: 本文前两部分讲了Cocoa的集合类和Swift的集合类,其中Cocoa提供的集合类包括NSArray.NSMutableArray.NSDictionary.NSMutableDictio ...
- 词典对象 NSDictionary与NSMutableDictionary
做过Java语言或者 C语言开发的朋友应该很清楚关键字map 吧,它可以将数据以键值对儿的形式储存起来,取值的时候通过KEY就可以直接拿到对应的值,非常方便,是一种非常常用的数据结构.在Objecti ...
- IOS常用加密GTMBase64
GTMDefines.h // // GTMDefines.h // // Copyright 2008 Google Inc. // // Licensed under the Apache Lic ...
- Objective-C学习篇07—NSArray与NSMutableArray
大纲 NSArray NSMutableArray 快速枚举 NSArray NSArray是一个静态数组,也就是一个不可变数组,一旦创建以后,就不能进行添加,删除或者修改其中的元素.NSArray继 ...
- iOS苹果官方Demo合集
Mirror of Apple’s iOS samples This repository mirrors Apple’s iOS samples. Name Topic Framework Desc ...
随机推荐
- 一文看懂js中元素偏移量(offsetLeft,offsetTop,offsetWidth,offsetHeight)
偏移量(offset dimension) 偏移量:包括元素在屏幕上占用的所有可见空间,元素的可见大小有其高度,宽度决定,包括所有内边距,滚动条和边框大小(注意,不包括外边距). 以下4个属性可以获取 ...
- 基于Modelsim的直方图统计算法仿真
一.前言 本篇主要针对牟新刚编著<基于FPGA的数字图像处理及应用>第六章第五节中直方图统计相关类容进行总结,包括代码实现及 基于Modelsim的仿真.书读百遍,其意自现. 2020-0 ...
- PHP mysql事务问题实例分析
本文实例分析了PHP的mysql事务问题.分享给大家供大家参考,具体如下: 对于myisam数据库,可以控制事务的进行: $mysqlrl = mysql_connect ( $db_config [ ...
- Block as a Value for SQL over NoSQL
作者 Yang Cao,Wenfei Fan,Tengfei Yuan University of Edinburgh,Beihang University SICS, Shenzhen Univer ...
- vue的watch
watch它可以用来监测Vue实例上的数据变动 尽量一张图解释清楚(尝试用圈圈区分关系): 写的很简单,watch本来就没啥东西我理解为响应式侦听全局变量 watch里绑定全局变量,被绑定全局变量发 ...
- scrapy中间件中使用selenium切换ip
scrapy抓取一些需要js加载页面时一般要么是通过接口直接获取数据,要么是js加载,但是我通过selenium也可以获取动态页面 但是有个问题,容易给反爬,因为在scrapy中间件mid中使用sel ...
- 【Oracle】RAC的多实例数据迁移至单机的多实例。
思路:一般的思路可以通过RMAN进行数据的恢复.由于数据库可以停机,因此,这次试用数据泵(expdp,impdp)进行数据 的导入导出. 1.源数据库导出 通过编写导出shell脚本导出数据,如下: ...
- 解决Ajax中IE浏览器缓存问题
解决Ajax中IE浏览器缓存问题 1.首先,先看一张图.从这张图中我们可以清楚的了解到从请求的发出到解析响应的过程. 2.根据图中的三个节点我们可以使用三种方式解决这个缓存问题(主要是针对ie) 2. ...
- List remove ConcurrentModificationException源码分析
代码块 Java Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException at j ...
- SpringBoot2整合Shiro报错 UnavailableSecurityManagerException: No SecurityManager accessible to the calling code 【已解决】
SpringBoot集成Shiro报错 UnavailableSecurityManagerException: No SecurityManager accessible to the callin ...