iOS底层框架浅析

1.简介

IOS是由苹果公司为iPhone、iPod touch和iPad等设备开发的操作系统。

2.知识点

iPhone OS(现在叫iOS)是iPhone, iPod touch 和 iPad 设备的操作系统。

iOS系统架构：基于UNIX。分为4个层次：
核心操作系统层（最底层）Core OS
核心服务层 Core Services
媒体层 Media
可触摸层 Cocoa Touch

1、Core OS：

它是用FreeBSD和Mach所改写的Darwin, 是开源、符合POSIX标准的一个Unix核心。这一层包含或者说是提供了整个iPhone OS的一些基础功能，比如：硬件驱动, 内存管理，程序管理，线程管理（POSIX），文件系统，网络（BSD Socket）,以及标准输入输出等等，所有这些功能都会通过C语言的API来提供。另外，值得一题的是，这一层最具有UNIX色彩，如果你需要把 UNIX上所开发的程序移植到iPhone上，多半都会使用到Core OS的API.

核心OS层的驱动也提供了硬件和系统框架之间的接口。然而，由于安全的考虑，只有有限的系统框架类能访问内核和驱动。
iPhone OS提供了许多访问操作系统低层功能的接口集，iPhone 应用通过LibSystem库来访问这些功能，这些接口集如下所示：
线程（POSIX线程）
网络（BSD sockets）
文件系统访问
标准I/O
Bonjour和DNS服务
现场信息（Locale Information）
内存分配
数学计算
许多Core OS技术的头文件位于目录<iPhoneSDK>/usr/include/，iPhoneSDK是SDK的安装目录。

2、Core Services：

Core Services在Core OS基础上提供了更为丰富的功能，它包含了Foundation.Framework和Core Foundation.Framework, 之所以叫Foundation ,就是因为它提供了一系列处理字串，排列，组合，日历，时间等等的基本功能。Foundation是属于Objective-C的API，Core Fundation是属于C的API。另外Core servieces还提供了其他的功能，比如：
Security, Core Location, SQLite, 和Address Book. 其中Security是用来处理认证，密码管理，按安全性管理的； Core Location是用来处理GPS定位的；SQLLite是轻量级的数据库，而AddressBook则用来处理电话薄资料的。下面是具体介绍:
（1）电话本
电话本框架（AddressBook.framework）提供了保存在手机设备中的电话本编程接口。开发者能使用该框架访问和修改存储在用户联系人数据库里的记录。例如，一个聊天程序可以使用该框架获得可能的联系人列表，启动聊天的进程（Process），并在视图上显示这些联系人信息等。
（2）核心基础框架
核心基础框架（CoreFoundation.framework）是基于C语言的接口集，提供iPhone应用的基本数据管理和服务功能。该框架支持如下功能：
Collection数据类型（Arrays、 Sets等）；
Bundles；
字符串管理；
日期和时间管理；
原始数据块管理；
首选项管理；
URL和Stream操作；
线程和运行循环（Run Loops）；
端口和Socket通信。
核心基础框架与基础框架是紧密相关的，它们为相同的基本功能提供了Objective-C接口。如果开发者混合使用Foundation Objects 和Core Foundation类型，就能充分利用存在两个框架中的"toll-free bridging"。toll-free bridging意味着开发者能使用这两个框架中的任何一个的核心基础和基础类型，例如Collection和字符串类型等。每个框架中的类和数据类型的描述注明该对象是否支持toll-free bridged。如果是，它与哪个对象桥接（toll-free bridged）。
（3）CFNetwork
CFNetwork框架（CFNetwork.framework）是一组高性能的C语言接口集，提供网络协议的面向对象的抽象。开发者可以使用 CFNetwork框架操作协议栈，并且可以访问低层的结构如BSD Sockets等。同时，开发者也能简化与FTP和HTTP服务器的通信，或解析DNS等任务。使用CFNetwork框架实现的任务如下所示：
BSD Sockets；
利用SSL或TLS创建加密连接；
解析DNS Hosts；
解析HTTP协议，鉴别HTTP和HTTPS服务器；
在FTP服务器工作；
发布、解析和浏览Bonjour服务。
（4）核心位置框架（Core Location Framework）
核心位置框架（CoreLocation.framework）主要获得手机设备当前的经纬度，核心位置框架利用附近的GPS、蜂窝基站或Wi- Fi信号信息测量用户的当前位置。iPhone地图应用使用这个功能在地图上显示用户的当前位置。开发者能融合这个技术到自己的应用中，给用户提供一些位置信息服务。例如可以提供一个服务：基于用户的当前位置，查找附近的餐馆、商店或设备等。
（5）安全框架（Security Framework）
iPhone OS除了内置的安全特性外，还提供了外部安全框架（Security.framework），从而确保应用数据的安全性。该框架提供了管理证书、公钥/私钥对和信任策略等的接口。它支持产生加密安全的伪随机数，也支持保存在密钥链的证书和密钥。对于用户敏感的数据，它是安全的知识库（Secure Repository）。CommonCrypto接口也支持对称加密、HMAC和数据摘要。在iPhone OS里没有OpenSSL库，但是数据摘要提供的功能在本质上与OpenSSL库提供的功能是一致的。
（6）SQLite
iPhone应用中可以嵌入一个小型SQL数据库SQLite，而不需要在远端运行另一个数据库服务器。开发者可以创建本地数据库文件，并管理这些文件中的表格和记录。数据库SQLite为通用的目的而设计，但仍可以优化为快速访问数据库记录。访问数据库SQLite的头文件位于<iPhoneSDK>/usr/include/sqlite3.h，其中<iPhoneSDK>是SDK安装的目标路径。
（7）支持XML
基础框架提供NSXMLParser类，解析XML文档元素。libXML2库提供操作XML内容的功能，这个开放源代码的库可以快速解析和编辑 XML数据，并且转换XML内容到HTML。访问libXML2库的头文件位于目录<iPhoneSDK>/usr/include /libxml2/，其中<iPhoneSDK>是SDK安装的目标目录。

3、Media：

如同其名，Media层提供了图片，音乐，影片等多媒体功能。图像分为2D图像和3D图像，前者由Quartz2D来支持，后者则是用OpenglES.与音乐对应的模组是Core Audio和OpenAL, Media Player 实现了影片的播放，而最后还提供了Core Animation来对强大动画的支持。具体介绍如下:
（1）图像技术（Graphics Technologies）
高质量图像是所有iPhone应用的一个重要的组成部分。任何时候，开发者可以采用UIKit 框架中已有的视图和功能以及预定义的图像来开发iPhone应用。然而，当UIKit 框架中的视图和功能不能满足需求时，开发者可以应用下面描述的技术和方法来制作视图。
① Quartz。核心图像框架（CoreGraphics.framework）包含了Quartz 2D画图API，Quartz与在Mac OS中采用的矢量图画引擎是一样先进的。Quartz支持基于路径（Path-based）画图、抗混淆（Anti-aliased）重载、梯度（Gradients）、图像（Images）、颜色（Colors）、坐标空间转换（Coordinate-space Transformations）、pdf文档创建、显示和解析。虽然API是基于C语言的，它采用基于对象的抽象表征基础画图对象，使得图像内容易于保存和复用。
② 核心动画（Core Animation）。Quartz核心框架（QuartzCore.framework）包含CoreAnimation接口，Core Animation是一种高级动画和合成技术，它用优化的重载路径（Rendering Path）实现复杂的动画和虚拟效果。它用一种高层的Objective-C接口配置动画和效果，然后重载在硬件上获得较好的性能。Core Animation集成到iPhone OS 的许多部分，包括UIKit类如UIView，提供许多标准系统行为的动画。开发者也能利用这个框架中的Objective-C接口创建客户化的动画。
③ OpenGL ES。OpenGL ES框架（OpenGLES.framework）符合OpenGL ES v1.1规范，它提供了一种绘画2D和3D内容的工具。OpenGL ES 框架是基于Ｃ语言的框架，与硬件设备紧密相关，为全屏游戏类应用提供高帧率（high frame rates）。开发者总是要使用OpenGL框架的EAGL接口，EAGL接口是OpenGL ES框架的一部分，它提供了应用的OpenGL ES画图代码和本地窗口对象的接口。
（2）音频技术（Audio Technologies）
iPhone OS的音频技术为用户提供了丰富的音频体验。它包括音频回放，高质量的录音和触发设备的振动功能等。
iPhone OS的音频技术支持如下音频格式：AAC、Apple Lossless（ALAC）、A-law、IMA/ADPCM（IMA4）、Linear PCM、μ-law和Core Audio等。
① 核心音频（Core Audio Family）。核心音频框架家族（Core Audio family of frameworks）提供了音频的本地支持，如表16-1所示。Core Audio是一个基于C语言的接口，并支持立体声（Stereo Audio）。开发能采用iPhone OS 的Core Audio框架在iPhone 应用中产生、录制、混合和播放音频。开发者也能通过核心音频访问手机设备的振动功能。
核心音频框架:
CoreAudio.framework 定义核心音频的音频数据类型
AudioUnit.framework 提供音频和流媒体文件的回放和录制，并且管理音频文件和播放提示声音
AudioToolbox.framework 提供使用内置音频单元服务，音频处理模块

② OpenAL。iPhone OS 也支持开放音频库（Open Audio Library， OpenAL）。OpenAL是一个跨平台的标准，它能传递位置音频（Positional Audio）。开发者能应用OpenAL在需要位置音频输出的游戏或其他应用中实现高性能、高质量的音频。
由于OpenAL是一个跨平台的标准，采用OpenAL的代码模块可以平滑地移植到其他平台。
（3）视频技术（Video Technologies）
iPhone OS通过媒体播放框架（MediaPlayer.framework）支持全屏视频回放。媒体播放框架支持的视频文件格式包括.mov, .mp4,.m4v和.3gp，并应用如下压缩标准：
① H.264 Baseline Profile Level 3.0 video，在30 f/s 的情况下分辨率达到640×480像素。注意：不支持B frames；
② MPEG4规范的视频部分；
③ 众多的音频格式，包含在音频技术的列表里，如AAC、Apple Lossless （ALAC）、A-law、IMA/ADPCM（IMA4）、线性PCM、μ-law和Core Audio等。

2、委托机制与Core location

委托机制是Cocoa Touch的一种设计模式，Core location框架则是提供IOS内建的位置定位功能。

3、预处理

编译源代码分为两个步骤：预处理和编译。

4、MapKit框架

主要类：MKMapView（显示地图、以及地图相关操作）

5、XIB文件所有者

新创建的空XIB文件只有两个对象：文件所有者和第一响应对象。作用是为CurrentTimeViewController创建视图。

6、UIView

UIView子类都会实现drawRect:方法，其中包含和绘制视图有关的代码。每次绘制UIView实例时，系统会为视图专门准备一个绘图上下文（ CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext() ）。
接着系统会激活该上下文,然后向需要回执的UIView对象发送drawRect:消息。
注意：只能在drawRect:方法中调用绘图方法或函数。
除了drawRect:方法，无法从其他地方获得激活状态的CGContextRef.也就无法调用灰土方法或函数。

7、UIScrollView

为了让用户能够滚动视图，可以将视图设置为UIScrollView的子视图,主要涉及它的setContentSize方法。
要实现缩放功能，则需要为UIScrollView设置委托对象UIScrollViewDelegate协议并使用setMinimumZoomScale,setMaximumZoomScale方法来启用缩放功能，且要实现viewForZoomingInScrollView:(该方法返回UIScrollView对象需要缩放的视图)。

8、隐藏状态条

[UIApplication shareApplication] setStatusBarHidden:YES withAnimation:UIStatusBarAnimationFade]

9、UITabBarController

负责视图的交换工作，使用时可能涉及到的方法是setViewControllers:，给该方法传入每个Tab对应的ViewController数组。（每个视图控制对象都有一个类型为UITabBarItem的实例变量，负责标签条上显示的文字和图标）。

10、UIWindow

实现了一个名为setRootViewController:的方法，将UIViewController实例作为参数传入该方法，传入的视图控制对象的视图会自动加入该窗口，成为窗口的子视图并调整大小和窗口保持一致。窗口对象也会保留它的根视图对象。

11、载入XIB文件

创建UIViewController子类实例时，通过指定初始化方法 initWithNibName:bundle: 传入XIB的文件名。当视图控制对象需要使用实例变量view的时候，会查看应用程序包内是否存在相应名称的XIB文件（如果传入的名称是nil，那么UIViewController对象会查找和这个UIViewController子类的类名匹配的XIB文件）。

12、UIVIewController

视图控制对象也是通过alloc和init创建的，但是视图控制对象只有在真正需要视图是，才会通过调用loadView来创建，这种做法能够提高内存使用效率。
注意：
1、在UIViewController里面使用了timer，会使得controller被retain，因此在viewdisapper时应将timer置为nil，否则controller的dealloc不会被执行。
2、如果在UIViewController里面使用ASIHttprequest发送了async请求，并且将request的delegate设置为controller，若请求没回来时就销毁了controller，会使得request的delegate变为野指针，解决方案是：销毁controller时，调用request的cancel来取消请求，或者将request的delegate设置为nil。另外一种应对delegate变为野指针的方法是，假设delegate的类是A ，若object_getClass(delegate) != [A class] 说明是野指针了，此时就不能对delegate调用函数了。

13、UITableView UITableViewController UITableViewCell对象

1、使用UITableView时必须要指定它的数据源，该数据源必须遵守 UITableViewDataSource 协议，同时也要为 UItableView 对象设置 UITableViewDelegate 委托， UITableViewController 可以作为 UITableView的数据源、视图控制对象和委托对象。

2、几个关于UITableVIewController的重要方法：
- (NSInteger)numberOfSectionsInTableView:(UITableView *)tableView; //返回table中section的个数
- (NSInteger)tableView:(UITableView *)tableView numberOfRowsInSection:(NSInteger)section //返回每个Section的行数
- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath //具体行

3、UITableViewCell是UIView的子类。UITableViewCell对象也有自己的子视图：contentView，真正负责显示UITableViewCell的是contentView下的另外三个子视图，分别是：textLabel detailTextLabel imageView. UITableViewCell还有一个UITableViewCellStyle属性，用于决定使用那些子视图以及这些子视图在contentView中的位置。

4、重用UITableViewCell对象，由于IOS设备内存有限，所以必须采用重用UITableViewCell对象的机制。即当用户滚动表格是，部分UITableViewCell对象会移出窗口，我们把移出的UITableViewCell对象放入UITableViewCell对象池，等待重用。每个UITableViewCell对象都有一个 reuseIdentifier 属性，类型为NSString，通过想表格视图传入特定的NSString对象，数据源就可以查询并获取一个可重用的UITableViewCell对象。如下列代码是获取可重用对象：
UITableViewCell *cell = [tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:@"UITableViewCell"];

5、UITableView对象有一个editing属性，设置为YES时，UITableView对象就会进入编辑模式。

14、UINavigationController 导航控制器

1、UITabBarController对象可以切换没有相互依存关系的情况的视图，并且必须在初始化时设置好所有的视图控制对象，但如果屏幕键互有关联，就要使用导航控制对象。

2、使用 UINavigationController显示多个屏幕的信息时，他会以栈的形式保存所有的屏幕，这里的栈其实是NSArray对象，通过发送viewController消息可以得到整个栈（返回一个NSArray对象），也可以使用push和pop两种方法的推入和推出视图。

3、UIViewController对象有一个navigationItem属性，类型为UINavigationItem.和UINavigationBar不同，UINavigationItem不是UIView的子类，不能在屏幕上显示，但 UINavigationItem 能够为 UINavigationBar对象提供绘图所需的内容。当某个UIViewController对象成为UINavigationController的栈顶对象时，UINavigationBar对象会使用UIViewController对象的navigationItem并设置相应的属性。UINavigationItem可以包含leftBarButtonItem rightBarButtonItem titleView三个可以自定义的部分。

4、SEL的数据类型是指针，指向选择器（selector）。选择器是方法的唯一标识。将方法名传给 @selector() 指令，可以得到指向相应方法的SEL（@selector不会检查相应的方法是否存在）。

5、UIView实例存在一个endEditing:消息，当视图收到该消息时，如果视图是当前的第一相应对象，就会取消自己的第一响应对象状态，而且虚拟键盘也会消失（传入的参数代表是否需要强制取消第一响应对象状态，YES代表强制退出）, textField也可以通过resignFirstResponder来取消第一响应状态。

15、相机

1、UIImageView对象会根据contentMode属性显示图片，该属性决定图片在frame中的显示位置和缩放模式，默认值是UIViewContentModeCenter(即根据UIImageView对象的bounds居中显示图片，没有缩放),此外还有属性UIViewContentModeScaleToFill/AspectFit/AspectFill等.

2、UIToolbar对象和UINavigationBar类似，区别是UINavigationBar只能有两个UIBarButtonItem对象，而UIToolbar可以有一组UIBarButtonItem对象。

3、启用相机拍照功能需要用到UIImagePickerController实例，并且必须设定其实例属性sourceType并设置委托对象(UIImagePickerControllerDelegate),此外，由于UIImagePickerController是UINavigationController的子类，所以也需要遵守UINavigationControllerDelegate协议。

sourceType有三种 :