iOS 基础

源码版本说明：本文涉及的源码基于 Swift 编译器 开发版本（swift main分支，commit: e0db5152d4d4，2026-01-19）。不同版本的实现细节可能略有差异，但核心机制保持一致。 在前一篇文章Objective-C中import详解中，我们深入探讨了 Objective-C 中的 import 机制，包括 #include、#import、@import 以及 Clang Modules 的工作原理。本文将继续从 Swift 编译器的角度，讲解 Swift 中 import 的语法、模块查找机制、底层实现原理以及与 Objective-C 的互操作。 从 Clang Module 到 Swift Module 在深入 Swift 的 import 机制之前，让我们先回顾一下上一篇文章中 Clang Module 的核心概念。 Clang Module 核心概念回顾 在 Objective-C 文章中，我们学习了 Clang Module 的几个关键特性： module.modulemap：定义模块结构的配置文件 framework module Foundation { umbrella header "Foundation.h" export * } 预编译模块缓存（.pcm 文件）：Clang 将模块编译为二进制格式，缓存以加速后续编译 懒加载机制：只加载实际使用的声明，未使用的部分不会被解析 自动链接：@import 会自动链接对应的库，无需手动配置 模块查找路径：通过 -I、-F 等参数指定搜索路径 Swift 如何继承 Clang Module 的设计 Swift 的模块系统并非从零开始设计，而是站在 Clang Module 的肩膀上，继承了其核心优势，并针对 Swift 的特性进行了扩展： ...

Swift二进制兼容性是指Swift编译后的二进制代码能够跨版本、跨模块正确链接和运行的能力。它由三个核心机制组成：ABI稳定（Swift 5.0）、模块稳定性（Swift 5.1）和Library Evolution。这三者共同使得Swift二进制框架的分发成为可能。 graph TD A[Swift二进制兼容性] --> B[ABI稳定Swift 5.0] A --> C[模块稳定性Swift 5.1] A --> D[Library Evolution] B --> B1[统一运行时固定调用约定/内存布局] C --> C1[.swiftinterface跨编译器版本导入模块] D --> D1[运行时布局查询库可独立于客户端更新] B1 --> E[二进制框架分发] C1 --> E D1 --> E ABI稳定 什么是ABI ABI（Application Binary Interface，应用程序二进制接口）定义了二进制层面的接口规范，包括： 数据类型的大小和对齐方式：如Int在64位系统上是8字节 函数调用约定：参数如何传递、返回值如何获取 名称修饰（Name Mangling）规则：函数和类型在二进制中的命名方式 内存布局：对象在内存中的结构 异常处理机制：错误如何在二进制层面传播 运行时元数据格式：类型信息的存储方式 ABI vs API 特性 API（源码接口） ABI（二进制接口） 层面 源代码层面 编译后的二进制层面 兼容性检查 编译时 链接时/运行时 关注点 函数签名、类型定义 内存布局、调用约定 变化影响 需要重新编译 需要重新链接或替换二进制 一个简单的例子： // API层面：函数签名 func calculate(value: Int) -> Int // ABI层面关注的是： // - Int在内存中占多少字节 // - value参数通过哪个寄存器传递 // - 返回值通过哪个寄存器返回 // - 函数在二进制中的符号名是什么 ABI不稳定时期的问题 在Swift 5.0之前，Swift的ABI是不稳定的。这意味着： ...

Swift 5.9（WWDC 2023）引入的宏（Macro）是近几年语言层最大的一次能力扩展。它让 Swift 第一次具备了编译期代码生成的官方机制——你可以在源码层面写一段"能生成代码的代码"，编译器会在类型检查前把它展开成真正的 Swift 源码，再走正常的编译流程。SwiftUI 的 #Preview、Observation 框架的 @Observable、SwiftData 的 @Model、Swift Testing 的 @Test / #expect、FoundationModels 的 @Generable / @Tool，全都是宏。 一、为什么要有宏 1.1 Swift 之前能做什么，又差在哪 在宏之前，Swift 已经有一整套"元编程"手段，但每一种都有明显的边界： 机制 做什么 局限 @propertyWrapper 给属性注入行为（如 @Published、@State） 只能包属性，不能生成方法、不能生成类型、不能访问其他成员 @resultBuilder 把一段 DSL 收集成表达式（如 SwiftUI 的 ViewBuilder） 只作用于闭包里，无法改类型定义 KeyPath + Mirror 运行时反射读写属性 只能读，类型安全差，性能差（见 iOS反射） Codable 等编译器魔法 自动合成 init(from:) / encode(to:) 只有编译器内部能写，开发者写不出同等能力的东西 Sourcery / SwiftGen 文本级代码生成 游离于编译器之外，无类型信息、无法访问 AST Objective-C #define 纯文本替换 没有作用域、没有类型、没有卫生（hygiene），对调试器和 IDE 极不友好 宏就是要一次性补齐这块能力：在保留类型安全与 IDE 体验的前提下，把"只有 Swift 编译器团队能写的代码生成"开放给所有开发者。 ...

在Objective-C底层原理-NSObject文章中，我们深入了解了Objective-C对象的底层实现。本文将探讨Swift中类和结构体的底层原理。 Swift数据结构的分类 Swift中的类根据是否继承自NSObject，在底层实现上存在显著差异： 继承自NSObject的Swift类：兼容Objective-C运行时，支持完整的Objective-C特性 纯Swift类：使用Swift原生运行时，性能更优但Objective-C互操作性受限 Swift中结构体是值类型，具有以下核心特征： 栈上分配内存（非逃逸情况） 值语义和完整拷贝 写时拷贝优化（COW） 静态方法派发 Swift类的底层实现 继承自NSObject的Swift类 当Swift类继承自NSObject时，必须兼容Objective-C的运行时系统，其底层实现与Objective-C对象高度一致。 内存布局 class Class: NSObject { var name: String var isMale: Bool var age: Int init(name: String, isMale: Bool, age: Int) { self.name = name self.isMale = isMale self.age = age super.init() } } 实例内存布局： 偏移量 内容 大小 说明 0x0-0x7 isa_t isa 8字节 指向类对象，包含优化的位域信息 0x8-0x17 String name 16字节 Swift String结构（64位系统） 0x18 Bool isMale 1字节 布尔值 0x19-0x1F (padding) 7字节 Swift编译器根据下一个字段（Int，8字节对齐要求）自动插入填充，确保Int字段从8的倍数地址开始 0x20-0x27 Int age 8字节 64位整数 0x28-0x2F (padding) 8字节 最终内存对齐填充 关键特性： ...

iOS 开发中常用的定时器有 NSTimer、CADisplayLink 和 GCD Timer。它们各有特点，但在使用时都有一些需要注意的问题。 常见定时器类型 1. NSTimer 最常用的定时器，基于 RunLoop 实现： // 自动添加到当前 RunLoop 的 DefaultMode NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(timerFired) userInfo:nil repeats:YES]; // 手动创建，需要手动添加到 RunLoop NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(timerFired) userInfo:nil repeats:YES]; [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode]; 2. CADisplayLink 与屏幕刷新率同步的定时器，适合做动画： CADisplayLink *displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(update)]; [displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode]; 3. GCD Timer 不依赖 RunLoop，精度更高： dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, dispatch_get_main_queue()); dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 1.0 * NSEC_PER_SEC, 0); dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{ NSLog(@"GCD Timer fired"); }); dispatch_resume(timer); 注意事项一：循环引用问题 问题描述 NSTimer 和 CADisplayLink 在使用 target-action 模式时，会强引用 target。如果 target 又持有定时器，就会形成循环引用： ...

本文将系统介绍iOS中的内存管理机制，从程序内存布局、引用计数原理、ARC机制到系统级内存管理，帮助你建立完整的iOS内存管理知识体系。 一、程序内存布局 内存区域划分 在iOS应用程序中，内存按照用途和管理方式分为以下几个区域： 高地址 ┌─────────────────────────────────────┐ │ 栈区 (Stack) │ ↓ 向低地址增长 │ 局部变量、函数参数、返回地址 │ ├─────────────────────────────────────┤ │ ↕ │ │ 动态分配区 │ │ ↕ │ ├─────────────────────────────────────┤ │ 堆区 (Heap) │ ↑ 向高地址增长 │ 动态分配的对象实例 │ ├─────────────────────────────────────┤ │ 全局/静态区 (BSS) │ │ 未初始化的全局变量和静态变量 │ ├─────────────────────────────────────┤ │ 数据区 (Data) │ │ 已初始化的全局变量和静态变量 │ ├─────────────────────────────────────┤ │ 常量区 (Rodata) │ │ 字符串常量等 │ ├─────────────────────────────────────┤ │ 代码区 (Text) │ │ 编译后的代码 │ └─────────────────────────────────────┘ 低地址 各区域的特点： ...

数据持久化是移动端开发的核心能力之一。iOS提供了从轻量级KV存储到完整关系数据库的多层次方案。本文将从底层存储原理出发，系统性地梳理iOS中各类数据库与持久化技术的设计思想、实现机制和适用场景。 一、iOS数据持久化方案全景 iOS中常见的数据持久化方案，按数据复杂度和使用场景可分为以下几层： graph TD subgraph KV["轻量级KV存储"] A["UserDefaultsplist序列化"] B["Keychain加密存储"] C["MMKVmmap + protobuf"] end subgraph FILE["文件存储"] D["plist / JSON"] E["NSCoding / Codable归档"] end subgraph SQL["关系数据库"] F["SQLiteC语言API"] G["FMDBOC封装"] H["WCDBORM + 加密"] end subgraph ORM["ORM框架"] I["Core DataApple官方"] J["Realm零拷贝"] K["SwiftDataSwift原生"] end KV --> |"数据结构更复杂"| FILE FILE --> |"需要结构化查询"| SQL SQL --> |"需要对象映射"| ORM 方案 数据模型 查询能力 线程安全 加密 适用场景 UserDefaults KV (plist类型) Key查找 线程安全 无 用户偏好、简单配置 Keychain KV (Data) Key查找 线程安全 系统加密 密码、Token、证书 MMKV KV (protobuf) Key查找 线程安全 可选AES 高频读写的KV数据 plist/JSON文件 字典/数组 无 不安全 无 静态配置、缓存 NSCoding/Codable 对象图 无 不安全 无 对象序列化 SQLite 关系表 SQL 需手动处理 可选(SQLCipher) 结构化数据、复杂查询 FMDB 关系表 SQL FMDatabaseQueue 可选 SQLite的OC封装 WCDB 关系表+ORM SQL+ORM 自动管理 内置 高性能结构化存储 Core Data 对象图 NSPredicate NSManagedObjectContext 无 复杂对象关系 Realm 对象 类型安全查询 对象冻结 可选AES 高性能对象存储 SwiftData Swift对象 #Predicate宏 ModelContext 无 Swift原生数据持久化 二、轻量级KV存储 2.1 UserDefaults UserDefaults是iOS最常用的轻量级存储方案，底层将数据以plist格式序列化到磁盘。 ...

反射（Reflection）是指程序在运行时检查、访问和修改自身结构（类型、属性、方法等）的能力。在 iOS 开发中，Objective-C 和 Swift 分别提供了不同层次的反射支持：OC 依赖 Runtime 提供完整的动态反射能力，Swift 则通过 Mirror 提供只读的内省能力。 Objective-C 的反射能力 Objective-C 的反射能力完全建立在 Runtime 之上。Runtime 在运行时维护了完整的类型元数据（类对象、元类对象、方法列表、属性列表、成员变量列表、协议列表等），并通过一系列 C 函数 API 暴露给开发者，使得程序可以在运行时动态地查询和修改几乎所有类型信息。 关于 Runtime 的消息发送、消息转发、Method Swizzling、关联对象等核心能力，请参考 runtime。本节聚焦于 Runtime 中与"反射"直接相关的能力——即运行时的类型内省和动态操作。 类型内省 类型内省（Introspection）是反射中最基础的能力——在运行时查询一个对象的类型信息。 NSObject 提供的内省方法 NSObject 定义了一组内省方法，这些方法底层都依赖 Runtime 的 isa 指针和类型元数据来实现： id obj = [[NSMutableArray alloc] init]; // 类型判断 [obj isKindOfClass:[NSArray class]]; // YES — 判断是否是某个类或其子类的实例 [obj isMemberOfClass:[NSMutableArray class]]; // YES — 判断是否是某个类的直接实例 [obj conformsToProtocol:@protocol(NSCoding)]; // YES — 判断是否遵循某个协议 // 方法响应检查 [obj respondsToSelector:@selector(addObject:)]; // YES — 判断是否能响应某个消息 // 获取类型信息 NSStringFromClass([obj class]); // @"__NSArrayM"（真实的私有子类名） NSStringFromSelector(@selector(count)); // @"count" 需要注意 isKindOfClass: 和 isMemberOfClass: 的区别：前者沿继承链向上查找，后者只比较当前类。另外，[obj class] 返回的可能是私有子类（如类簇 NSArray 的实际类是 __NSArrayI 或 __NSArrayM），而 object_getClass(obj) 能获取真正的 isa 指向的类（KVO 场景下会是 NSKVONotifying_ 前缀的子类）。 ...

编译器架构：LLVM 与 Clang iOS 开发中的两种主要语言 Objective-C 和 Swift 都基于 LLVM 编译器基础设施。理解 LLVM 的架构是理解 iOS 编译原理的基础。 LLVM 的三段式架构 LLVM 采用经典的前端-中间表示-后端三段式设计，将编译过程解耦为三个独立的阶段： flowchart LR subgraph Frontend["前端（Frontend）"] direction TB A1["Clang（OC/C/C++）"] A2["Swift 前端"] end subgraph Middle["中间表示"] direction TB B1["LLVM IR"] end subgraph Backend["后端（Backend）"] direction TB C1["arm64（iOS真机）"] C2["x86_64（模拟器）"] end A1 --> B1 A2 --> B1 B1 --> C1 B1 --> C2 阶段 职责 iOS 中的实现 前端（Frontend） 词法分析、语法分析、语义分析，将源码转换为中间表示 Clang（OC/C/C++）、Swift 前端 中间表示（IR） 与语言无关、与平台无关的中间形式，承载优化 LLVM IR（Swift 还有额外的 SIL 层） 后端（Backend） 将 IR 转换为目标平台的机器码 arm64（真机）、x86_64（Intel 模拟器） 三段式架构的核心优势是解耦：新增一门语言只需实现一个前端，新增一个目标平台只需实现一个后端，所有语言和平台共享同一套优化基础设施。这正是 Apple 能同时支持 OC 和 Swift 两种语言、多种架构（arm64、x86_64）的技术基础。 ...

+load和+initialize是Objective-C中两个特殊的类方法，它们都会被Runtime自动调用，但调用时机、调用方式和使用场景有很大区别。理解它们的差异对于iOS开发和性能优化非常重要。 基本定义 +load方法 +load方法在类被加载到内存时由Runtime自动调用，发生在main函数执行之前。 @implementation MyClass + (void)load { NSLog(@"MyClass loaded"); } @end +initialize方法 +initialize方法在类第一次收到消息时由Runtime自动调用，是一种懒加载机制。 @implementation MyClass + (void)initialize { NSLog(@"MyClass initialized"); } @end 核心区别对比 特性 +load +initialize 调用时机 main函数之前，类加载时 类首次收到消息时 调用方式 直接调用函数指针 通过objc_msgSend 调用次数 每个类只调用一次 可能被调用多次 是否阻塞启动 是 否 是否需要显式调用父类 否，自动调用 否，自动调用 Category的行为 都会被调用 会覆盖主类实现 线程安全 是 是 调用顺序 父类 -> 子类 -> Category 父类 -> 子类 未实现时的行为 不调用 可能调用父类实现 调用时机详解 +load的调用时机 +load的调用发生在dyld加载镜像的过程中： dyld加载Mach-O ↓ 映射到内存 ↓ 读取__DATA段中的__objc_nlclslist（非懒加载类列表） ↓ 调用所有类的+load方法 ↓ 读取__objc_nlcatlist（非懒加载分类列表） ↓ 调用所有分类的+load方法 ↓ main()函数执行 +initialize的调用时机 +initialize在类第一次收到消息时调用： ...