iOS引用转换：Foundation与Core Foundation对象互相转换（__CFString转NSString，void *转id等等）

源代码下载

下载地址：苹果公开的源代码在这里可以下载，https://opensource.apple.com/tarballs/

例如，其中，有两个比较常见需要学习源码的下载地址：

当然，如果你想在github上在线查看源代码，可以点这里：runtime，CoreFoudation

为什么需要了解 引用转换？

例如，在用到runtime的关联对象API的时候

static NSString * const kCMkvoClassPrefix_for_Block = @"CMObserver_";

NSMutableArray * observers = objc_getAssociatedObject(self, (__bridge void *)kCMkvoAssiociateObserver_for_Block);

需要通过 (__bridge void *) 转换 id 和 void * 。为什么转换？这是因为获取关联对象的API -- objc_getAssociatedObject 里面的参数要求的。先看一下它的API：

objc_getAssociatedObject(id _Nonnull object, const void * _Nonnull key)

对比一下两个参数：

  • const void * _Nonnull key
  • static NSString * const kCMkvoClassPrefix_for_Block = @"CMObserver_";

那么，想把NSString的字符串转成void *类型参数，必须进行引用转换。那么转换的是什么？OC中经常要对两个框架的对象进行转换：Foundation与Core Foundation对象。

至于上面的代码，完整的功能可查阅 iOS开发·KVO用法，原理与底层实现: runtime模拟实现KVO监听机制

1. 两个框架的基本知识

1.1 Foundation

框架名是Foundation.framework，在Xcode新建工程时可以选择导入（其实会默认自动依赖好）。Foundation框架允许使用一些基本对象,如数字和字符串,以及一些对象集合,如数组,字典和集合,其他功能包括处理日期和时间、内存管理、处理文件系统、存储(或归档)对象、处理几何数据结构(如点和长方形)。这个框架中的类都是一些最基础的类。来自于这个框架的类名以NS开头。

Foundation框架提供了非常多好用的类, 比如：

NSString : 字符串
NSArray : 数组
NSDictionary : 字典
NSDate : 日期
NSData : 数据
NSNumber : 数字

1.2 Core Foundation

Core Foundation 对象主要使用在用C语言编写的Core Foundation 框架中,并使用引用计数的对象。在ARC无效时,Core Foundation 框架中的retain/release 分别是 CFRetain /CFRelease。

框架CoreFoundation.framework是一组C语言接口，它们为iOS应用程序提供基本数据管理和服务功能。下面列举该框架支持进行管理的数据以及可提供的服务。查阅Core Foundation的完整API 点这里。

  • CF的引用定义：CFStringRef与CFArrayRef
    查阅CFArrayRef 的定义 点这里
    查阅CFStringRef 的定义 点这里 
typedef const struct __CFString * CFStringRef;
typedef const struct __CFArray * CFArrayRef;
  • CF的源代码：__CFString与__CFArray
    查阅CF中结构体的源代码 点这里。
  • 这些结构体的定义如下：
CFArray.c
struct __CFArray {
    CFRuntimeBase _base;
    CFIndex _count;     /* number of objects */
    CFIndex _mutations;
    int32_t _mutInProgress;
    __strong void *_store;           /* can be NULL when MutableDeque */
};
CFString.c
struct __CFString {
    CFRuntimeBase base;
    union { // In many cases the allocated structs are smaller than these
    struct __inline1 {
        CFIndex length;
        } inline1;                                      // Bytes follow the length
    struct __notInlineImmutable1 {
        void *buffer;                               // Note that the buffer is in the same place for all non-inline variants of CFString
        CFIndex length;                             
        CFAllocatorRef contentsDeallocator;     // Optional; just the dealloc func is used
    } notInlineImmutable1;                          // This is the usual not-inline immutable CFString
    struct __notInlineImmutable2 {
        void *buffer;
        CFAllocatorRef contentsDeallocator;     // Optional; just the dealloc func is used
    } notInlineImmutable2;                          // This is the not-inline immutable CFString when length is stored with the contents (first byte)
    struct __notInlineMutable notInlineMutable;
    } variants;
};

1.3 两者关系

Core Foundation 框架和 Foundation 框架紧密相关，它们为相同功能提供接口，但 Foundation 框架提供Objective-C接口。Foundation对象 和 Core Foundation对象间的转换，俗称为桥接。如果您将Foundation 对象和 Core Foundation 类型掺杂使用，则可利用两个框架之间的 “ Toll Free Bridging”。所谓的Toll-free bridging是说您可以在某个框架的方法或函数同时使用 Core Foundation 和 Foundation 框架中的某些类型。

很多数据类型支持这一特性，其中包括群体和字符串数据类型。每个框架的类和类型描述都会对某个对象是否为 Toll-free bridged，应和什么对象桥接进行说明。如需进一步信息，请阅读 Core Foundation 框架参考。

2. Objective-C指针与CoreFoundation指针之间的转换

2.1 MRC下的转换

  • CF-->OC
    强制转换符：(CFStringRef)
  • OC-->CF
    强制转换符：(NSString *)
  • 例子
-(void)bridgeInMRC {
    // 将Foundation对象转换为Core Foundation对象，直接强制类型转换即可
    NSString *strOC1 = [NSString stringWithFormat:@"xxxxxx"];
    CFStringRef strC1 = (CFStringRef)strOC1;
    NSLog(@"%@ %@", strOC1, strC1);
    [strOC1 release];
    CFRelease(strC1);
    
    // 将Core Foundation对象转换为Foundation对象，直接强制类型转换即可
    CFStringRef strC2 = CFStringCreateWithCString(CFAllocatorGetDefault(), "12345678", kCFStringEncodingASCII);
    NSString *strOC2 = (NSString *)strC2;
    NSLog(@"%@ %@", strOC2, strC2);
    [strOC2 release];
    CFRelease(strC2);
}

2.2 ARC下的转换

ARC仅管理Objective-C指针（retain、release、autorelease），不管理CoreFoundation指针。CF指针由人工管理，手动的CFRetain和CFRelease来管理。

在ARC中，CF和OC之间的转化桥梁是 __bridge，有3种方式：

  • __bridge 只做类型转换，不改变对象所有权，是我们最常用的转换符。
  • __bridge_transfer：ARC接管 管理内存
  • __bridge_retained：ARC释放 内存管理

2.3 简单互相转换：__bridge

① 从OC转CF，ARC管理内存：

  • (__bridge CFStringRef)
  • 需要人工CFRetain，否则，Cocoa指针释放后， 传出去的指针则无效。
  • 例子
- (void)viewDidLoad  
{  
    [super viewDidLoad];  
      
    NSString *aNSString = [[NSString alloc]initWithFormat:@"test"];  
    CFStringRef aCFString = (__bridge CFStringRef)aNSString;  
      
    (void)aCFString;  
}

上面只是单纯地执行了类型转换，没有进行所有权的转移，也就是说，当aNSString对象被ARC释放的时候，aCFString也不能被使用了。

② 从CF转OC，需要开发者手动释放，不归ARC管：

  • (__bridge NSString *)
  • 需要人工CFRelease，否则，OC对象的指针释放后，对象引用计数仍为1，不会被销毁。
  • 例子
- (void)viewDidLoad  
{  
    [super viewDidLoad];  
      
    CFStringRef aCFString = CFStringCreateWithCString(NULL, "test", kCFStringEncodingASCII);  
    NSString *aNSString = (__bridge NSString *)aCFString;  
      
    (void)aNSString;  
      
    CFRelease(aCFString);  
}

3. ARC下内存管理发生改变的转换

3.1 CF-->OC：__bridge_transfer

  • 例子
- (void)viewDidLoad  {  
    [super viewDidLoad];  
      
    NSString *aNSString = [[NSString alloc]initWithFormat:@"test"];  
    CFStringRef aCFString = (__bridge_retained CFStringRef) aNSString;  
    aNSString = (__bridge_transfer NSString *)aCFString;  
}

3.2 OC-->CF：__bridge_retained

  • 例子
- (void)viewDidLoad  {  
    [super viewDidLoad];  
      
    NSString *aNSString = [[NSString alloc]initWithFormat:@"test"];  
    CFStringRef aCFString = (__bridge_retained CFStringRef) aNSString;  
      
    (void)aCFString;  
      
    //这时候，即使开启ARC，也需要手动执行CFRelease  
    CFRelease(aCFString);   
}

3.3 怎么区分记忆？

因为ARC无法管理CF对象的指针，所以，无论是CF转OC还是OC转CF，我们只需关心CF对象的引用需要加1还是减1即可。

  • CF转OC：CFRef必须减1

这样原来的CF对象就被释放，所以，以后也不用手动释放。

NSString   *c = (__bridge_transfer NSString*)my_cfref; // -1 on the CFRef
  • OC转CF：CFRef 必须加1

这样新的CF对象就不会被释放，所以，以后用完必须手动释放。

CFStringRef d = (__bridge_retained CFStringRef)my_id;  // returned CFRef is +1  

//这时候，即使开启ARC，CF对象用完后也需要手动执行CFRelease  
CFRelease(aCFString);

3.4 转换相关的宏

  • CFBridgingRetain
NS_INLINE CFTypeRef CFBridgingRetain(id X) {   
    return (__bridge_retain CFTypeRef)X;   
}
  • CFBridgingRelease
NS_INLINE id CFBridgingRelease(CFTypeRef X) {   
    return (__bridge_transfer id)X;   
}

例1

下面两个等效

CFStringRef cfStr = (__bridge_retained CFStringRef)ocStr;  

CFStringRef cfStr = CFBridgingRetain(ocStr);

例2

下面两个等效

NSString *ocStr = (__bridge_transfer NSString*)cfStr;

NSString *ocStr = CFBridgingRelease(cfStr);

3.5 总结

  • CF转化为OC时，并且对象的所有者发生改变，则使用CFBridgingRelease()或__bridge_transfer 。
  • OC转化为CF时，并且对象的所有者发生改变，则使用CFBridgingRetain()或__bridge_retained
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