第11章　分类和协议

在本章中，你将学习如何通过使用分类（category）以模块的方式向类添加方法，以及如何创建标准化的方法列表供其他人实现。

11.1　分类

有时候在处理类定义时，可能想要为其添加一些新方法。例如，对于Fraction类，除了将两个分数相加的add：方法之外，还想要拥有将两个分数相减、相乘、相除的方法。

再举一个例子，假如你参与一个大型程序设计项目，并且作为该项目的一部分，正在定义一个新类，它包含许多方法。你的任务就是为该类编写处理文件系统的方法。其他项目成员的任务负责以下方法：创建和初始化该类实例、对该类中的对象执行操作以及在屏幕上绘制该类对象的表示。

最后一个例子，假如你已经知道如何使用库中的类（例如，Foundation的数组类，名为NSArray），并且认识到你希望该类实现了一个或多个方法。当然，可以编写NSArray类的新子类并实现新方法，但是可能存在更简单的方式。

以上所有情况的实用解决方案是一个：分类。分类提供了一种简单的方式，用它可以将类的定义模块化到相关方法的组或分类中。它还提供了扩展现有类定义的简便方式，并且不必访问类的源代码，也无需创建子类。分类是一个功能强大且简单的概念。

回到第一个例子，展示如何为Fraction类添加新分类，以处理基本的四则数学运算。首先，展示原始的Fraction接口部分：

import＜Foundation/Foundation.h＞

//Define the Fraction class

@interface Fraction：NSObject

{

int numerator；

int denominator；

}

@property int numerator, denominator；

-（void）setTo：（int）n over：（int）d；

-（Fraction）add：（Fraction）f；

-（void）reduce；

-（double）convertToNum；

-（void）print；

@end

然后，从接口部分删除add：方法，并将其添加到新分类，同时添加其他三种要实现的数学运算。新MathOps分类的接口部分应该如下所示：

import“Fraction.h”

@interface Fraction（MathOps）

-（Fraction）add：（Fraction）f；

-（Fraction）mul：（Fraction）f；

-（Fraction）sub：（Fraction）f；

-（Fraction）div：（Fraction）f；

@end

注意，这既是接口部分的定义，也是现有接口部分的扩展。因此，必须包括原始接口部分，这样编译器就知道Fraction类（除非直接将新分类结合到原始Fraction.h头文件，这是一种选择）。

在#import之后，有下面这一行：

@interface Fraction（MathOps）

这告诉编译器你正在为Fraction类定义新的分类，而且它的名称为MathOps。这个名称括在类名称之后的一对圆括号中。注意此处没有列出Fraction的父类，因为编译器已从Fraction.h中知道此内容。而且，你没有向编译器告知实例变量，因为在以前定义的接口部分中已经这样做了。实际上，如果尝试列出父类或实例变量，将收到编译器发出的语法错误。

这个接口部分告知编译器，你正在名为MathOps的分类下为名为Fraction的类添加扩展。MathOps分类包括4个实例方法：add：、mul：、sub：和div：。每种方法均使用一个分数作为参数并返回一个分数。

可以将所有方法的定义放在一个实现部分。也就是，可以在一个实现文件中定义Fraction.h接口部分中的所有方法，以及MathOps分类中的所有方法。或者，在单独的实现部分定义分类的方法。在这种情况下，这些方法的实现部分还必须找出方法所属的分类。与接口部分一样，通过将分类名称括在类名称之后的圆括号中来确定方法所属的分类，如下所示：

@implementation Fraction（MathOps）

//code for category methods

……

@end

在代码清单11-1中，新的MathOps分类的接口和实现部分组合在一起，连同测试例程都放在一个文件中。

代码清单11-1 MathOps分类和测试程序

import“Fraction.h”

@interface Fraction（MathOps）

-（Fraction）add：（Fraction）f；

-（Fraction）mul：（Fraction）f；

-（Fraction）sub：（Fraction）f；

-（Fraction）div：（Fraction）f；

@end

@implementation Fraction（MathOps）

-（Fraction）add：（Fraction）f

{

//To add two fractions：

//a/b+c/d=（（ad）+（bc））/（b*d）

Fraction*result=[[Fraction alloc]init]；

int resultNum, resultDenom；

resultNum=（numerator*f.denominator）+

（denominator*f.numerator）；

resultDenom=denominator*f.denominator；

[result setTo：resultNum over：resultDenom]；

[result reduce]；

return result；

}

-（Fraction）sub：（Fraction）f

{

//To sub two fractions：

//a/b-c/d=（（ad）-（bc））/（b*d）

Fraction*result=[[Fraction alloc]init]；

int resultNum, resultDenom；

resultNum=（numerator*f.denominator）-

（denominator*f.numerator）；

resultDenom=denominator*f.denominator；

[result setTo：resultNum over：resultDenom]；

[result reduce]；

return result；

}

-（Fraction）mul：（Fraction）f

{

Fraction*result=[[Fraction alloc]init]；

[result setTo：numerator*f.numerator

over：denominator*f.denominator]；

[result reduce]；

return result；

}

-（Fraction）div：（Fraction）f

{

Fraction*result=[[Fraction alloc]init]；

[result setTo：numerator*f.denominator

over：denominator*f.numerator]；

[result reduce]；

return result；

}

@end

int main（int argc, char*argv[]）

{

NSAutoreleasePool*pool=[[NSAutoreleasePool alloc]init]；

Fraction*a=[[Fraction alloc]init]；

Fraction*b=[[Fraction alloc]init]；

Fraction*result；

[a setTo：1 over：3]；

[b setTo：2 over：5]；

[a print]；NSLog（@）；[b print]；NSLog（@“——”）；

result=[a add：b]；

[result print]；

NSLog（@“n”）；

[result release]；

[a print]；NSLog（@）；[b print]；NSLog（@“——”）；

result=[a sub：b]；

[result print]；

NSLog（@“n”）；

[result release]；

[a print]；NSLog（@）；[b print]；NSLog（@“——”）；

result=[a mul：b]；

[result print]；

NSLog（@“n”）；

[result release]；

[a print]；NSLog（@）；[b print]；NSLog（@“——”）；

result=[a div：b]；

[result print]；

NSLog（@“n”）；

[result release]；

[a release]；

[b release]；

[pool drain]；

return 0；

}

代码清单11-1输出

1/3

+

2/5

11/15

1/3

-

2/5

-1/15

1/3

*

2/5

2/15

1/3

/

2/5

5/6

再次注意，以下语句在Objective-C语言中是合法的：

[[a div：b]print]；

这行代码将直接打印分数a除以b的结果，因此避免了对变量result的中间赋值，在代码清单11-1中有这项操作，但需要执行这个中间赋值，这样可以获得结果Fraction，并随后释放它的内存。否则，每次对分数执行数学运算，程序都会泄漏一些内存。

代码清单11-1把新分类的接口和实现部分与测试程序放在一个文件中。前面提到过，这个分类的接口部分可以放在原始的Fraction.h头文件中（这样，所有方法都在一个位置声明），也可以放在自己的头文件中。

如果将分类放到一个主类定义文件中，那么这个类的所有用户都将访问这个分类中的方法。如果不能直接修改原始的头文件（考虑从一个库向现有类添加一个分类，如第二部分“Foundation框架”中所示），除了单独保存它之外，别无选择。

关于分类的一些注意事项

关于分类有几点值得注意。首先，尽管分类可以访问原始类的实例变量，但是它不能添加自身的任何变量。如果需要添加变量，可以考虑创建子类。

另外，分类可以重载该类中的另一个方法，但是通常认为这种做法是拙劣的设计习惯。其一，重载了一个方法之后，再也不能访问原来的方法。因此，必须小心地将被重载方法中的所有功能复制到替换方法中。如果确实需要重载方法，正确的选择可能是创建子类。如果在子类中重载方法，仍然可以通过向super发送消息来引用父类的方法。因此，不必了解要重载方法的复杂内容，就能够调用父类的方法，并向子类的方法添加自己的功能。

如果喜欢，可以拥有许多分类，只要遵守此处指出的规则。如果一个方法定义在多个分类中，该语句不会指定使用哪个分类。

和一般接口部分不同的是，不必实现分类中的所有方法。这对于程序扩展很有用，因为可以在该分类中声明所有方法，然后在一段时间之后才实现它。

记住，通过使用分类添加新方法来扩展类不仅会影响这个类，同时也会影响它的所有子类。例如，如果为根对象NSObject添加新方法，就存在潜在的危险性，因为每个人都将继承这些新方法，无论你是否愿意。

通过分类为现有类添加新方法可能对你有用，但它们可能和该类的原始设计或意图不一致。例如，通过添加一个新分类和一些方法修改Square类的定义，将Square变成Circle（确实有些夸张），并非好的编程习惯。

同样，对象/分类命名对必须是唯一的。但是，在给定的Objective-C名称空间中，只能存在一个NSString（私有的）分类。这样做可能比较复杂，因为，Objective-C名称空间是程序代码和所有库框架和插件共享的。对于编写屏幕保护首选窗格和其他插件的Objective-C程序员，这尤为重要，因为这些代码将插入到他们无法控制的应用程序或框架代码中。