iOS 代碼使用 C＋的zero-cost abstraction 特性

不少 iOS 項目里都有 C++ 代碼的痕迹，Objective-C 和 C++ 雖然都是 C 的 superset，但二者在語言特性上存在很大差異，Objective-C 的 runtime 使其語言的特性更豐富更易使用，但代價是會增加性能損耗以及編譯後的 binary size。

很多成熟項目開發到一定階段，會關注一些關鍵指標，比如 App size，現在超過 100 M 的 App 比比皆是，而 App Store 上超過 150 MB 的 App 只能通過 Wifi 下載，當常規的瘦身手段用盡之後，App size 每一個 MB 的減少都彌足珍貴，這篇文章向 iOS 開發者介紹 C++ 的 zero cost abstraction 特性，在特定的場景下使用能起到立竿見影的療效：減小 iOS App 的 binary size，給 App 瘦身。

zero-cost abstraction

Objective-C 和 C++ 同為面向對象語言，我們通過對象來抽象世界中的概念，但 Objective-C 的抽象伴隨著代價，抽象越多，定義的類越多，最後編譯出的 binary size 也就越大，而 C++ 卻沒這方面的煩惱，無論你定義多少類，設計多少 component，採用多少設計模式，並不會增加最後的 binary size，也就是所謂的 zero-cost，對 iOS 開發者來說，這種理論聽起來可能有些反常識，但如果你是先學習 C， C++，再接觸 Objective-C 的 runtime，理解起來再直白不過。

舉例來說，假設我們從伺服器收到一段請求 user 信息的 response，一般我們會將 response 還原成一個業務 model 對象，user 類的定義如下：

如果使用 C++ 來定義這個類，在 C++ 編譯器的眼裡，這個類的全部信息不過是兩個連續存在於內存空間上的 4 個位元組（假設一個 int 占 4 位元組）。我們訪問 user 對象的代碼：

會被編譯器翻譯成一段類似如下的內存訪問代碼:

在編譯器眼裡沒有類的概念，只有內存地址，偏移量，以及讀寫操作。即使我們加入更多的抽象，比如把 User 類放進 Car 類裡面，再把 Car 放進 City 類里，當我們使用 city->car->user->age 時，編譯器依舊會將代碼翻譯成直白的 memory access。

如果我們使用 Objective-C 來書寫上述代碼，情況就完全不一樣了，熟悉 Objective-C runtime 的同學明白接下來會發生一系列操作，編譯後的代碼里，Objective-C 的 runtime 會先嘗試給 user 對象發送 message（如果是通過 property 訪問），需要通過 user 對象的 isa 指針找到 User 類定義，再通過 selector 在 cache 里找到 IMP 地址，最後才從函數返回需要操作的目標內存地址。我只列出了關鍵的幾步，中間其實省略了 n 個流程，類越多，抽象的層次越多，步驟也就越多，這是由於 Objective-C 需要將 class 的定義編譯進最後的 binary 里，需要依賴 class 的信息來實現 runtime 的一些機制，class 越多，最後生成 binary 自然也就越大。

簡而言之，大部分編程語言和 Objective-C 類似，由於需要在 binary 中保存 class 的信息，而將抽象的成本帶入了編譯後的機器碼。通過上面的分析我們也不難發現 zero-cost abstraction 的好處體現在兩方面，一是 binary 更小，二是運行時更高效（沒有一層層的中轉）。

C++ 的 zero-cost 特性得益於編譯器的高效實現，我們在代碼里定義的所有類，最後都會被編譯器降維，高樓被夷為平地，信息卻不會丟失，編譯器用一片二向箔將面向對象的世界壓扁成一幅畫，畫里的機器碼仍然能嚴格準確的表達我們的意圖。

謹慎使用

使用 zero-cost abstraction 的代價即為使用 C++ 開發的代價，C++ 使用難度高於 Objective-C，過多引入 C++ 代碼可能會造成純 iOS 團隊的維護效率降低，在引入之前，最好有準確的評估和 demo 先行驗證。

By 「zero-abstraction」 I mean not a byte and not a cycle wasted compared to hand-crafted low-level alternatives. Often the overhead of a function call (and especially an indirect function call) is considered too much. Offering both hardware access and abstraction is the basis of C++. Doing it efficiently is what distinguishes it from other languages.

Bjarne Stroustrup

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