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iOS 代码使用 C++ 的 zero-cost abstraction 特性

不少 iOS 项目里都有 C++ 代码的痕迹，Objective-C 和 C++ 虽然都是 C 的 superset，但二者在语言特性上存在很大差异，Objective-C 的 runtime 使其语言的特性更丰富更易使用，但代价是会增加性能损耗以及编译后的 binary size。

很多成熟项目开发到一定阶段，会关注一些关键指标，比如 App size，现在超过 100 M 的 App 比比皆是，而 App Store 上超过 150 MB 的 App 只能通过 Wifi 下载，当常规的瘦身手段用尽之后，App size 每一个 MB 的减少都弥足珍贵，这篇文章向 iOS 开发者介绍 C++ 的 zero cost abstraction 特性，在特定的场景下使用能起到立竿见影的疗效：减小 iOS App 的 binary size，给 App 瘦身。

zero-cost abstraction

Objective-C 和 C++ 同为面向对象语言，我们通过对象来抽象世界中的概念，但 Objective-C 的抽象伴随着代价，抽象越多，定义的类越多，最后编译出的 binary size 也就越大，而 C++ 却没这方面的烦恼，无论你定义多少类，设计多少 component，采用多少设计模式，并不会增加最后的 binary size，也就是所谓的 zero-cost，对 iOS 开发者来说，这种理论听起来可能有些反常识，但如果你是先学习 C， C++，再接触 Objective-C 的 runtime，理解起来再直白不过。

举例来说，假设我们从服务器收到一段请求 user 信息的 response，一般我们会将 response 还原成一个业务 model 对象，user 类的定义如下：

class User { int gender; int age };

如果使用 C++ 来定义这个类，在 C++ 编译器的眼里，这个类的全部信息不过是两个连续存在于内存空间上的 4 个字节（假设一个 int 占 4 字节）。我们访问 user 对象的代码：

int age = user->age;

会被编译器翻译成一段类似如下的内存访问代码:

r11 = *(r10 + 0x4)

在编译器眼里没有类的概念，只有内存地址，偏移量，以及读写操作。即使我们加入更多的抽象，比如把 User 类放进 Car 类里面，再把 Car 放进 City 类里，当我们使用 city->car->user->age 时，编译器依旧会将代码翻译成直白的 memory access。

如果我们使用 Objective-C 来书写上述代码，情况就完全不一样了，熟悉 Objective-C runtime 的同学明白接下来会发生一系列操作，编译后的代码里，Objective-C 的 runtime 会先尝试给 user 对象发送 message（如果是通过 property 访问），需要通过 user 对象的 isa 指针找到 User 类定义，再通过 selector 在 cache 里找到 IMP 地址，最后才从函数返回需要操作的目标内存地址。我只列出了关键的几步，中间其实省略了 n 个流程，类越多，抽象的层次越多，步骤也就越多，这是由于 Objective-C 需要将 class 的定义编译进最后的 binary 里，需要依赖 class 的信息来实现 runtime 的一些机制，class 越多，最后生成 binary 自然也就越大。

简而言之，大部分编程语言和 Objective-C 类似，由于需要在 binary 中保存 class 的信息，而将抽象的成本带入了编译后的机器码。通过上面的分析我们也不难发现 zero-cost abstraction 的好处体现在两方面，一是 binary 更小，二是运行时更高效（没有一层层的中转）。

C++ 的 zero-cost 特性得益于编译器的高效实现，我们在代码里定义的所有类，最后都会被编译器降维，高楼被夷为平地，信息却不会丢失，编译器用一片二向箔将面向对象的世界压扁成一幅画，画里的机器码仍然能严格准确的表达我们的意图。

谨慎使用

使用 zero-cost abstraction 的代价即为使用 C++ 开发的代价，C++ 使用难度高于 Objective-C，过多引入 C++ 代码可能会造成纯 iOS 团队的维护效率降低，在引入之前，最好有准确的评估和 demo 先行验证。

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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