Objective-C 集合框架（NSArray、NSDictionary 等）详解

Objective-C 集合框架概述

在 Objective-C 编程中，集合框架提供了强大的数据存储和管理功能。集合框架主要包括 NSArray、NSMutableArray、NSDictionary、NSMutableDictionary 以及 NSSet、NSMutableSet 等类。这些类让开发者能够高效地处理一组数据，无论是简单的有序列表，还是复杂的键值对集合。

NSArray

1. 不可变数组的定义与初始化

NSArray 是一个不可变数组类，一旦创建，其内容就不能被修改。定义和初始化 NSArray 有多种方式。

• 使用 @[] 字面量语法

  NSArray *array1 = @[@"Apple", @"Banana", @"Cherry"];
  

  这种方式简洁明了，是现代 Objective-C 中常用的初始化数组的方法。
• 使用 arrayWithObjects: 方法

  NSArray *array2 = [NSArray arrayWithObjects:@"Dog", @"Cat", @"Bird", nil];
  

  注意，使用 arrayWithObjects: 方法时，必须以 nil 作为参数列表的结束标志。

2. 访问数组元素

NSArray 的元素可以通过索引进行访问，索引从 0 开始。

NSArray *fruits = @[@"Apple", @"Banana", @"Cherry"];
NSString *firstFruit = fruits[0];
NSString *secondFruit = [fruits objectAtIndex:1];

这里，fruits[0] 和 [fruits objectAtIndex:0] 两种方式都可以获取数组的第一个元素。

3. 数组的属性与方法

• count 属性：用于获取数组中元素的个数。

  NSArray *numbers = @[@1, @2, @3, @4, @5];
  NSUInteger count = numbers.count;
  NSLog(@"数组元素个数: %lu", (unsigned long)count);
  

• containsObject: 方法：判断数组是否包含某个特定的对象。

  NSArray *colors = @[@"Red", @"Green", @"Blue"];
  BOOL containsGreen = [colors containsObject:@"Green"];
  if (containsGreen) {
      NSLog(@"数组包含 Green");
  } else {
      NSLog(@"数组不包含 Green");
  }
  

• indexOfObject: 方法：获取某个对象在数组中的索引，如果对象不存在则返回 NSNotFound。

  NSArray *animals = @[@"Lion", @"Tiger", @"Bear"];
  NSUInteger index = [animals indexOfObject:@"Tiger"];
  if (index != NSNotFound) {
      NSLog(@"Tiger 的索引是: %lu", (unsigned long)index);
  } else {
      NSLog(@"Tiger 不在数组中");
  }
  

NSMutableArray

1. 可变数组的定义与初始化

NSMutableArray 继承自 NSArray，它允许在创建后添加、删除和修改数组中的元素。

• 使用 @[] 字面量语法结合 mutableCopy 方法

  NSArray *immutableArray = @[@"One", @"Two", @"Three"];
  NSMutableArray *mutableArray1 = [immutableArray mutableCopy];
  

• 直接使用 NSMutableArray 的初始化方法

  NSMutableArray *mutableArray2 = [NSMutableArray arrayWithObjects:@"Four", @"Five", nil];
  

2. 添加元素

• addObject: 方法：向数组末尾添加一个对象。

  NSMutableArray *shoppingList = [NSMutableArray arrayWithObject:@"Milk"];
  [shoppingList addObject:@"Bread"];
  

• insertObject:atIndex: 方法：在指定索引位置插入一个对象。

  NSMutableArray *numbers = [NSMutableArray arrayWithArray:@[@1, @3, @4]];
  [numbers insertObject:@2 atIndex:1];
  

3. 删除元素

• removeObject: 方法：从数组中删除指定的对象。

  NSMutableArray *colors = [NSMutableArray arrayWithArray:@[@"Red", @"Green", @"Blue"]];
  [colors removeObject:@"Green"];
  

• removeObjectAtIndex: 方法：删除指定索引位置的对象。

  NSMutableArray *fruits = [NSMutableArray arrayWithArray:@[@"Apple", @"Banana", @"Cherry"]];
  [fruits removeObjectAtIndex:1];
  

• removeAllObjects 方法：清空数组中的所有元素。

  NSMutableArray *array = [NSMutableArray arrayWithArray:@[@"A", @"B", @"C"]];
  [array removeAllObjects];
  

4. 修改元素

可以直接通过索引来修改可变数组中的元素。

NSMutableArray *words = [NSMutableArray arrayWithArray:@[@"Hello", @"World"]];
words[1] = @"Universe";

NSDictionary

1. 不可变字典的定义与初始化

NSDictionary 是一个不可变的键值对集合，每个键必须是唯一的。

• 使用 @{} 字面量语法

  NSDictionary *person = @{@"name": @"John", @"age": @30, @"city": @"New York"};
  

• 使用 dictionaryWithObjectsAndKeys: 方法

  NSDictionary *book = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:@"Objective-C Programming", @"title", @"Author Name", @"author", nil];
  

  同样，dictionaryWithObjectsAndKeys: 方法需要以 nil 结束参数列表，并且对象在前，键在后。

2. 访问字典值

可以通过键来访问字典中的值。

NSDictionary *car = @{@"brand": @"Toyota", @"model": @"Corolla", @"year": @2023};
NSString *brand = car[@"brand"];
NSNumber *year = [car objectForKey:@"year"];

这里，car[@"brand"] 和 [car objectForKey:@"brand"] 两种方式都能获取对应键的值。

3. 字典的属性与方法

• count 属性：获取字典中键值对的数量。

  NSDictionary *countries = @{@"USA": @"Washington, D.C.", @"China": @"Beijing", @"France": @"Paris"};
  NSUInteger count = countries.count;
  NSLog(@"字典中键值对数量: %lu", (unsigned long)count);
  

• allKeys 方法：获取字典中所有的键。

  NSDictionary *languages = @{@"en": @"English", @"zh": @"Chinese", @"fr": @"French"};
  NSArray *keys = languages.allKeys;
  NSLog(@"所有键: %@", keys);
  

• allValues 方法：获取字典中所有的值。

  NSArray *values = languages.allValues;
  NSLog(@"所有值: %@", values);
  

NSMutableDictionary

1. 可变字典的定义与初始化

NSMutableDictionary 继承自 NSDictionary，允许在创建后添加、删除和修改键值对。

• 使用 @{} 字面量语法结合 mutableCopy 方法

  NSDictionary *immutableDict = @{@"key1": @"value1", @"key2": @"value2"};
  NSMutableDictionary *mutableDict1 = [immutableDict mutableCopy];
  

• 直接使用 NSMutableDictionary 的初始化方法

  NSMutableDictionary *mutableDict2 = [NSMutableDictionary dictionaryWithObject:@"Initial Value" forKey:@"Initial Key"];
  

2. 添加键值对

• setObject:forKey: 方法：添加一个新的键值对，如果键已存在，则更新对应的值。

  NSMutableDictionary *settings = [NSMutableDictionary dictionary];
  [settings setObject:@"Dark Mode" forKey:@"theme"];
  

3. 删除键值对

• removeObjectForKey: 方法：删除指定键对应的键值对。

  NSMutableDictionary *userInfo = [NSMutableDictionary dictionaryWithDictionary:@{@"name": @"Alice", @"email": @"alice@example.com"}];
  [userInfo removeObjectForKey:@"email"];
  

• removeAllObjects 方法：清空字典中的所有键值对。

  NSMutableDictionary *data = [NSMutableDictionary dictionaryWithDictionary:@{@"a": @1, @"b": @2, @"c": @3}];
  [data removeAllObjects];
  

4. 修改键值对

可以直接通过键来修改可变字典中的值。

NSMutableDictionary *config = [NSMutableDictionary dictionaryWithDictionary:@{@"server": @"localhost", @"port": @8080}];
config[@"port"] = @8081;

NSSet

1. 不可变集合的定义与初始化

NSSet 是一个不可变的无序集合，集合中的元素是唯一的。

• 使用 @{} 字面量语法

  NSSet *set1 = @[@"Apple", @"Banana", @"Cherry"];
  

• 使用 setWithObjects: 方法

  NSSet *set2 = [NSSet setWithObjects:@"Dog", @"Cat", @"Bird", nil];
  

2. 集合的属性与方法

• count 属性：获取集合中元素的个数。

  NSSet *numbers = [NSSet setWithObjects:@1, @2, @3, nil];
  NSUInteger count = numbers.count;
  NSLog(@"集合元素个数: %lu", (unsigned long)count);
  

• containsObject: 方法：判断集合是否包含某个特定的对象。

  NSSet *colors = [NSSet setWithObjects:@"Red", @"Green", @"Blue", nil];
  BOOL containsGreen = [colors containsObject:@"Green"];
  if (containsGreen) {
      NSLog(@"集合包含 Green");
  } else {
      NSLog(@"集合不包含 Green");
  }
  

NSMutableSet

1. 可变集合的定义与初始化

NSMutableSet 继承自 NSSet，允许在创建后添加和删除元素。

• 使用 set 初始化方法

  NSMutableSet *mutableSet = [NSMutableSet set];
  

• 使用 setWithSet: 方法从现有集合初始化

  NSSet *immutableSet = [NSSet setWithObjects:@"One", @"Two", nil];
  NSMutableSet *mutableSet2 = [NSMutableSet setWithSet:immutableSet];
  

2. 添加元素

• addObject: 方法：向集合中添加一个对象，如果对象已存在，则不会重复添加。

  NSMutableSet *shoppingSet = [NSMutableSet setWithObject:@"Milk"];
  [shoppingSet addObject:@"Bread"];
  

3. 删除元素

• removeObject: 方法：从集合中删除指定的对象。

  NSMutableSet *fruitSet = [NSMutableSet setWithObjects:@"Apple", @"Banana", @"Cherry", nil];
  [fruitSet removeObject:@"Banana"];
  

集合框架的内存管理

在 Objective-C 中，集合框架中的对象通常遵循引用计数的内存管理机制。当一个对象被添加到集合中时，集合会对该对象进行一次 retain（在 ARC 环境下，相当于增加引用计数）。当对象从集合中移除或者集合本身被释放时，集合会对对象进行一次 release（在 ARC 环境下，相当于减少引用计数）。

例如，在手动引用计数（MRC）环境下：

NSString *string = [[NSString alloc] initWithString:@"Example"];
NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
[array addObject:string];
[string release]; // 此时 string 的引用计数为 1，因为 array 持有它
[array removeObjectAtIndex:0]; // 此时 string 的引用计数变为 0，会被释放

在自动引用计数（ARC）环境下，开发者无需手动管理对象的引用计数，编译器会自动处理。

集合框架的性能考量

不同的集合类型在性能上有各自的特点。

• NSArray：对于按顺序访问元素的场景，NSArray 表现出色，因为可以通过索引快速定位元素。查找特定元素时，如果元素数量较多，indexOfObject: 方法的时间复杂度为 O(n)，性能相对较低。
• NSDictionary：NSDictionary 适用于通过键快速查找值的场景，其查找操作的平均时间复杂度为 O(1)。但如果键的数量非常大，哈希冲突可能会影响性能。
• NSSet：NSSet 适合判断元素是否存在的场景，其 containsObject: 方法平均时间复杂度为 O(1)。由于集合是无序的，不适合需要顺序访问元素的场景。

集合框架的遍历

1. NSArray 的遍历

• 使用 for 循环

  NSArray *fruits = @[@"Apple", @"Banana", @"Cherry"];
  for (NSUInteger i = 0; i < fruits.count; i++) {
      NSString *fruit = fruits[i];
      NSLog(@"%@", fruit);
  }
  

• 使用 fast enumeration

  for (NSString *fruit in fruits) {
      NSLog(@"%@", fruit);
  }
  

• 使用 block 遍历

  [fruits enumerateObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
      NSLog(@"%@ at index %lu", obj, (unsigned long)idx);
      if (idx == 1) {
          *stop = YES;
      }
  }];
  

2. NSDictionary 的遍历

• 使用 fast enumeration 遍历键

  NSDictionary *person = @{@"name": @"John", @"age": @30, @"city": @"New York"};
  for (NSString *key in person) {
      id value = person[key];
      NSLog(@"%@: %@", key, value);
  }
  

• 使用 block 遍历键值对

  [person enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull key, id  _Nonnull obj, BOOL * _Nonnull stop) {
      NSLog(@"%@: %@", key, obj);
  }];
  

3. NSSet 的遍历

• 使用 fast enumeration

  NSSet *colors = [NSSet setWithObjects:@"Red", @"Green", @"Blue", nil];
  for (NSString *color in colors) {
      NSLog(@"%@", color);
  }
  

• 使用 block 遍历

  [colors enumerateObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull obj, BOOL * _Nonnull stop) {
      NSLog(@"%@", obj);
  }];
  

集合框架与其他数据类型的转换

1. NSArray 与 C 数组的转换

• NSArray 转 C 数组

  NSArray *numbers = @[@1, @2, @3];
  NSUInteger count = numbers.count;
  int cArray[count];
  [numbers getObjects:(id *)cArray range:NSMakeRange(0, count)];
  for (NSUInteger i = 0; i < count; i++) {
      NSLog(@"%d", cArray[i]);
  }
  

• C 数组转 NSArray

  int cArray2[] = {4, 5, 6};
  NSArray *arrayFromC = [NSArray arrayWithObjects:[NSNumber numberWithInt:cArray2[0]], [NSNumber numberWithInt:cArray2[1]], [NSNumber numberWithInt:cArray2[2]], nil];
  

2. NSDictionary 与 JSON 的转换

• NSDictionary 转 JSON 数据

  NSDictionary *data = @{@"name": @"Alice", @"age": @25};
  NSData *jsonData = [NSJSONSerialization dataWithJSONObject:data options:NSJSONWritingPrettyPrinted error:nil];
  NSString *jsonString = [[NSString alloc] initWithData:jsonData encoding:NSUTF8StringEncoding];
  NSLog(@"%@", jsonString);
  

• JSON 数据转 NSDictionary

  NSString *jsonString2 = @"{\"name\":\"Bob\",\"age\":30}";
  NSData *jsonData2 = [jsonString2 dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
  NSDictionary *dictFromJSON = [NSJSONSerialization JSONObjectWithData:jsonData2 options:NSJSONReadingMutableContainers error:nil];
  

通过对 Objective-C 集合框架中 NSArray、NSDictionary、NSSet 及其可变版本的详细介绍，开发者可以根据具体的需求选择合适的集合类型，高效地处理数据。同时，对集合框架的内存管理、性能考量、遍历方式以及与其他数据类型的转换等方面的理解，有助于编写出更加健壮和高效的 Objective-C 程序。