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前言

在OOP的世界里使用FRP的思想来编程,光有函数这种一等公民,还是无法满足我们一些需求的。因此还是需要引用变量来完成各式各样的类的操作行为。

在前几篇文章中详细的分析了RACStream中RACSignal的底层实现。RACStream还有另外一个子类,RACSequence,这个类是RAC专门为集合而设计的。这篇文章就专门分析一下RACSequence的底层实现。

目录

  • 1.RACTuple底层实现分析
  • 2.RACSequence底层实现分析
  • 3.RACSequence操作实现分析
  • 4.RACSequence的一些扩展

一. RACTuple底层实现分析

在分析RACSequence之前,先来看看RACTuple的实现。RACTuple是ReactiveCocoa的元组类。

1. RACTuple

@interface RACTuple : NSObject <NSCoding, NSCopying, NSFastEnumeration>

@property (nonatomic, readonly) NSUInteger count;

@property (nonatomic, readonly) id first;
@property (nonatomic, readonly) id second;
@property (nonatomic, readonly) id third;
@property (nonatomic, readonly) id fourth;
@property (nonatomic, readonly) id fifth;
@property (nonatomic, readonly) id last;
@property (nonatomic, strong) NSArray *backingArray;

@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *rac_sequence; // 这个是专门为sequence提供的一个扩展

@end

RACTuple的定义看上去很简单,底层实质就是一个NSArray,只不过封装了一些方法。RACTuple继承了NSCoding, NSCopying, NSFastEnumeration这三个协议。

- (id)initWithCoder:(NSCoder *)coder {
    self = [self init];
    if (self == nil) return nil;
    
    self.backingArray = [coder decodeObjectForKey:@keypath(self.backingArray)];
    return self;
}

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)coder {
    if (self.backingArray != nil) [coder encodeObject:self.backingArray forKey:@keypath(self.backingArray)];
}

这里是NSCoding协议。都是对内部的backingArray进行decodeObjectForKey:和encodeObject: 。

- (instancetype)copyWithZone:(NSZone *)zone {
   // we're immutable, bitches!    <---这里是原作者的注释
   return self;
}

上面这是NSCopying协议。由于内部是基于NSArray的,所以是immutable不可变的。

- (NSUInteger)countByEnumeratingWithState:(NSFastEnumerationState *)state objects:(id __unsafe_unretained [])buffer count:(NSUInteger)len {
    return [self.backingArray countByEnumeratingWithState:state objects:buffer count:len];
}

上面是NSFastEnumeration协议,快速枚举也都是针对NSArray进行的操作。

// 三个类方法
+ (instancetype)tupleWithObjectsFromArray:(NSArray *)array;
+ (instancetype)tupleWithObjectsFromArray:(NSArray *)array convertNullsToNils:(BOOL)convert;
+ (instancetype)tupleWithObjects:(id)object, ... NS_REQUIRES_NIL_TERMINATION;


- (id)objectAtIndex:(NSUInteger)index;
- (NSArray *)allObjects;
- (instancetype)tupleByAddingObject:(id)obj;

RACTuple的方法也不多,总共就6个方法,3个类方法,3个实例方法。

先看类方法:

+ (instancetype)tupleWithObjectsFromArray:(NSArray *)array {
    return [self tupleWithObjectsFromArray:array convertNullsToNils:NO];
}

+ (instancetype)tupleWithObjectsFromArray:(NSArray *)array convertNullsToNils:(BOOL)convert {
    RACTuple *tuple = [[self alloc] init];
    
    if (convert) {
        NSMutableArray *newArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:array.count];
        for (id object in array) {
            [newArray addObject:(object == NSNull.null ? RACTupleNil.tupleNil : object)];
        }       
        tuple.backingArray = newArray;
    } else {
        tuple.backingArray = [array copy];
    }
    
    return tuple;
}

先看这两个类方法,这两个类方法的区别在于是否把NSNull转换成RACTupleNil类型。根据入参array初始化RACTuple内部的NSArray。

RACTuplePack( ) 和 RACTuplePack_( )这两个宏的实现也是调用了tupleWithObjectsFromArray:方法

#define RACTuplePack(...) \
    RACTuplePack_(__VA_ARGS__)

#define RACTuplePack_(...) \
    ([RACTuple tupleWithObjectsFromArray:@[ metamacro_foreach(RACTuplePack_object_or_ractuplenil,, __VA_ARGS__) ]])

这里需要注意的是RACTupleNil

+ (RACTupleNil *)tupleNil {
    static dispatch_once_t onceToken;
    static RACTupleNil *tupleNil = nil;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        tupleNil = [[self alloc] init];
    });
    
    return tupleNil;
}

RACTupleNil是一个单例。

重点需要解释的是另外一种类方法:

+ (instancetype)tupleWithObjects:(id)object, ... {
    RACTuple *tuple = [[self alloc] init];
    
    va_list args;
    va_start(args, object);
    
    NSUInteger count = 0;
    for (id currentObject = object; currentObject != nil; currentObject = va_arg(args, id)) {
        ++count;
    }
    
    va_end(args);
    
    if (count == 0) {
        tuple.backingArray = @[];
        return tuple;
    }
    
    NSMutableArray *objects = [[NSMutableArray alloc] initWithCapacity:count];
    
    va_start(args, object);
    for (id currentObject = object; currentObject != nil; currentObject = va_arg(args, id)) {
        [objects addObject:currentObject];
    }
    
    va_end(args);
    
    tuple.backingArray = objects;
    return tuple;
}

这个类方法的参数是可变参数类型。由于用到了可变参数类型,所以就会用到va_list,va_start,va_arg,va_end。

#ifndef _VA_LIST_T
#define _VA_LIST_T
typedef __darwin_va_list va_list;  
#endif /* _VA_LIST_T */

#ifndef _VA_LIST
typedef __builtin_va_list va_list;  
#define _VA_LIST
#endif
#define va_start(ap, param) __builtin_va_start(ap, param)
#define va_end(ap)          __builtin_va_end(ap)
#define va_arg(ap, type)    __builtin_va_arg(ap, type)
  1. va_list用于声明一个变量,我们知道函数的可变参数列表其实就是一个字符串,所以va_list才被声明为字符型指针,这个类型用于声明一个指向参数列表的字符型指针变量,例如:va_list ap;//ap:arguement pointer
  2. va_start(ap,v),它的第一个参数是指向可变参数字符串的变量,第二个参数是可变参数函数的第一个参数,通常用于指定可变参数列表中参数的个数。
  3. va_arg(ap,t),它的第一个参数指向可变参数字符串的变量,第二个参数是可变参数的类型。
  4. va_end(ap) 用于将存放可变参数字符串的变量清空(赋值为NULL)。

剩下的3个实例方法都是对数组的操作,没有什么难度。

一般使用用两个宏,RACTupleUnpack( ) 用来解包,RACTuplePack( ) 用来装包。

   RACTupleUnpack(NSString *string, NSNumber *num) = [RACTuple tupleWithObjects:@"foo", @5, nil];


   RACTupleUnpack(NSString *string, NSNumber *num) = RACTuplePack(@"foo",@(5));

   NSLog(@"string: %@", string);
   NSLog(@"num: %@", num);

   /* 上面的做法等价于下面的 */
   RACTuple *t = [RACTuple tupleWithObjects:@"foo", @5, nil];
   NSString *string = t[0];
   NSNumber *num = t[1];
   NSLog(@"string: %@", string);
   NSLog(@"num: %@", num);

关于RACTuple还有2个相关的类,RACTupleUnpackingTrampoline,RACTupleSequence。

2. RACTupleUnpackingTrampoline

@interface RACTupleUnpackingTrampoline : NSObject
+ (instancetype)trampoline;
- (void)setObject:(RACTuple *)tuple forKeyedSubscript:(NSArray *)variables;
@end

首先这个类是一个单例。

+ (instancetype)trampoline {
    static dispatch_once_t onceToken;
    static id trampoline = nil;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        trampoline = [[self alloc] init];
    });    
    return trampoline;
}

RACTupleUnpackingTrampoline这个类也就只有一个作用,就是它对应的实例方法。

- (void)setObject:(RACTuple *)tuple forKeyedSubscript:(NSArray *)variables {
    NSCParameterAssert(variables != nil);
    
    [variables enumerateObjectsUsingBlock:^(NSValue *value, NSUInteger index, BOOL *stop) {
        __strong id *ptr = (__strong id *)value.pointerValue;
        *ptr = tuple[index];
    }];
}

这个方法里面会遍历入参数组NSArray,然后依次取出数组里面每个value 的指针,用这个指针又赋值给了tuple[index]。

为了解释清楚这个方法的作用,写出测试代码:

    RACTupleUnpackingTrampoline *tramp = [RACTupleUnpackingTrampoline trampoline];
    
    NSString *string;
    NSString *string1;
    NSString *string2;
    
    NSArray *array = [NSArray arrayWithObjects:[NSValue valueWithPointer:&string],[NSValue valueWithPointer:&string1],[NSValue valueWithPointer:&string2], nil];
    
    NSLog(@"调用方法之前 string = %@,string1 = %@,string2 = %@",string,string1,string2);
    
    [tramp setObject:[RACTuple tupleWithObjectsFromArray:@[(@"foo"),(@(10)),@"32323"]] forKeyedSubscript:array];
    
    NSLog(@"调用方法之后 string = %@,string1 = %@,string2 = %@",string,string1,string2);

输出如下:

调用方法之前 string = (null),string1 = (null),string2 = (null)
调用方法之后 string = foo,string1 = 10,string2 = 32323

这个函数的作用也就一清二楚了。但是平时我们是很少用到[NSValue valueWithPointer:&string]这种写法的。究竟是什么地方会用到这个函数呢?全局搜索一下,找到了用到这个的地方。

在RACTuple 中两个非常有用的宏:RACTupleUnpack( ) 用来解包,RACTuplePack( ) 用来装包。RACTuplePack( )的实现在上面分析过了,实际是调用tupleWithObjectsFromArray:方法。那么RACTupleUnpack( ) 的宏是怎么实现的呢?这里就用到了RACTupleUnpackingTrampoline。

#define RACTupleUnpack_(...) \
    metamacro_foreach(RACTupleUnpack_decl,, __VA_ARGS__) \
    \
    int RACTupleUnpack_state = 0; \
    \
    RACTupleUnpack_after: \
        ; \
        metamacro_foreach(RACTupleUnpack_assign,, __VA_ARGS__) \
        if (RACTupleUnpack_state != 0) RACTupleUnpack_state = 2; \
        \
        while (RACTupleUnpack_state != 2) \
            if (RACTupleUnpack_state == 1) { \
                goto RACTupleUnpack_after; \
            } else \
                for (; RACTupleUnpack_state != 1; RACTupleUnpack_state = 1) \
                    [RACTupleUnpackingTrampoline trampoline][ @[ metamacro_foreach(RACTupleUnpack_value,, __VA_ARGS__) ] ]

以上就是RACTupleUnpack( ) 具体的宏。看上去很复杂。还是写出测试代码分析分析。

    RACTupleUnpack(NSString *string, NSNumber *num) = RACTuplePack(@"foo",@(10));

把上述的代码编译之后的代码贴出来:

    __attribute__((objc_ownership(strong))) id RACTupleUnpack284_var0;
    __attribute__((objc_ownership(strong))) id RACTupleUnpack284_var1;
    
    int RACTupleUnpack_state284 = 0;
    RACTupleUnpack_after284: ;
    __attribute__((objc_ownership(strong))) NSString *string = RACTupleUnpack284_var0;
    __attribute__((objc_ownership(strong))) NSNumber *num = RACTupleUnpack284_var1;
    
    if (RACTupleUnpack_state284 != 0)
        RACTupleUnpack_state284 = 2;
    
    while (RACTupleUnpack_state284 != 2)
        if (RACTupleUnpack_state284 == 1) {
            goto RACTupleUnpack_after284;
        } else for (; RACTupleUnpack_state284 != 1; RACTupleUnpack_state284 = 1)
            [RACTupleUnpackingTrampoline trampoline][ @[ [NSValue valueWithPointer:&RACTupleUnpack284_var0], [NSValue valueWithPointer:&RACTupleUnpack284_var1], ] ] = ([RACTuple tupleWithObjectsFromArray:@[ (@"foo") ?: RACTupleNil.tupleNil, (@(10)) ?: RACTupleNil.tupleNil, ]]);

转换成这样就比较好理解了。RACTupleUnpack_after284: 是一个标号。RACTupleUnpack_state284初始值为0,在下面while里面有一个for循环,在这个循环里面会进行解包操作,也就是会调用setObject:forKeyedSubscript:函数。

在循环里面,

[RACTupleUnpackingTrampoline trampoline][ @[ [NSValue valueWithPointer:&RACTupleUnpack284_var0], [NSValue valueWithPointer:&RACTupleUnpack284_var1], ] ]

这里就是调用了[NSValue valueWithPointer:&string]的写法。

至此,RACTupleUnpackingTrampoline这个类的作用也已明了,它是被作用设计出来用来实现神奇的RACTupleUnpack( ) 这个宏。

当然RACTupleUnpackingTrampoline这个类的setObject:forKeyedSubscript:函数也可以使用,只不过要注意写法,注意指针的类型,在NSValue里面包裹的是valueWithPointer,(nullable const void *)pointer类型的。

3. RACTupleSequence

这个类仅仅只是名字里面带有Tuple而已,它其实是继承自RACSequence。

需要分析这个类的原因是因为RACTuple里面有一个拓展的属性rac_sequence。

- (RACSequence *)rac_sequence {
   return [RACTupleSequence sequenceWithTupleBackingArray:self.backingArray offset:0];
}

还是先看看RACTupleSequence的定义。

@interface RACTupleSequence : RACSequence
@property (nonatomic, strong, readonly) NSArray *tupleBackingArray;
@property (nonatomic, assign, readonly) NSUInteger offset;
+ (instancetype)sequenceWithTupleBackingArray:(NSArray *)backingArray offset:(NSUInteger)offset;
@end

这个类是继承自RACSequence,而且只有这一个类方法。

tupleBackingArray是来自于RACTuple里面的backingArray。

+ (instancetype)sequenceWithTupleBackingArray:(NSArray *)backingArray offset:(NSUInteger)offset {
    NSCParameterAssert(offset <= backingArray.count);
    
    if (offset == backingArray.count) return self.empty;
    
    RACTupleSequence *seq = [[self alloc] init];
    seq->_tupleBackingArray = backingArray;
    seq->_offset = offset;
    return seq;
}

RACTupleSequence这个类的目的就是把Tuple转换成Sequence。Sequence里面的数组就是Tuple内部的backingArray。offset从0开始。

二. RACSequence底层实现分析

@interface RACSequence : RACStream <NSCoding, NSCopying, NSFastEnumeration>

@property (nonatomic, strong, readonly) id head;
@property (nonatomic, strong, readonly) RACSequence *tail;
@property (nonatomic, copy, readonly) NSArray *array;
@property (nonatomic, copy, readonly) NSEnumerator *objectEnumerator;
@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *eagerSequence;
@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *lazySequence;
@end

RACSequence是RACStream的子类,主要是ReactiveCocoa里面的集合类。

先来说说关于RACSequence的一些概念。

RACSequence有两个很重要的属性就是head和tail。head是一个id,而tail又是一个RACSequence,这个定义有点递归的意味。

    RACSequence *sequence = [RACSequence sequenceWithHeadBlock:^id{
        return @(1);
    } tailBlock:^RACSequence *{
        return @[@2,@3,@4].rac_sequence;
    }];
    
    NSLog(@"sequence.head = %@ , sequence.tail =  %@",sequence.head ,sequence.tail);

输出:

sequence.head = 1 , sequence.tail =  <RACArraySequence: 0x608000223920>{ name = , array = (  
    2,
    3,
    4
) }

这段测试代码就道出了head和tail的定义。更加详细的描述见下图:

上述代码里面用到了RACSequence初始化的方法,具体的分析见后面。

objectEnumerator是一个快速枚举器。

@interface RACSequenceEnumerator : NSEnumerator
@property (nonatomic, strong) RACSequence *sequence;
@end

之所以需要实现这个,是为了更加方便的RACSequence进行遍历。

- (id)nextObject {
    id object = nil;
    
    @synchronized (self) {
        object = self.sequence.head;
        self.sequence = self.sequence.tail;
    }
    
    return object;
}

有了这个NSEnumerator,就可以从RACSequence的head一直遍历到tail。

- (NSEnumerator *)objectEnumerator {
    RACSequenceEnumerator *enumerator = [[RACSequenceEnumerator alloc] init];
    enumerator.sequence = self;
    return enumerator;
}

回到RACSequence的定义里面的objectEnumerator,这里就是取出内部的RACSequenceEnumerator。

- (NSArray *)array {
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
    for (id obj in self) {
        [array addObject:obj];
    }   
    return [array copy];
}

RACSequence的定义里面还有一个array,这个数组就是返回一个NSArray,这个数组里面装满了RACSequence里面所有的对象。这里之所以能用for-in,是因为实现了NSFastEnumeration协议。至于for-in的效率,完全就看重写NSFastEnumeration协议里面countByEnumeratingWithState: objects: count: 方法里面的执行效率了。

在分析RACSequence的for-in执行效率之前,先回顾一下NSFastEnumerationState的定义,这里的属性在接下来的实现中会被大量使用。

typedef struct {  
    unsigned long state; //可以被自定义成任何有意义的变量
    id __unsafe_unretained _Nullable * _Nullable itemsPtr;  //返回对象数组的首地址
    unsigned long * _Nullable mutationsPtr;  //指向会随着集合变动而变化的一个值
    unsigned long extra[5]; //可以被自定义成任何有意义的数组
} NSFastEnumerationState;

接下来要分析的这个函数的入参,stackbuf是为for-in提供的对象数组,len是该数组的长度。

- (NSUInteger)countByEnumeratingWithState:(NSFastEnumerationState *)state objects:(__unsafe_unretained id *)stackbuf count:(NSUInteger)len {
    // 定义完成时候的状态为state = ULONG_MAX
    if (state->state == ULONG_MAX) {
        return 0;
    }
    
    // 由于我们需要遍历sequence多次,所以这里定义state字段来记录sequence的首地址
    RACSequence *(^getSequence)(void) = ^{
        return (__bridge RACSequence *)(void *)state->state;
    };
    
    void (^setSequence)(RACSequence *) = ^(RACSequence *sequence) {
        // 释放老的sequence
        CFBridgingRelease((void *)state->state);
        // 保留新的sequence,把sequence的首地址存放入state中
        state->state = (unsigned long)CFBridgingRetain(sequence);
    };
    
    void (^complete)(void) = ^{
        // 释放sequence,并把state置为完成态
        setSequence(nil);
        state->state = ULONG_MAX;
    };
    
    // state == 0是第一次调用时候的初始值
    if (state->state == 0) {
        // 在遍历过程中,如果Sequence不再发生变化,那么就让mutationsPtr指向一个定值,指向extra数组的首地址
        state->mutationsPtr = state->extra;
        // 再次刷新state的值
        setSequence(self);
    }
    
    // 将会把返回的对象放进stackbuf中,因此用itemsPtr指向它
    state->itemsPtr = stackbuf;
    
    NSUInteger enumeratedCount = 0;
    while (enumeratedCount < len) {
        RACSequence *seq = getSequence();
        // 由于sequence可能是懒加载生成的,所以需要防止在遍历器enumerator遍历到它们的时候被释放了

        __autoreleasing id obj = seq.head;

        // 没有头就结束遍历
        if (obj == nil) {
            complete();
            break;
        }
        // 遍历sequence,每次取出来的head都放入stackbuf数组中。
        stackbuf[enumeratedCount++] = obj;
        
        // 没有尾就是完成遍历
        if (seq.tail == nil) {
            complete();
            break;
        }
        
        // 取出tail以后,这次遍历结束的tail,即为下次遍历的head,设置seq.tail为Sequence的head,为下次循环做准备
        setSequence(seq.tail);
    }
    
    return enumeratedCount;
}

整个遍历的过程类似递归的过程,从头到尾依次遍历一遍。

再来研究研究RACSequence的初始化:

+ (RACSequence *)sequenceWithHeadBlock:(id (^)(void))headBlock tailBlock:(RACSequence *(^)(void))tailBlock;

+ (RACSequence *)sequenceWithHeadBlock:(id (^)(void))headBlock tailBlock:(RACSequence *(^)(void))tailBlock {
   return [[RACDynamicSequence sequenceWithHeadBlock:headBlock tailBlock:tailBlock] setNameWithFormat:@"+sequenceWithHeadBlock:tailBlock:"];
}

初始化RACSequence,会调用RACDynamicSequence。这里有点类比RACSignal的RACDynamicSignal。

再来看看RACDynamicSequence的定义。

@interface RACDynamicSequence () {
    id _head;
    RACSequence *_tail;
    id _dependency;
}
@property (nonatomic, strong) id headBlock;
@property (nonatomic, strong) id tailBlock;
@property (nonatomic, assign) BOOL hasDependency;
@property (nonatomic, strong) id (^dependencyBlock)(void);

@end

这里需要说明的是此处的headBlock,tailBlock,dependencyBlock的修饰符都是用了strong,而不是copy。这里是一个很奇怪的bug导致的。在https://github.com/ReactiveCocoa/ReactiveCocoa/issues/505中详细记录了用copy关键字会导致内存泄露的bug。具体代码如下:

[[[@[@1,@2,@3,@4,@5] rac_sequence] filter:^BOOL(id value) {
    return [value intValue] > 1;
}] array];

最终发现这个问题的人把copy改成strong就神奇的修复了这个bug。最终整个ReactiveCocoa库里面就只有这里把block的关键字从copy改成了strong,而不是所有的地方都改成strong。

原作者Justin Spahr-Summers大神对这个问题的最终解释是:

Maybe there's just something weird with how we override dealloc, set the blocks from a class method, cast them, or something else.

所以日常我们写block的时候,没有特殊情况,依旧需要继续用copy进行修饰。

+ (RACSequence *)sequenceWithHeadBlock:(id (^)(void))headBlock tailBlock:(RACSequence *(^)(void))tailBlock {
   NSCParameterAssert(headBlock != nil);

   RACDynamicSequence *seq = [[RACDynamicSequence alloc] init];
   seq.headBlock = [headBlock copy];
   seq.tailBlock = [tailBlock copy];
   seq.hasDependency = NO;
   return seq;
}

hasDependency这个变量是代表是否有dependencyBlock。这个函数里面就只把headBlock和tailBlock保存起来了。

+ (RACSequence *)sequenceWithLazyDependency:(id (^)(void))dependencyBlock headBlock:(id (^)(id dependency))headBlock tailBlock:(RACSequence *(^)(id dependency))tailBlock {
    NSCParameterAssert(dependencyBlock != nil);
    NSCParameterAssert(headBlock != nil);
    
    RACDynamicSequence *seq = [[RACDynamicSequence alloc] init];
    seq.headBlock = [headBlock copy];
    seq.tailBlock = [tailBlock copy];
    seq.dependencyBlock = [dependencyBlock copy];
    seq.hasDependency = YES;
    return seq;
}

另外一个类方法sequenceWithLazyDependency: headBlock: tailBlock:是带有dependencyBlock的,这个方法里面会保存headBlock,tailBlock,dependencyBlock这3个block。

从RACSequence这两个唯一的初始化方法之间就引出了RACSequence两大核心问题之一,积极运算 和 惰性求值。

1. 积极运算 和 惰性求值

在RACSequence的定义中还有两个RACSequence —— eagerSequence 和 lazySequence。这两个RACSequence就是分别对应着积极运算的RACSequence和惰性求值的RACSequence。

关于这两个概念最最新形象的比喻还是臧老师博客里面的这篇文章聊一聊iOS开发中的惰性计算里面写的一段笑话。引入如下:

有一只小白兔,跑到蔬菜店里问老板:“老板,有100个胡萝卜吗?”。老板说:“没有那么多啊。”,小白兔失望的说道:“哎,连100个胡萝卜都没有。。。”。第二天小白兔又来到蔬菜店问老板:“今天有100个胡萝卜了吧?”,老板尴尬的说:“今天还是缺点,明天就能好了。”,小白兔又很失望的走了。第三天小白兔刚一推门,老板就高兴的说道:“有了有了,从前天就进货的100个胡萝卜到货了。”,小白兔说:“太好了,我要买2根!”。。。

如果日常我们遇到了这种问题,就很浪费内存空间了。比如在内存里面开了一个100W大小的数组,结果实际只使用到100个数值。这个时候就需要用到惰性运算了。

在RACSequence里面这两种方式都支持,我们来看看底层源码是如何实现的。

先来看看平时我们很熟悉的情况——积极运算。

在RACSequence中积极运算的代表是RACSequence的一个子类RACArraySequence的子类——RACEagerSequence。它的积极运算表现在其bind函数上。

- (instancetype)bind:(RACStreamBindBlock (^)(void))block {
    NSCParameterAssert(block != nil);
    RACStreamBindBlock bindBlock = block();
    NSArray *currentArray = self.array;
    NSMutableArray *resultArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:currentArray.count];
    
    for (id value in currentArray) {
        BOOL stop = NO;
        RACSequence *boundValue = (id)bindBlock(value, &stop);
        if (boundValue == nil) break;
        
        for (id x in boundValue) {
            [resultArray addObject:x];
        }
        
        if (stop) break;
    }
    
    return [[self.class sequenceWithArray:resultArray offset:0] setNameWithFormat:@"[%@] -bind:", self.name];
}

从上述代码中能看到主要是进行了2层循环,最外层循环遍历的自己RACSequence中的值,然后拿到这个值传入闭包bindBlock( )中,返回一个RACSequence,最后用一个NSMutableArray依次把每个RACSequence里面的值都装起来。

第二个for-in循环是在遍历RACSequence,之所以可以用for-in的方式遍历就是因为实现了NSFastEnumeration协议,实现了countByEnumeratingWithState: objects: count: 方法,这个方法在上面详细分析过了,这里不再赘述。

这里就是一个积极运算的例子,在每次循环中都会把闭包block( )的值计算出来。值得说明的是,最后返回的RACSequence的类型是self.class类型的,即还是RACEagerSequence类型的。

再来看看RACSequence中的惰性求值是怎么实现的。

在RACSequence中,bind函数是下面这个样子:

- (instancetype)bind:(RACStreamBindBlock (^)(void))block {
    RACStreamBindBlock bindBlock = block();
    return [[self bind:bindBlock passingThroughValuesFromSequence:nil] setNameWithFormat:@"[%@] -bind:", self.name];
}

实际上调用了bind: passingThroughValuesFromSequence:方法,第二个入参传入nil。

- (instancetype)bind:(RACStreamBindBlock)bindBlock passingThroughValuesFromSequence:(RACSequence *)passthroughSequence {

    __block RACSequence *valuesSeq = self;
    __block RACSequence *current = passthroughSequence;
    __block BOOL stop = NO;
    
    RACSequence *sequence = [RACDynamicSequence sequenceWithLazyDependency:^ id {
        // 暂时省略
    } headBlock:^(id _) {
        return current.head;
    } tailBlock:^ id (id _) {
        if (stop) return nil;
        return [valuesSeq bind:bindBlock passingThroughValuesFromSequence:current.tail];
    }];
    
    sequence.name = self.name;
    return sequence;
}

在bind: passingThroughValuesFromSequence:方法的实现中,就是用sequenceWithLazyDependency: headBlock: tailBlock:方法生成了一个RACSequence,并返回。在sequenceWithLazyDependency: headBlock: tailBlock:上面分析过源码,主要目的是为了保存3个闭包,headBlock,tailBlock,dependencyBlock。

通过调用RACSequence里面的bind操作,并没有执行3个闭包里面的值,只是保存起来了。这里就是惰性求值的表现——等到要用的时候才会计算。

通过上述源码的分析,可以写出如下的测试代码加深理解。

    NSArray *array = @[@1,@2,@3,@4,@5];
    
    RACSequence *lazySequence = [array.rac_sequence map:^id(id value) {
        NSLog(@"lazySequence");
        return @(101);
    }];
    
    RACSequence *eagerSequence = [array.rac_sequence.eagerSequence map:^id(id value) {
        NSLog(@"eagerSequence");
        return @(100);
    }];

上述代码运行之后,会输出如下信息:

eagerSequence  
eagerSequence  
eagerSequence  
eagerSequence  
eagerSequence

只输出了5遍eagerSequence,lazySequence并没有输出。原因是因为bind闭包只在eagerSequence中真正被调用执行了,而在lazySequence中bind闭包仅仅只是被copy了。

那如何让lazySequence执行bind闭包呢?

    [lazySequence array];

通过执行上述代码,就可以输出5遍“lazySequence”了。因为bind闭包再次会被调用执行。

积极运算 和 惰性求值在这里就区分出来了。在RACSequence中,除去RACEagerSequence只积极运算,其他的Sequence都是惰性求值的。

接下来再继续分析RACSequence是如何实现惰性求值的。

RACSequence *sequence = [RACDynamicSequence sequenceWithLazyDependency:^ id {  
    while (current.head == nil) {
        if (stop) return nil;
        
        // 遍历当前sequence,取出下一个值
        id value = valuesSeq.head;
        
        if (value == nil) {
            // 遍历完sequence所有的值
            stop = YES;
            return nil;
        }
        
        current = (id)bindBlock(value, &stop);
        if (current == nil) {
            stop = YES;
            return nil;
        }
        
        valuesSeq = valuesSeq.tail;
    }
    
    NSCAssert([current isKindOfClass:RACSequence.class], @"-bind: block returned an object that is not a sequence: %@", current);
    return nil;
} headBlock:^(id _) {
    return current.head;
} tailBlock:^ id (id _) {
    if (stop) return nil;
    
    return [valuesSeq bind:bindBlock passingThroughValuesFromSequence:current.tail];
}];

在bind操作中创建了这样一个lazySequence,3个block闭包保存了如何创建一个lazySequence的做法。

headBlock是入参为id,返回值也是一个id。在创建lazySequence的head的时候,并不关心入参,直接返回passthroughSequence的head。

tailBlock是入参为id,返回值为RACSequence。由于RACSequence的定义类似递归定义的,所以tailBlock会再次递归调用bind:passingThroughValuesFromSequence:产生一个RACSequence作为新的sequence的tail。

dependencyBlock的返回值是作为headBlock和tailBlock的入参。不过现在headBlock和tailBlock都不关心这个入参。那么dependencyBlock就是成为了headBlock和tailBlock闭包执行之前要执行的闭包。

dependencyBlock的目的是为了把原来的sequence里面的值,都进行一次变换。current是入参passthroughSequence,valuesSeq就是原sequence的引用。每次循环一次就取出原sequence的头,直到取不到为止,就是遍历完成。

取出valuesSeq的head,传入bindBlock( )闭包进行变换,返回值是一个current 的sequence。在每次headBlock和tailBlock之前都会调用这个dependencyBlock,变换后新的sequence的head就是current的head,新的sequence的tail就是递归调用传入的current.tail。

RACDynamicSequence创建的lazyDependency的过程就是保存了3个block的过程。那这些闭包什么时候会被调用呢?

- (id)head {
    @synchronized (self) {
        id untypedHeadBlock = self.headBlock;
        if (untypedHeadBlock == nil) return _head;
        
        if (self.hasDependency) {
            if (self.dependencyBlock != nil) {
                _dependency = self.dependencyBlock();
                self.dependencyBlock = nil;
            }
            
            id (^headBlock)(id) = untypedHeadBlock;
            _head = headBlock(_dependency);
        } else {
            id (^headBlock)(void) = untypedHeadBlock;
            _head = headBlock();
        }
        
        self.headBlock = nil;
        return _head;
    }
}

上面的源码就是获取RACDynamicSequence中head的实现。当要取出sequence的head的时候,就会调用headBlock( )。如果保存了dependencyBlock闭包,在执行headBlock( )之前会先执行dependencyBlock( )进行一次变换。

- (RACSequence *)tail {
    @synchronized (self) {
        id untypedTailBlock = self.tailBlock;
        if (untypedTailBlock == nil) return _tail;
        
        if (self.hasDependency) {
            if (self.dependencyBlock != nil) {
                _dependency = self.dependencyBlock();
                self.dependencyBlock = nil;
            }
            
            RACSequence * (^tailBlock)(id) = untypedTailBlock;
            _tail = tailBlock(_dependency);
        } else {
            RACSequence * (^tailBlock)(void) = untypedTailBlock;
            _tail = tailBlock();
        }
        
        if (_tail.name == nil) _tail.name = self.name;
        
        self.tailBlock = nil;
        return _tail;
    }
}

获取RACDynamicSequence中tail的时候,和获取head是一样的,当需要取出tail的时候才会调用tailBlock( )。当有dependencyBlock闭包,会先执行dependencyBlock闭包,再调用tailBlock( )。

总结一下:

  1. RACSequence的惰性求值,除去RACEagerSequence的bind函数以外,其他所有的Sequence都是基于惰性求值的。只有到取出来运算之前才会去把相应的闭包执行一遍。
  2. 在RACSequence所有函数中,只有bind函数会传入dependencyBlock( )闭包,(RACEagerSequence会重写这个bind函数),所以看到dependencyBlock( )闭包一定可以推断出是RACSequence做了变换操作了。

2. Pull-driver 和 Push-driver

在RACSequence中有一个方法可以让RACSequence和RACSignal进行关联上。

- (RACSignal *)signal {
    return [[self signalWithScheduler:[RACScheduler scheduler]] setNameWithFormat:@"[%@] -signal", self.name];
}

- (RACSignal *)signalWithScheduler:(RACScheduler *)scheduler {
    return [[RACSignal createSignal:^(id<RACSubscriber> subscriber) {
        __block RACSequence *sequence = self;
        
        return [scheduler scheduleRecursiveBlock:^(void (^reschedule)(void)) {
            if (sequence.head == nil) {
                [subscriber sendCompleted];
                return;
            }            
            [subscriber sendNext:sequence.head];           
            sequence = sequence.tail;
            reschedule();
        }];
    }] setNameWithFormat:@"[%@] -signalWithScheduler: %@", self.name, scheduler];
}

RACSequence中的signal方法会调用signalWithScheduler:方法。在signalWithScheduler:方法中会创建一个新的信号。这个新的信号的RACDisposable信号由scheduleRecursiveBlock:产生。

- (void)scheduleRecursiveBlock:(RACSchedulerRecursiveBlock)recursiveBlock addingToDisposable:(RACCompoundDisposable *)disposable {
    @autoreleasepool {
        RACCompoundDisposable *selfDisposable = [RACCompoundDisposable compoundDisposable];
        [disposable addDisposable:selfDisposable];
        
        __weak RACDisposable *weakSelfDisposable = selfDisposable;
        
        RACDisposable *schedulingDisposable = [self schedule:^{
     
            if (disposable.disposed) return;
            
            void (^reallyReschedule)(void) = ^{
                if (disposable.disposed) return;          
                // 这里是递归
                [self scheduleRecursiveBlock:recursiveBlock addingToDisposable:disposable];
            };
            
            // 这里实际上不需要__block关键字,但是由于Clang编译器的特性,为了保护下面的变量,所以加上了__block关键字
            __block NSLock *lock = [[NSLock alloc] init];
            lock.name = [NSString stringWithFormat:@"%@ %s", self, sel_getName(_cmd)];
            
            __block NSUInteger rescheduleCount = 0;
            
            // 一旦同步操作执行完成,rescheduleImmediately就应该被设为YES
            __block BOOL rescheduleImmediately = NO;
            
            @autoreleasepool {
                recursiveBlock(^{
                    [lock lock];
                    BOOL immediate = rescheduleImmediately;
                    if (!immediate) ++rescheduleCount;
                    [lock unlock];
                    
                    if (immediate) reallyReschedule();
                });
            }
            
            [lock lock];
            NSUInteger synchronousCount = rescheduleCount;
            rescheduleImmediately = YES;
            [lock unlock];
            
            for (NSUInteger i = 0; i < synchronousCount; i++) {
                reallyReschedule();
            }
        }];
        
        [selfDisposable addDisposable:schedulingDisposable];
    }
}

这段代码虽然长,但是拆分分析一下:

__block NSUInteger rescheduleCount = 0; 

// 一旦同步操作执行完成,rescheduleImmediately就应该被设为YES 
__block BOOL rescheduleImmediately = NO;

rescheduleCount 是递归次数计数。rescheduleImmediately这个BOOL是决定是否立即执行reallyReschedule( )闭包。

recursiveBlock是入参,它实际是下面这段闭包代码:

{
   if (sequence.head == nil) {
    [subscriber sendCompleted];
    return;
   }

   [subscriber sendNext:sequence.head];

   sequence = sequence.tail;
   reschedule();
  }

recursiveBlock的入参是reschedule( )。执行完上面的代码之后开始执行入参reschedule( )的代码,入参reschedule( 闭包的代码是如下:

    ^{
            [lock lock];
            BOOL immediate = rescheduleImmediately;
            if (!immediate) ++rescheduleCount;
            [lock unlock];
                    
            if (immediate) reallyReschedule();
    }

在这段block中会统计rescheduleCount,如果rescheduleImmediately为YES还会继续开始执行递归操作reallyReschedule( )。

   for (NSUInteger i = 0; i < synchronousCount; i++) {
    reallyReschedule();
   }

最终会在这个循环里面递归调用reallyReschedule( )闭包。reallyReschedule( )闭包执行的操作就是再次执行scheduleRecursiveBlock:recursiveBlock addingToDisposable:disposable方法。

每次执行一次递归就会取出sequence的head值发送出来,直到sequence.head = = nil发送完成信号。

既然RACSequence也可以转换成RACSignal,那么就需要总结一下两者的异同点。

总结一下:

RACSequence 和 RACSignal 异同点对比:

  1. RACSequence除去RACEagerSequence,其他所有的都是基于惰性计算的,这和RACSignal是一样的。
  2. RACSequence是在时间上是连续的,一旦把RACSequence变成signal,再订阅,会立即把所有的值一口气都发送出来。RACSignal是在时间上是离散的,当有事件到来的时候,才会发送出数据流。
  3. RACSequence是Pull-driver,由订阅者来决定是否发送值,只要订阅者订阅了,就会发送数据流。RACSignal是Push-driver,它发送数据流是不由订阅者决定的,不管有没有订阅者,它有离散事件产生了,就会发送数据流。
  4. RACSequence发送的全是数据,RACSignal发送的全是事件。事件不仅仅包括数据,还包括事件的状态,比如说事件是否出错,事件是否完成。

三. RACSequence操作实现分析

RACSequence还有以下几个操作。

- (id)foldLeftWithStart:(id)start reduce:(id (^)(id accumulator, id value))reduce;
- (id)foldRightWithStart:(id)start reduce:(id (^)(id first, RACSequence *rest))reduce;
- (BOOL)any:(BOOL (^)(id value))block;
- (BOOL)all:(BOOL (^)(id value))block;
- (id)objectPassingTest:(BOOL (^)(id value))block;

1. foldLeftWithStart: reduce:

- (id)foldLeftWithStart:(id)start reduce:(id (^)(id, id))reduce {
    NSCParameterAssert(reduce != NULL);
    
    if (self.head == nil) return start;
    
    for (id value in self) {
        start = reduce(start, value);
    }
    
    return start;
}

这个函数传入了一个初始值start,然后依次循环执行reduce( ),循环之后,最终的值作为返回值返回。这个函数就是折叠函数,从左边折叠到右边。

2. foldRightWithStart: reduce:

- (id)foldRightWithStart:(id)start reduce:(id (^)(id, RACSequence *))reduce {
    NSCParameterAssert(reduce != NULL);
    
    if (self.head == nil) return start;
    
    RACSequence *rest = [RACSequence sequenceWithHeadBlock:^{
        return [self.tail foldRightWithStart:start reduce:reduce];
    } tailBlock:nil];
    
    return reduce(self.head, rest);
}

这个函数和上一个foldLeftWithStart: reduce:是一样的,只不过方向是从右往左。

3. objectPassingTest:

- (id)objectPassingTest:(BOOL (^)(id))block {
    NSCParameterAssert(block != NULL);

    return [self filter:block].head;
}

objectPassingTest:里面会调用RACStream中的filter:函数,这个函数在前几篇文章分析过了。如果block(value)为YES,就代表通过了Test,那么就会返回value的sequence。取出head返回。

4. any:

- (BOOL)any:(BOOL (^)(id))block {
    NSCParameterAssert(block != NULL);
    
    return [self objectPassingTest:block] != nil;
}

any:会调用objectPassingTest:函数,如果不为nil就代表有value值通过了Test,有通过了value的就返回YES,反之返回NO。

5. all:

- (BOOL)all:(BOOL (^)(id))block {
    NSCParameterAssert(block != NULL);
    
    NSNumber *result = [self foldLeftWithStart:@YES reduce:^(NSNumber *accumulator, id value) {
        return @(accumulator.boolValue && block(value));
    }];
    
    return result.boolValue;
}

all:会从左往右依次对每个值进行block( ) Test,然后每个值依次进行&&操作。

6. concat:

- (instancetype)concat:(RACStream *)stream {
    NSCParameterAssert(stream != nil);
    
    return [[[RACArraySequence sequenceWithArray:@[ self, stream ] offset:0]
             flatten]
            setNameWithFormat:@"[%@] -concat: %@", self.name, stream];
}

concat:的操作和RACSignal的作用是一样的。它会把原sequence和入参stream连接到一起,组合成一个高阶sequence,最后调用flatten“拍扁”。关于flatten的实现见前几篇RACStream里面的flatten实现分析。

7. zipWith:

- (instancetype)zipWith:(RACSequence *)sequence {
    NSCParameterAssert(sequence != nil);
    
    return [[RACSequence
             sequenceWithHeadBlock:^ id {
                 if (self.head == nil || sequence.head == nil) return nil;
                 return RACTuplePack(self.head, sequence.head);
             } tailBlock:^ id {
                 if (self.tail == nil || [[RACSequence empty] isEqual:self.tail]) return nil;
                 if (sequence.tail == nil || [[RACSequence empty] isEqual:sequence.tail]) return nil;
                 
                 return [self.tail zipWith:sequence.tail];
             }]
            setNameWithFormat:@"[%@] -zipWith: %@", self.name, sequence];
}

由于sequence的定义是递归形式的,所以zipWith:也是递归来进行的。zipWith:新的sequence的head是原来2个sequence的head组合成RACTuplePack。新的sequence的tail是原来2个sequence的tail递归调用zipWith:。

四. RACSequence的一些扩展

关于RACSequence有以下9个子类,其中RACEagerSequence是继承自RACArraySequence。这些子类看名字就知道sequence里面装的是什么类型的数据。RACUnarySequence里面装的是单元sequence。它只有head值,没有tail值。

RACSequenceAdditions 总共有7个Category。这7个Category分别对iOS 里面的集合类进行了RACSequence的扩展,使我们能更加方便的使用RACSequence。

1. NSArray+RACSequenceAdditions

@interface NSArray (RACSequenceAdditions)
@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *rac_sequence;
@end

这个Category能把任意一个NSArray数组转换成RACSequence。

- (RACSequence *)rac_sequence {
 return [RACArraySequence sequenceWithArray:self offset:0];
}

根据NSArray创建一个RACArraySequence并返回。

2. NSDictionary+RACSequenceAdditions

@interface NSDictionary (RACSequenceAdditions)
@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *rac_sequence;
@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *rac_keySequence;
@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *rac_valueSequence;
@end

这个Category能把任意一个NSDictionary字典转换成RACSequence。

- (RACSequence *)rac_sequence {
   NSDictionary *immutableDict = [self copy];
     return [immutableDict.allKeys.rac_sequence map:^(id key) {
      id value = immutableDict[key];
      return RACTuplePack(key, value);
   }];
}

- (RACSequence *)rac_keySequence {
   return self.allKeys.rac_sequence;
}

- (RACSequence *)rac_valueSequence {
   return self.allValues.rac_sequence;
}

rac_sequence会把字典都转化为一个装满RACTuplePack的RACSequence,在这个RACSequence中,第一个位置是key,第二个位置是value。

rac_keySequence是装满所有key的RACSequence。

rac_valueSequence是装满所有value的RACSequence。

3. NSEnumerator+RACSequenceAdditions

@interface NSEnumerator (RACSequenceAdditions)
@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *rac_sequence;
@end

这个Category能把任意一个NSEnumerator转换成RACSequence。

- (RACSequence *)rac_sequence {
    return [RACSequence sequenceWithHeadBlock:^{
        return [self nextObject];
    } tailBlock:^{
        return self.rac_sequence;
    }];
}

返回的RACSequence的head是当前的sequence的head,tail就是当前的sequence。

4. NSIndexSet+RACSequenceAdditions

@interface NSIndexSet (RACSequenceAdditions)
@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *rac_sequence;
@end

这个Category能把任意一个NSIndexSet转换成RACSequence。

- (RACSequence *)rac_sequence {
    return [RACIndexSetSequence sequenceWithIndexSet:self];
}

+ (instancetype)sequenceWithIndexSet:(NSIndexSet *)indexSet {
    NSUInteger count = indexSet.count;
    if (count == 0) return self.empty;
    NSUInteger sizeInBytes = sizeof(NSUInteger) * count;
    NSMutableData *data = [[NSMutableData alloc] initWithCapacity:sizeInBytes];
    [indexSet getIndexes:data.mutableBytes maxCount:count inIndexRange:NULL];
    
    RACIndexSetSequence *seq = [[self alloc] init];
    seq->_data = data;
    seq->_indexes = data.bytes;
    seq->_count = count;
    return seq;
}

返回RACIndexSetSequence,在这个IndexSetSequence中,data里面装的NSData,indexes里面装的NSUInteger,count里面装的是index的总数。

5. NSOrderedSet+RACSequenceAdditions

@interface NSOrderedSet (RACSequenceAdditions)
@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *rac_sequence;
@end

这个Category能把任意一个NSOrderedSet转换成RACSequence。

- (RACSequence *)rac_sequence {
    return self.array.rac_sequence;
}

返回的NSOrderedSet中的数组转换成sequence。

6. NSSet+RACSequenceAdditions

@interface NSSet (RACSequenceAdditions)
@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *rac_sequence;
@end

这个Category能把任意一个NSSet转换成RACSequence。

- (RACSequence *)rac_sequence {
   return self.allObjects.rac_sequence;
}

根据NSSet的allObjects数组创建一个RACArraySequence并返回。

7. NSString+RACSequenceAdditions

@interface NSString (RACSequenceAdditions)
@property (nonatomic, copy, readonly) RACSequence *rac_sequence;
@end

这个Category能把任意一个NSString转换成RACSequence。

- (RACSequence *)rac_sequence {
    return [RACStringSequence sequenceWithString:self offset:0];
}

返回的是一个装满string字符的数组对应的sequence。

最后

关于RACSequence 和 RACTuple底层实现分析都已经分析完成。最后请大家多多指教。

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一缕殇流化隐半边冰霜

我是于德志 (@halfrost),一名来自中国的 iOS 开发者,已退役 acmer 。现居上海。吾笃信:德不孤,必有志,技不疏,必有朋。

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