ios Toll-Free Bridging

有一些数据类型是能够在 Core Foundation Framework 和 Foundation Framework 之间交换使用的。这意味着，对于同一个数据类型，你既可以将其作为参数传入 Core Foundation 函数，也可以将其作为接收者对其发送 Objective-C 消息（即调用ObjC类方法）。这种在 Core Foundation 和 Foundation 之间交换使用数据类型的技术就叫 Toll-Free Bridging.

举例说明，NSString和CFStringRef即是一对可以相互转换的数据类型：

// ARC 环境下
// Bridging from ObjC to CF
NSString *hello = @"world";
CFStringRef world = (__bridge CFStringRef)(hello);
NSLog(@"%ld", CFStringGetLength(world)); 

// Bridging from CF to ObjC
CFStringRef hello = CFStringCreateWithCString(kCFAllocatorDefault, "hello", kCFStringEncodingUTF8);
NSString *world = (__bridge NSString *)(hello);
NSLog(@"%ld", world.length);
CFRelease(hello); 

大部分（但不是所有！）Core Foundation 和 Foundation 的数据类型可以使用这个技术相互转换，Apple 的文档里有一个列表（传送门），列出了支持这项技术的数据类型。

MRC 下的 Toll-Free Bridging 因为不涉及内存管理的转移，可以直接相互 bridge 而不必使用类似__bridge修饰字，我们之后再讨论这个问题。

Toll-Free Bridging 是如何实现的？

1. 每一个能够 bridge 的 ObjC 类，都是一个类簇（class cluster）。类簇是一个公开的抽象类，但其核心功能的是在不同的私有子类中实现的，公开类只暴露一致的接口和实现一些辅助的创建方法。而与该 ObjC 类相对应的 Core Foundation 类的内存结构，正好与类簇的其中一个私有子类相同。

举个例子，NSString是一个类簇，一个公开的抽象类，但每次创建一个NSString的实例时，实际上我们会获得其中一个私有子类的实例。而NSString的其中一个私有子类实现既为NSCFString，其内存的结构与CFString是相同的，CFString的isa指针就指向NSCFString类，即，CFString对象就是一个NSCFString类的实例。

所以，当NSString的实现刚好是NSCFString的时候，他们两者之间的转换是相当容易而直接的，他们就是同一个类的实例。

2. 当NSString的实现不是NSCFString的时候（比如我们自己 subclass 了NSString），我们调用 CF 函数，就需要先检查对象的具体实现。如果发现其不是NSCFString，我们不会调用 CF 函数的实现来获得结果，而是通过给对象发送与函数功能相对应的 ObjC 消息（调用相对应的NSString的接口）来获得其结果。

例如CFStringGetLength函数，当收到一个作为参数传递进来的对象时，会先确认该对象到底是不是NSCFString实现。如果是的话，就会直接调用CFStringGetLength函数的实现来获得字符串的长度；如果不是的话，会给对象发送length消息（调用NSString的- (NSUInteger)length接口），来得到字符串的长度。

通过这样的技术，即使是我们自己子类了一个NSString，也可以和CFStringRef相互 Bridge。

3. 其他支持 Toll-Free Bridging 的数据类型原理也同NSString一样，比如NSNumber的NSCFNumber和CFNumber。

ARC 下的 Toll-Free Bridging

如之前提到的，MRC 下的 Toll－Free Bridging 因为不涉及内存管理的转移，相互之间可以直接交换使用：

// bridge
NSString *nsStr = (NSString *)cfStr;
CFStringRef cfStr = (CFStringRef)nsStr; 

// 调用函数或者方法
NSUInteger length = [(NSString *)cfStr length];
NSUInteger length = CFStringGetLength((CFStringRef)nsStr); 

// release
CFRelease((CFStringRef)nsStr);
[(NSString *)cfStr release]; 

而在 ARC 下，事情就会变得复杂一些，因为 ARC 能够管理 Objective-C 对象的内存，却不能管理 CF 对象，CF 对象依然需要我们手动管理内存。在 CF 和 ObjC 之间 bridge 对象的时候，问题就出现了，编译器不知道该如何处理这个同时有 ObjC 指针和 CFTypeRef 指向的对象。

这时候，我们需要使用__bridge, __bridge_retained, __bridge_transfer 修饰符来告诉编译器该如何去做。

__bridge

最常用的修饰符，这意味着告诉编译器不做任何内存管理的事情，编译器仍然负责管理好在 Objc 一端的引用计数的事情，开发者也继续负责管理好在 CF 一端的事情。举例说明：

例子1

// objc to cf
NSString *nsStr = [self createSomeNSString];
CFStringRef cfStr = (__bridge CFStringRef)nsStr;
CFUseCFString(cfStr);
// CFRelease(cfStr); 不需要 

在这里，编译器会继续负责nsStr的内存管理的事情，不会在 bridge 的时候 retain 对象，所以也不需要开发者在 CF 一端释放。需要注意的是，当nsStr被释放的时候（比如出了作用域），意味着cfStr指向的对象被释放了，这时如果继续使用cfStr将会引起程序崩溃。

例子2

// cf to objc
CFStringRef hello = CFStringCreateWithCString(kCFAllocatorDefault, "hello", kCFStringEncodingUTF8);
NSString *world = (__bridge NSString *)(hello);
CFRelease(hello); // 需要
[self useNSString:world]; 

在这里，bridge 的时候编译器不会做任何内存管理的事情，bridge 之后，会负责 ObjC 一端的内存管理的事情 。同时，开发者需要负责管理 CF 一端的内存管理的事情，需要再 bridge 之后，负责 release 对象。

__bridge_retained

接__bridge一节的第一个例子，objc to cf。为了防止nsStr被释放，引起我们使用cfStr的时候程序崩溃，可以使用__bridge_retained修饰符。这意味着，在 bridge 的时候，编译器会 retain 对象，而由开发者在 CF 一端负责 release。这样，就算nsStr在 objc 一端被释放，只要开发者不手动去释放cfStr，其指向的对象就不会被真的销毁。但同时，开发者也必须保证和负责对象的释放。例如：

// objc to cf
NSString *nsStr = [self createSomeNSString];
CFStringRef cfStr = (__bridge_retained CFStringRef)nsStr;
CFUseCFString(cfStr);
CFRelease(cfStr); // 需要 

__bridge_transfer

接__bridge一节的第二个例子，cf to objc。我们发现如果使用__bridge修饰符在cf转objc的时候非常的麻烦，我们既需要一个CFTypeRef的变量，还需要在 bridge 之后负责释放。这时我们可以使用__bridge_transfer，意味着在 bridge 的时候，编译器转移了对象的所有权，开发者不再需要负责对象的释放。例如：

// cf to objc
CFStringRef hello = CFStringCreateWithCString(kCFAllocatorDefault, "hello", kCFStringEncodingUTF8);
NSString *world = (__bridge_transfer NSString *)(hello);
// CFRelease(hello); 不需要
[self useNSString:world]; 

// cf to objc
NSString *world = (__bridge_transfer NSString *)CFStringCreateWithCString(kCFAllocatorDefault, "hello", kCFStringEncodingUTF8);
[self useNSString:world]; 

小结

(__bridge T) op：告诉编译器在 bridge 的时候不要做任何事情

(__bridge_retained T) op：（ ObjC 转 CF 的时候使用）告诉编译器在 bridge 的时候 retain 对象，开发者需要在CF一端负责释放对象

(__bridge_transfer T) op：（ CF 转 ObjC 的时候使用）告诉编译器转移 CF 对象的所有权，开发者不再需要在CF一端负责释放对象

参考

Concepts in Objective-C Programming

Core Foundation Design Concepts

Toll Free Bridging Internals

Clang documentation: Objective-C Automatic Reference Counting (ARC)

转至：http://gracelancy.com/blog/2014/04/21/toll-free-bridging/