首先，混合編程是什么鬼？

這個世界上編程語言真不少，光常用就有：C、C++、Java、C#、Objective-C、Javascript、Python、Lua、Swift等等等，遑論一些專業(yè)性比較強的DSL了。而且軟件的應(yīng)用場景也數(shù)不勝數(shù)：嵌入式設(shè)備、后端服務(wù)器、桌面程序/GUI、移動端平臺、Web、并行計算……

那么，如果某個場景下光靠一種語言無法滿足業(yè)務(wù)需求該怎么辦；亦或是某個依賴的庫早已有其他語言編寫的成熟可靠版本，重寫完全劃不來；再者有可能每一個開發(fā)者有自己偏好的開發(fā)語言，但卻不得不一起協(xié)作？

我想，解決這些問題的最好方式，就是采用混合編程，也就是使用不止一種程序設(shè)計語言來開發(fā)應(yīng)用程序這種方案。

那么，混合編程背后的原理是什么？

編程語言，以我淺薄的認識來說，大概本質(zhì)上是對機器語言(1和0)的高度抽象，是基于不同思維方向和設(shè)計模式的抽象，所以才會被人為區(qū)分成過程式、面向?qū)ο蟆⒑瘮?shù)式等等不同類別。那么，這種甚至是基于不同思維層面而發(fā)明的語言，看似應(yīng)該老死不相往來，如何才能相互調(diào)用呢？

幸好，計算機科學(xué)領(lǐng)域中有一個超重要又很實用的概念，那就是“分層”！有一句話怎么說來著？“計算機科學(xué)領(lǐng)域的任何問題都可以通過增加一個間接的中間層來解決”。

以上面這張粗糙的圖來說，假設(shè)存在語言1和語言2基于重要的分層概念，對于這兩種語言的支持，肯定是從硬件、驅(qū)動、操作系統(tǒng)、編譯器+運行時等等一層層疊加上來的，那么，如果想要跨這兩種語言進行調(diào)用，要怎么辦呢？

這時候，可以把每一種語言的運行支持比作一棟樓房（原諒我這不甚恰當?shù)念惐?#xff0c;但有沒有發(fā)現(xiàn)其實二者架構(gòu)神似？），那么現(xiàn)在想要達到的目標好比就是，把一條消息從一號樓的頂樓送到二號樓的頂樓，這完全可以用我們?nèi)粘Ｉ钪械暮唵纬ＷR搞定對不對？很顯然，要做的是，確定這兩棟樓之間有沒有天橋連接（一樓也可以被認為是0高度的天橋……），如果一號樓的樓層x與二號樓的樓層y之間存在一條路徑的話，信使就可以首先從一號樓的頂樓下到樓層x，然后通過天橋到達二號樓的樓層y，最終上到二號樓的頂樓就達成了我們的目標！

上述這通看似廢話的介紹暗示了什么呢？不就等同于，任意兩種語言，若是在其運行環(huán)境支持的某一層上可以通過某種渠道某種技術(shù)可以進行無礙溝通的話，從原理上來說，就實現(xiàn)了二者相互調(diào)用的目的嗎（似乎發(fā)現(xiàn)了什么了不得的東西……）

然后，來看看混合編程的具體案例

閑話休表，介紹一下本文的主角，在iOS開發(fā)中遇到的，混合編程的兩種典型案例——Objective-C與javascript，以及Objective-c與lua。

關(guān)于Javascript(后面均簡稱JS）本文不再贅言，主要講一講iOS端有什么方式可以執(zhí)行JS代碼呢，相信從事iOS開發(fā)的諸位都了解UIWebView有如下方法:

• (nullable NSString?)stringByEvaluatingJavaScriptFromString:(NSString?)script;?或者WKWebView的

• (void)evaluateJavaScript:(NSString?)javaScriptString completionHandler:(void (^?nullable)(nullable id, NSError?__nullable error))completionHandler; `` 都可以來執(zhí)行一段JS腳本代碼字符串。當然，這是單向的調(diào)用，如果想要實現(xiàn)反向的調(diào)用怎么辦呢？ 為此在iOS 7中正式引入JavaScriptCore框架，可以大幅度簡化Objective-C與JS之間的相互調(diào)用過程，幾段簡單的示例代碼如下：

//數(shù)值傳遞JSContext *context = [[JSContext alloc] init]; JSValue *jsVal = [context evaluateScript:@"21+7"]; int iVal = [jsVal toInt32]; NSLog(@"JSValue int: %d", iVal); //輸出28//數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)傳遞JSContext *context = [[JSContext alloc] init]; [context evaluateScript:@"var arr = [21, 7 , 'www.163.com'];"]; JSValue *jsArr = context[@"arr"]; // Get array from JSContext NSLog(@"JS Array: %@; Length: %@", jsArr, jsArr[@"length"]); //輸出為 JS Array: 21,7,www.163.com Length: 3jsArr[1] = @"blog"; // Use JSValue as array jsArr[7] = @7; NSLog(@"JS Array: %@; Length: %d", jsArr, [jsArr[@"length"] toInt32]); //輸出 JS Array: 21,blog,www.163.com,,,,,7; Length: 8NSArray *nsArr = [jsArr toArray]; NSLog(@"NSArray: %@", nsArr);/* 輸出NSArray: (21,blog,"www.163.com","<null>","<null>","<null>","<null>",7 ) *///方法引入JSContext *context = [[JSContext alloc] init]; context[@"log"] = ^() { ? ?NSLog(@"+++++++Begin Log+++++++"); ? ?NSArray *args = [JSContext currentArguments]; ? ?for (JSValue *jsVal in args) { ? ? ? ?NSLog(@"%@", jsVal);}JSValue *this = [JSContext currentThis]; ? ?NSLog(@"this: %@",this); ? ?NSLog(@"-------End Log-------"); };[context evaluateScript:@"log('wayne', [7, 21], { hello:'world', js:100 });"];/*輸出為 +++++++Begin Log+++++++ wayne 7,21 [object Object] this: [object GlobalObject] -------End Log------- */

喔！看起來真的很簡單，所有JS相關(guān)的變量對象都被封裝成了JSContext和JSValue類型，看起來既清爽又簡約。但這好比是Apple在剛才那兩棟樓的樓頂上各搭建了一個黑黝黝的通道入口，開發(fā)者可以把東西扔進去，在另一個樓頂?shù)耐ǖ莱隹诰涂梢暂p輕松松收到了，簡直是魔法般的存在！但這種黑盒背后隱藏了大量的細節(jié)，而那句話怎么說來著？細節(jié)是魔鬼！

這種黑科技背后的實現(xiàn)原理是什么呢

既然不太甘心，那么不妨也自己動手嘗試下如何實現(xiàn)從基礎(chǔ)這一套神奇的通道，在此我選擇的就是Objective-C和Lua這對組合了。首先簡要介紹下主角Lua，它是一種優(yōu)雅又簡單易學(xué)的編程語言，支持自動內(nèi)存管理、詞法作用域、閉包、迭代器、協(xié)程(coroutine)、尾調(diào)用等特性，其變量引用規(guī)則采用詞法作用域或者說靜態(tài)作用域方式，而且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特別簡潔明了(只有table這一種，兼任數(shù)組和哈希表二種角色)。

下面簡單的代碼可以幫助大家熟悉一下Lua：

local saySomeThing = function()print("holy shit!")endlocal t = {10, "hello world!"} t["func"] = saySomeThing local b = 100function add(one, another) ? ?return one + anotherendlocal result = add(t[1], b) print(" t[1] + b = ", result)//輸出110t["func"]() //輸出 holy shit!

另外，Lua具有很好的可擴展性和可嵌入特性，所以被稱為膠水語言(glue language)。這么贊譽它是因為原始提供了設(shè)計良好的C API，可供開發(fā)者自行搭建C和Lua世界的通道。

那么，開始動手吧。 首先，假設(shè)我們需要把3個C函數(shù)導(dǎo)入到Lua去被調(diào)用，那么就得到了如下所示代碼。他們似乎看起來有共同之處，那么就是除了方法名之外的函數(shù)簽名是完全一樣的，即傳入?yún)?shù)一定是lua_State?類型，返回值一定是static int類型。沒錯，這就是Lua世界給出的一個強制約定，也就是所有滿足如下簽名要求的C函數(shù)才有被Lua的運行時接納的資格。當然這種約束也是有目的的：傳入的lua_State?類型變量即是Lua的運行上下文對象，可以從中提取從lua世界傳入的各種參數(shù)；而返回的static int類型數(shù)值則是代表從C的世界中往Lua的世界中傳入了多少個數(shù)據(jù)。

//C functionsstatic int saySomething(lua_State *L){ ? ?if (!L) { ? ? ? ?return 0;}lua_pushstring(L, "Now Native Talking"); ? ?return 1; }static int add(lua_State *L){ ? ?double first = lua_tonumber(L, 1); ? ?double second = lua_tonumber(L, 2);lua_pushnumber(L, first + second); ? ?return 1; }static int transformToUpper(lua_State *L){ ? ?const char *str = lua_tostring(L, 1); ? ?if (!str || strlen(str) == 0) {lua_pushstring(L, ""); ? ? ? ?return 1;} ? ?char *transformed = NULL;size_t len = strlen(str);transformed = (char*)malloc(sizeof(char)*len + 1); ? ?for (size_t i = 0 ; i < len; i ++) {transformed[i] = toupper(str[i]);}transformed[len] = '\0';lua_pushstring(L, transformed);lua_pushstring(L, str); ? ?return 2; }

然后讓我們把這3個方法導(dǎo)入到Lua的世界中去。

//C 代碼static const struct luaL_reg customLib[] = {{"add", add},{"saySomething", saySomething},{"transformToUpper", transformToUpper} };.....self.state = luaL_newstate();luaL_openlibs(self.state); luaL_register(self.state, "native", customLib);

而通過這個lua上下文對象執(zhí)行的lua代碼中就可以這么寫：

-- lua代碼，測試導(dǎo)入lua世界的native functions -- call function without returnsnative.saySomething() -- call function with a single number-typed returnlocal a = 10local b = 100local result = native.add(a, b)print(" a + b = ", result) --輸出 ?a + b = 110-- call function with two string-typed returns ? ? local str = "hello world!"local transformed, original = native.transformToUpper(str)print("original:", original, " transformed:", transformed) --輸出original: ? ?hello world! ? ? transformed: ? ?HELLO WORLD!

看吧，現(xiàn)在已經(jīng)成功地在C這棟“樓”和lua這棟“樓”之間搭建了一座(簡陋的)通道了！當然，Objective-C由于本身是C語言的一個超集，所以可以利用C的中間層，實現(xiàn)Objective-C實現(xiàn)的類成員方法和Lua的相互調(diào)用，具體步驟對諸君而言都沒什么難度，故在此不再贅言。

靜態(tài)binding，還是動態(tài)binding？

上述這種通過明確的接口列表注冊要導(dǎo)入Lua世界的C函數(shù)的方式，我們稱其為靜態(tài)binding。既然有靜態(tài)的，那當然也會有動態(tài)的binding——而這仰賴于Objective-C強大的runtime特性，最典型的一個框架就是Wax。引用Wax之后，就避免了Objective-C的方法都必須預(yù)先導(dǎo)入才能從Lua中調(diào)用的繁瑣，而是直接可以在lua腳本中編寫如下代碼就可以為Wax正確解析并執(zhí)行：

-- lua code view = UIView:initWithFrame(CGRect(0, 0, 320, 100))-- all methods available to a UIView object can be accessed this way view:setBackgroundColor(UIColor:redColor())

亦或

-- Created in "MyController.lua"-- -- Creates an Objective-C class called MyController with UIViewController-- as the parent. This is a real Objective-C object, you could even -- reference it from Objective-C code if you wanted to. waxClass{"MyController", UIViewController}function init()-- to call a method on super, simply use self.superself.super:initWithNibName_bundle("MyControllerView.xib", nil) ?return selfendfunction viewDidLoad()-- Do all your other stuff hereend

甚至支持block：

-- lua code UIView:animateWithDuration_animations_completion(1, toblock( ? ? ? ?function()label:setCenter(CGPoint(300, 300))end), ? ?toblock(function(finished)print('lua animations completion ' .. tostring(finished))end,{"void", "BOOL"}))

是不是和Objective-C代碼在函數(shù)傳遞、普通和匿名方法寫法上存在一些區(qū)別之外，幾乎一模一樣？這就是將Lua的元方法(Meta Method)特性和Objective-C強大的運行時能力組合起來得到的。

元方法+運行時調(diào)用這對組合好像很厲害

從名字來看，“元”這個字似乎是很強力的一種修飾，譬如元帥、元首、元氣幾個詞莫不如是，那么元方法呢，其實也是同樣。元方法其實是為為Lua中table對象設(shè)置的元表中關(guān)聯(lián)方法的總稱（基于lua5.1版本），其中很重要的兩個就是?index 以及?newindex兩個方法。通過key從table對象中獲取關(guān)聯(lián)的value失敗時，index方法會被觸發(fā)；而newindex則是在向table對象首次設(shè)置某key-value的鍵值對的時候會被觸發(fā)。自然，可以設(shè)想在lua代碼執(zhí)行的時候，碰到不存在的變量譬如UIView時可以觸發(fā)全局的元方法，而如果其元方法乃是native的C 函數(shù)，則可以將"UIView"這個key傳入到native中區(qū)。 然后利用runtime方法譬如 NSClassFromString就可以獲取的真正的UIView類；而調(diào)用的方法，可以通過同樣的方式傳入native，再利用 instanceMethodForSelector/methodForSelector/methodSignatureForSelector等獲得相應(yīng)的實現(xiàn)，并發(fā)起調(diào)用（其實為了兼容64位系統(tǒng)，最終是把函數(shù)調(diào)用封裝為NSInvocation調(diào)用并去派發(fā)的，此處暫不多做介紹）。

在native中完成了類實例方法/類方法的調(diào)用獲得了返回值之后，要怎樣遞送回lua的世界中呢？通常不同語言對于基礎(chǔ)數(shù)值類型(primitive value)都有相應(yīng)支持，以之前自定義的3個C函數(shù)為例，會發(fā)現(xiàn)其中有這樣的邏輯：

lua_pushstring(L, "Now Native Talking");?lua_pushnumber(L, first + second);

很明顯，是通過為不同基礎(chǔ)類型變量提供顯式傳遞方法以便將值傳入到lua的世界中去。如果是Objective-C的類實例對象呢，為此，lua單獨提供了userdata類型，可以將native對象封裝為可以在lua世界中存在變量。

現(xiàn)在，我們可以實現(xiàn)在lua中觸發(fā)native對象的生成，并將其封裝成userdata傳遞會lua的世界，是不是就天下太平了？很明顯，這里還存在一個問題，那就是同一個對象，可能同時在native和lua都被引用著，那么它的生命周期該如何控制呢？畢竟兩個世界是遵循著不同的內(nèi)存管理策略——Objective采用的是引用計數(shù)(ARC/MRC)，而lua則是GC。解決這個問題同樣是利用了lua元方法gc，若為userdata類型變量關(guān)聯(lián)該方法，那么在其所有引用都已斷開的時候，即lua將要對其進行對象銷毀和內(nèi)存回收時，會觸發(fā)gc的調(diào)用；如此一來，可以在__gc的C函數(shù)實現(xiàn)中將native對象的引用計數(shù)做相應(yīng)遞減，代表lua世界也已不再引用該對象；可以按照Objective-C的正常規(guī)范，在其引用計數(shù)歸零時觸發(fā)native的回收機制。

總的來說，其簡略架構(gòu)圖如下：?

靜態(tài)、動態(tài)binding對比

同樣是是實現(xiàn)不同語言之間的相互調(diào)用，但靜態(tài)binding和動態(tài)binding采用完全不同的設(shè)計思想，設(shè)計上的差異同樣會帶來使用上的區(qū)別。

首先很明顯的是，如果是靜態(tài)binding，那么每一個導(dǎo)入另一種語言世界的方法都需要手動實現(xiàn)（但有些工具可以極大簡化這種繁瑣，例如SWIG)；而動態(tài)binding則利用了Objective-C強大的runtime特性和lua的元方法特性，可以省卻方法手動導(dǎo)入這一步驟。但動態(tài)binding這種便利總是有代價的，最大的問題就是性能消耗比靜態(tài)binding要高出不少，這也是ColorTouch移動端UI開發(fā)框架采用靜態(tài)binding為主，動態(tài)binding為輔的設(shè)計方案的主要原因。

混合編程的核心問題

上面啰啰嗦嗦說了好多，其實歸結(jié)起來，若要實現(xiàn)混合編程，最主要的幾個核心問題就是：

不同語言世界之間數(shù)值、對象、變量的轉(zhuǎn)化；

為另一個語言函數(shù)傳入的參數(shù)，以及從另一個語言世界獲得方法返回值的處理；

跨語言世界存在的對象，其生命周期管理。

總的來說，這三點就是我個人認為，如果要處理跨語言的編程問題，要最為關(guān)注的要點。把握、解決了這些要點，其他的問題相信就會迎刃而解！

·?EDN?·

作者：網(wǎng)易杭州研究院 ·?魏煒

網(wǎng)易云信|IM快速開發(fā)黑科技

ID：neteaseim ?長按識別，關(guān)注精彩

與50位技術(shù)專家面對面20年技術(shù)見證，附贈技術(shù)全景圖

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的混合编程黑科技：跨语言编程问题迎刃而解的3个要点的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。