iOS7下編寫64位應用的探索與展望

杜紀魁

(無錫商業(yè)職業(yè)技術學院 物聯(lián)網(wǎng)技術學院，江蘇無錫 214153）

美國太平洋時間2013年9月10日上午10點，北京時間2013年9月11日凌晨1點，蘋果在美國加州總部召開新品發(fā)布會。本次發(fā)布會上，正式發(fā)布iPhone5c和iPhone5s。iPhone5s于9月20日開賣，首批開賣的國家共有九個包括美國、澳大利亞、加拿大、中國（包括香港）、法國、德國、日本、新加坡、英國，而中國首次被蘋果列為首批iPhone開賣的國家。

iPhone5s最大的變化是A7的處理器+M7運動協(xié)處理器，A7是全球首款被用于智能手機上的ARM架構64位處理器，CPU/GPU性能均比iPhone 5的A6快2倍，CPU性能是初代iPhone的40倍，GPU性能則是初代的56倍[1]。 菲爾·席勒在發(fā)布會上表示：“這是有史以來第一個移動端64位處理器，其他人甚至還沒有開始討論64位處理器。增加的寄存器，讓A7的計算更有效率，顯著提高編碼和解碼一類計算任務的表現(xiàn)。同時，更高的時鐘速度和改進的GPU將使新的iPhone 5S產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。但是64位處理會消耗更多的內(nèi)存。[2]新平臺的投入也使這個平臺的開發(fā)與老平臺應用的升級擺在了開發(fā)者面前。

1 IOS應用開發(fā)介紹

iOS是由蘋果公司為iPhone、iPad等移動設備開發(fā)的操作系統(tǒng)，2010年6月更名為iOS。iOS的系統(tǒng)架構分為四個層次：核心操作系統(tǒng)層，核心服務層，媒體層，可輕觸層。應用程序由Objective-C語言開發(fā)。

想要開發(fā)一個IOS應用，就必須用到iOS軟件開發(fā)套件（SDK）以及蘋果公司的集成式開發(fā)環(huán)境（IDE）Xcode，這些在蘋果開發(fā)者官方網(wǎng)站可以直接下載（https://developer.apple.com/ios7/）。Xcode有源代碼編輯器、圖形用戶界面編輯器以及其他多種功能，從可定制構建到源代碼倉庫管理等。Xcode采用單窗口的形式，并將這種形式稱為“工作區(qū)窗口”，所需要的大部分數(shù)據(jù)都在這個工作區(qū)窗口里面。熟悉Xcode以后，你就能輕松地在編寫代碼、除錯調(diào)試和界面設計中變換，而無需來回切換窗口。iOS SDK則能夠擴展Xcode工具組，內(nèi)容包括創(chuàng)建iOS應用專門的工具、編譯器和框架等。Xcode提供了一系列用來管理整個開發(fā)流程的工具，從創(chuàng)建應用到測試、優(yōu)化應用，直至上傳應用到App Store。

當然，最好的開發(fā)套裝就是裝著Mac ox的Mac蘋果電腦，Xcode開發(fā)工具，iOS SDK。

所有iOS應用的背后都運行著Objective-C這個面向對象語言。Objective-C是C語言的一個超集，也就是說我們可以在項目中同時使用C語言和Objective-C語言，但是要構建iOS應用必須依靠Objective-C。從這個地方可以看出，在基本語法上，iOS的開發(fā)和32位PC應用程序開發(fā)沒有本質(zhì)不同，當然，程序架構模式上是有區(qū)別的。

2 64位A7處理器介紹及32位應用程序的升級

A7使用的是ARM V8架構，除了使用64位的地址總線和64位的寄存器以外，還增加了寄存器的數(shù)量，目前A7中的整數(shù)和浮點數(shù)寄存器是A6的兩倍。

寄存器的增加大大提高了程序的運行速度。將CPU由32位提高到64位，最主要的改變增大了尋址能力，可以突破32位系統(tǒng)只能訪問3G內(nèi)存的限制，但是，32位到64位的改變并不一定意味著程序運行速度的提高，甚至有些情況下會因為64位系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)占用內(nèi)存變大而導致程序運行速度變慢。而寄存器數(shù)量的增加，則直接提高了程序運行速度，當然，前提應用需要重新為64位系統(tǒng)編譯一遍，讓程序可以充分使用所有的寄存器。

使用蘋果公司提供的Xcode 5可以快速將以前的應用編譯成64位應用。在編譯過程中只需要把支持的設備改成“iOS 7”并把應用的體系結構設置選項由 “Architectures”改成 “Standard Architectures(including 64-bit)”這種支持64平臺的即可。

由于64位系統(tǒng)與32位系統(tǒng)在數(shù)據(jù)類型等方面的差異，任何平臺上32位應用升級為64位應用大體使用的方法都是是一個反復迭代的過程，不斷地在一些細節(jié)問題上來來回回，如字節(jié)序、調(diào)整編譯器選項等等，修改相關代碼并測試程序，解決出現(xiàn)的問題。并時不時停下來查看是否達到了總體目標--遵從ANSI標準及源代碼將來的可移植性。

Xcode 5編譯的iOS 7程序結果包括32位和64位兩套二進制代碼，在32位的iOS系統(tǒng)上會調(diào)用32位的二進制代碼，在64位系統(tǒng)上會調(diào)用64位的二進制代碼，以此來解決向后兼容的問題。

蘋果考慮到很多32位的程序可能在沒有重新編譯的情況下部署到64位系統(tǒng)上，64位的iOS系統(tǒng)中帶有兩種FrameWork，分別是32位和64位的。當64位的iOS系統(tǒng)運行原來的32位程序時，系統(tǒng)會調(diào)用32位的FrameWork作為底層支撐，當系統(tǒng)運行64位程序時，系統(tǒng)會調(diào)用64位的FrameWork作為底層支撐。

也就是說，當一個iPhone 5S上同時運行32位程序和64位程序時，系統(tǒng)同時將32位和64位兩套FrameWork載入了內(nèi)存中，所以消耗的內(nèi)存也比較多。如果一臺64位的iOS設備上運行的所有程序都是為64位系統(tǒng)編譯過的，iOS系統(tǒng)將只載入64位的FrameWork，這將節(jié)省好多內(nèi)存。所以，如果大家都可以快速將程序傳換成64位的，iOS將跑得更快。

3 開發(fā)64位的iOS系統(tǒng)主要注意事項[3]

32位的iOS系統(tǒng)和64位的iOS系統(tǒng)主要的差別有兩個，一個是數(shù)據(jù)類型的差別，一個是過程調(diào)用方法的差別。在數(shù)據(jù)類型上，主要的變化是指針類型(Pointer)和長整數(shù)類型(long)的長度變化和內(nèi)存對齊方式的變化，同時也導致了更高級別數(shù)據(jù)類型的變化，如NSInteger的長度也有變化。

在過程調(diào)用方法上，因為ARM V8和ARM V7具有不同數(shù)量的寄存器，具有不同的過程調(diào)用約定，所以32位系統(tǒng)和64位系統(tǒng)在匯編層級也是不同的。

而這些變化會帶來諸多影響，需要我們在轉換或開發(fā)程序時注意。

3.1 規(guī)范不同數(shù)據(jù)類型間的賦值

由于在32位系統(tǒng)中l(wèi)ong和int的長度是一樣的，不少開發(fā)者習慣將長整型數(shù)據(jù)(long)賦予整型(int)，這在64位系統(tǒng)中是可能會出問題的。因為64位系統(tǒng)中l(wèi)ong比int長，將long值賦予int將導致數(shù)據(jù)丟失。

同樣，因為在32位系統(tǒng)中指針類型（Pointer）和整型(int)的長度是一樣的，也有開發(fā)者習慣把指針類型（Pointer）直接賦給一個整型(int)存放。但在64位系統(tǒng)中就會有問題，因為64位系統(tǒng)中指針類型（Pointer）比整型(int)長，將指針類型（Pointer）值賦予整型(int)將導致地址數(shù)據(jù)丟失，最終導致嚴重問題。

同時還有無符號整數(shù)和有符號整數(shù)的混用等都會出現(xiàn)32位系統(tǒng)與64位系統(tǒng)結果不一致的情況。

例如：

int i=-2;

unsigned int j=1;

long l=i+j;

32位下是-1，在64位下是4294967295。原因在于表達式(i+j)是一個unsigned int表達式，但把它賦值給k時，符號位沒有被擴展。要解決這個問題，兩端的操作數(shù)只要均為signed或均為unsigned就可。

因此，在程序中盡量避免不同數(shù)據(jù)類型間的轉換并進行認真檢查和測試才能夠保證程序的穩(wěn)定運行。

3.2 注意與二進制位相關的運算操作

在32位系統(tǒng)上定義一個結構包含兩個長整型（long）類型，第二個長整型（long）數(shù)值的偏移量是4個字節(jié)，可以通過結構地址加4的方式獲取，但是在64位系統(tǒng)上就會出錯，因為在64位系統(tǒng)中第二個長整型（long）數(shù)值的偏移量是8個字節(jié)。

其他有關位運算的技術使用中也應注意，比如掩碼技術，在使用一個長整型（long）的掩碼，轉到64位系統(tǒng)后高位都是0，計算出來的結果可能不符合預期。

3.3 其它應注意事項

3.3.1 重視32位應用和64位應用之間的數(shù)據(jù)交換

大多數(shù)iOS應用不可避免的會通過網(wǎng)絡交換數(shù)據(jù)，同時用戶保存的數(shù)據(jù)也可能通過備份等方式在32位系統(tǒng)和64位系統(tǒng)之間切換，所以應用在保存和發(fā)送流數(shù)據(jù)的時候一定要考慮充分。比如數(shù)據(jù)在32位系統(tǒng)中保存，在64位系統(tǒng)中能否正常打開，或者反過來，在64位系統(tǒng)中保存，在32位系統(tǒng)中打開是否正常。

3.3.2 注意匯編語言代碼的規(guī)范

如果在應用代碼中需要嵌入?yún)R編語言代碼，則需要參考64位系統(tǒng)的指令集來編寫匯編代碼。

3.3.3 不進行可變參數(shù)過程與定參過程的相互轉換

32位系統(tǒng)和64位系統(tǒng)對于這兩種過程調(diào)用方式的處理方法不同，因此不要進行類似轉換。

3.3.4 iOS 7 開發(fā)需要注意的事項

iOS 7的正式上線是隨著iPhone5S正式上市開始的。在iOS 7應用沒有大量推出之前，蘋果公司給開發(fā)人員提供過渡性指導：

（1）確保應用內(nèi)容在半透明的UI元素中清晰可見。

（2）重新設計自定義欄中按鍵的圖標。在iOS 7中，自定義欄發(fā)生了較大的改變。

（3）設計好無邊框按鍵，重新設計應用布局。

（4）支持動態(tài)輸入。在iOS 7中，用戶能夠調(diào)節(jié)輸入時獲選詞的大小，開發(fā)人員應該注意這一點。

（5）確保應用的手勢控制不會與iOS 7中新的手勢形成沖突。

（6）注意iOS 7中新的陰影、漸變和切面等視覺效果，以獲得最好的視覺體驗。

（7）在必要的時候，使用應用在iOS 6系統(tǒng)下最佳的設定，如自動布局等。確保應用沒有使用過時的API。

4 總結與展望

總的來說，64位的A7處理和iOS 7都是新生事物——A7是移動智能終端上的第一款64位處理器，而iOS 7的上線也讓不少蘋果愛好者褒貶不一。但不可否認的是，A7處理器的應用可以使得iPhone的應用運行更流暢，而開發(fā)者如果想讓用戶體驗更好，就必須去迎合64位的應用開發(fā)特點。

據(jù)蘋果本周一 （2013年9月23日）公布的數(shù)據(jù)顯示，iPhone 5S和iPhone 5C在上市后首個周末就銷售了900萬部，遠高于iPhone 5上市首個周末500萬部的銷量。而美國移動應用分析公司Localytics發(fā)布調(diào)查報告稱，蘋果最新智能手機iPhone 5C、iPhone 5S上市僅三天時間，就已經(jīng)占據(jù)美國市場iPhone激活率的1.36%。其中，iPhone 5S在美國的激活率是iPhone 5C的3.4倍，在全球市場更是高達3.7倍。[4]這說明更高端速度更快的A7處理器用戶會大量涌現(xiàn)，64位的應用開發(fā)大有可為。

[1]http://www.apple.com/cn/iphone-5s/[OL].apple,2013-09-10.

[2]64位核心 A7處理器的IPAD或真正取代 PC.http://news.zol.com.cn/article/157559.html[OL].中關村在線，2013-09-13.

[3]64-Bit Transition Guide for Cocoa Touch.https://developer.apple.com/library/ios/navigation/index.html[OL].apple，2013-09-18.

[4]分析公司調(diào)查報告出爐：全球5S銷量是5C的3.7倍.http://it.sohu.com/20130924/n387106450.shtml[OL].搜狐 IT，2013－09－24.