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2 Cocoa 環境 Cocoa アプリケーションは Mac OS X の標準になりつつあります たとえば iphoto は Cocoa アプリケーションであり Safari や Mail アプリケーションも同様です これらのアプ リケーションの精巧な設計 豊富な機能群 魅力的なユーザインタフェースは 批評家の方々 からもかなりの賞賛をいただきました しかし これらのアプリケーションの設計段階から運 用までが 典型的な開発サイクルと比較して どれほど短期間で達成されたかについては 一般のユーザの方にはあまり知られていません アプリケーションであり開発環境としての Cocoa が なぜ Carbon に代わる有力で魅力ある選択肢になっているのでしょうか このセク ションでは このような疑問にお答えします このセクションの内容 Cocoa 入門 Mac OS X における Cocoa の位置付け Cocoa 入門 すべてのアプリケーション環境と同様に Cocoa にもランタイムと開発という 2 つの側面が あります ランタイム面では Cocoa アプリケーションは Aqua ユーザインタフェースを表示 し オペレーティングシステムのほかの可視部分 特に Finder や Dock などのアプリケー ション と密接に統合されています ユーザエクスペリエンスを構成する要素の 1 つとして シームレスに組み込まれることで ランタイム面はそのすばらしさを発揮します しかし プログラマにとってより興味深いのは開発面です Cocoa はオブジェクト指向ソフト ウェアコンポーネント クラス の統合セットで 堅牢でフル機能を備えた Mac OS X アプ リケーションを短期に作成できます これらのクラスは再利用可能で適応性の高いソフトウェ アビルディングブロックであるため デベロッパはそのまま使用したり 独自の要件に合わせ て拡張したりすることができます Cocoa クラスには ユーザインタフェースオブジェクトか ら Rendezvous ネットワークまで 開発に必要と考えられるものがほぼすべて揃っています 予想していなかった必要性が生じたときには 既存のクラスのサブクラスを簡単に作成して その必要性に対応できます Cocoa はオブジェクト指向開発環境の中で 最も優れた血筋の 1 つを継承しています 1989 年に NeXTSTEP として発表されてから今日に至るまで 継続的に洗練され テストされてき ました 小さな歴史 を参照 そのエレガントでパワフルな設計は アプリケーションだ けでなく コマンドラインツールやプラグイン 各種バンドルなど いろいろなソフトウェア

3 Mac OS X Cocoa

4 2-1 Mac OS X 2-2 Mac OS X Cocoa

5 タックのベースには Darwin があります Mac OS X のすべては Cocoa も含めて 最終的 に Darwin の機能に依存しているということです しかし 個々の Cocoa クラスやそのグループ そして包括的フレームワークの特定サブフ レームワークをよく見ると Cocoa が Mac OS X のほかの部分に依存していることや 基盤 のテクノロジがそのインタフェースによって公開されていることが分かります 図 2-3 は こ れらの依存関係と公開の仕組みをいくつか示したものです 注意 Cocoa は一定のフレームワークに依存していますが それらの上に単に 乗っている だけではありません 場合によっては Cocoa はほかのフレームワーク Carbon など と対 等であり それらのフレームワークではできないことも実行できます Cocoa は 基盤のテク ノロジの上に乗っている単なるオブジェクト指向レイヤではないのです 図 2-3 アーキテクチャ図の拡大 主要な依存関係 アップルは Cocoa のプログラムインタフェースのいくつかが アプリケーションに通常必要 となる基盤のテクノロジの機能に対するアクセスを提供できるように Cocoa を慎重に設計し ました しかし Cocoa のプログラムインタフェースを通じて公開されていない機能が必要な 場合や アプリケーションで起こることを細かく制御する必要がある場合は 基盤のフレーム ワークを直接使用できることもあります 代表的な例は Core Graphics です その関数や OpenGL の関数を呼び出すことにより Cocoa の描画メソッドを使う場合よりも複雑で微妙な イメージを描画できます 幸い ほとんどの依存フレームワークのプログラムインタフェー スは Objective-C 言語のスーパーセットである標準の ANSI C で書かれているため このよう な低レベルのフレームワークを使用しても問題はありません 注意 アーキテクチャの概要を取り上げているのは Cocoa が Mac OS X のほかの部分に対

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10 開発環境 次のセクションでは Project Builder Interface Builder Mac OS X の統合開発環境を構成 するその他のアプリケーション ツール リソースについて 特に Cocoa に重点を置いて説 明します このセクションの内容 はじめに Project Builder Interface Builder AppleScript Studio その他の開発ツール はじめに Cocoa に独自の開発環境があるというのは 正確な表現ではありません たとえばプログラマ は アップルの主要な開発アプリケーションである Project Builder と Interface Builder を 使って Carbon など ほかの Mac OS X アプリケーション環境向けのソフトウェアを開発で きます また Project Builder や Interface Builder をまったく使わずに Cocoa アプリケー ションを開発できます たとえば Metrowerks の CodeWarrior を使用しても Cocoa プロ ジェクトの管理 コンパイル デバッグができます さらに 徹底してこだわるのであれば Emacs などのテキストエディタを使ってコードを書き make ファイルでコマンドラインから アプリケーションをビルドし gdb デバッガを使ってコマンドラインからアプリケーションを デバッグすることも可能です しかし Project Builder と Interface Builder は Cocoa ソフトウェアの開発に適したアプリ ケーションです それらの起源は Cocoa 自体の起源と一致しているため ツールとフレーム ワークの間には高度な互換性があります Project Builder と Interface Builder のおかげで Cocoa ソフトウェアプロジェクトの設計 管理 ビルド デバッグはきわめて簡単です さら に AppleScript Studio では アプリケーションの機能を拡張し スクリプタブルな Cocoa アプリケーションと AppleScript を使ってほかのアプリケーションを制御するアプリケー ションの両方を作成できます Project Builder

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12 図 5-1 Project Builder におけるテキストエディットのサンプルプロジェクト Project Builder は 特に Cocoa 開発に適しています プロジェクトを作成するときには Project Builder が Cocoa プロジェクトのタイプ すなわち アプリケーション ObjectiveC または Java ドキュメントベースのアプリケーション Objective-C または Java ツール バンドル フレームワークなどに応じたプロジェクトテンプレートを使って最初の開 発環境をセットアップしてくれます Project Builder は Cocoa ソフトウェアのコンパイル には GNU C コンパイラ (gcc) を使い ソフトウェアのデバッグには GNU ソースレベルデ バッガ (gdb) を使います gcc と gdb は Cocoa が NeXTSTEP のときから Cocoa 開発に使 用され 小さな歴史 を参照 Cocoa バイナリのコンパイルとデバッグをサポートするた めに長年にわたって洗練 拡張 調整されてきました Project Builder には インポートした すべての Cocoa フレームワークのクラスに加えて 継承関係にあるカスタムクラスを表示で きるクラスブラウジング機能もあります クラスブラウザからは どのクラスに関するドキュ メントもリクエストできます Project Builder は もう 1 つの主要な開発アプリケーションである Interface Builder と高度 に統合されています Interface Builder では クラス スーパークラス アウトレット アク ション を定義し プロジェクトのクラスごとにスケルトンヘッダとソースファイルを生成で きます Project Builder では カスタムクラスにアウトレットとアクションを追加でき Interface Builder でそれらのエントリを nib ファイルにインポートできます 注意 簡単にいえば アウトレットはオブジェクト間の接続をアーカイブしたものです 1 つ

13 Interface Builder

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15 図 5-2 Interface Builder における テキストエディットの 環境設定 ウインドウ Interface Builder でユーザインタフェースを作成する一般的な手順は簡単です 1. ウインドウオブジェクトまたはパネルオブジェクトを画面上にドラッグします パ ネルはダイアログまたはセカンダリウインドウと同じです 2. ウインドウの最初の または固定的な 位置 サイズ 属性を設定します 3. テキストフィールド ボタン テーブルビュー ポップアップリストをウインドウ 上または事前に配置したビュー上にドラッグします 4. 上のオブジェクトの最初の または固定的な 位置 サイズ 属性を設定します 5. アプリケーションのカスタムクラスを定義します これは Interface Builder 自体 で または事前に作成したヘッダファイルを Interface Builder に読み込むことで実行できま す カスタムクラスを定義すると Interface Builder でそのアウトレットやアクションを指定 できます 6. アウトレットをその参照オブジェクトに接続し アクションをターゲットオブジェ クトの適切なメソッドに接続します 7. インタフェースを保存してテストします Interface Builder には 各設計段階でイ ンタフェース カスタム動作は除く をテストできる機能があります 8. 定義した各カスタムクラスのヘッダファイルとソースファイルを作成します これ らのファイルは 関連する Project Builder プロジェクトに表示されます

16 AppleScript Studio

17 任意の大きさのスクリプトの作成 スクリプト内の検索と置換 変数値を指定した実行が可能なシングルステップのスクリプトデバッグ スクリプト中のハンドラとプロパティへの簡単なアクセス アプリケーションスクリプティングの用語と連動した柔軟性のあるディクショナリビューア 詳細については AppleScript Studio のテクノロジページを参照してください その他の開発ツール Cocoa アプリケーションの開発に使用する主要なツールは Project Builder と Interface Builder ですが そのほかに何十ものツールが使えます これらの補助的なアプリケーション とコマンドラインツールの多くは アプリケーションの開発段階で役に立ちます このセクションでは 補助的な開発アプリケーションについて説明し いくつかのコマンドラ インツールも簡単に紹介します しかし 後者はあまりにも多数であるため その要約さえこ こでは掲載できません 最善の方法は /usr/bin と /usr/sbin にあるツールのマニュアル ページ man ページ を調べることです それには Terminal シェルで man に続けてツー ルの名前を入力します /Developer/Tools にも アップルが開発したコマンドラインツー ルがいくつかあります パフォーマンスツール 以下のアプリケーションは プログラムのパフォーマンス面を測定 分析するのに使用しま す /Developer/Applications にあります Sampler プログラムの実行動作とそのメモリの割り当てを分析します 名前のとおり Sampler はプログラムの関数呼び出しスタックを定期的にサンプリングします サンプリング セッションが終了すると 最も頻繁に遭遇した関数やメソッドが表示されます この情報は 大量の CPU 時間を消費する関数やメソッド 過剰なメモリ割り当てが発生する関数やメソッ ドを見つけるのに役立ちます ObjectAlloc プログラムにおけるメモリ割り当てと割り当て解除を追跡します この履歴 データにより 繰り返しの多い割り当て動作と全体的な割り当ての傾向が明らかになります Objective-C コードの場合 ObjectAlloc はすべての alloc 呼び出しだけでなく すべての copy retain release autorelease メソッドの呼び出しを記録します また malloc

18 および関連する 関数によって割り当てられたメモリはもちろん これらのメソッドに対応 する Core Foundation 関数も記録します MallocDebug プログラムに現在割り当てられているすべてのメモリブロックを割り当て 時の呼び出しスタック別に整理して表示します 一目見ただけで アプリケーションがどの程 度の割り当てメモリを消費しているか そのメモリがどこから割り当てられているか どの関 数に大量のメモリが割り当てられているか分かります MallocDebug では プログラムのほ かのどこでも参照されていない割り当てメモリを見つけることができるため リークを見つけ たり メモリが割り当てられた場所を正確に追跡するのに役立ちます QuartzDebug アプリケーション自体の表示をデバッグするのに役立つツールです 特 に 大量の描画やイメージングを実行するアプリケーションで役に立ちます QuartzDebug には 次のデバッグオプションがあります 各描画操作後にグラフィックコンテキストの内容をフラッシュする自動フラッシュ描画 画面の領域を更新する直前に黄色でペイントするモード システム全体におけるウインドウリストの静止画によるスナップショットを撮り 各ウィン ドウの所有者および各ウインドウが消費しているメモリ量を表示するオプション Thread Viewer プロセスのスレッド間の活動を表示します 各スレッドにおける活動の タイムラインが アクション別に色分けされて表示されます タイムラインをクリックする と その時点における活動のサンプルバックトレースを表示できます パフォーマンス分析には 以下のコマンドラインツールを使用することもできます top 現在実行中のプロセスについて 定期的にサンプリングした統計データを表示しま す gprof プログラムの実行プロファイルを作成します fs_usage ファイルシステムのアクセス統計データを表示します そのほかにも パフォーマンス分析に利用できるコマンドラインツールはたくさんあります Cocoa アプリケーション開発で使用できるパフォーマンスツールとアプリケーションの詳細 と パフォーマンスに関する概念やテクニック 戦略については Inside Mac OS X: Performance を参照してください その他のツール Cocoa アプリケーションの開発には 次のアプリケーションも役に立ちます

19 /Developer/Applications

20

21 Foundation

22 Foundation のパラダイムとポリシー 一定の状況下で プログラムのオブジェクト間での一貫した動作と予測を確実なものとするた めに Foundation では Cocoa プログラミングに対して次のようにいくつかのパラダイムと ポリシーを導入しています オブジェクトの所有権とオブジェクトの破棄 Foundation では 自動ガーベジコレクショ ンのメカニズムの代わりに オブジェクトの所有権のポリシーを設定し オブジェクトは そ れが作成したり コピーしたり または明示的に保持していたオブジェクトを解放する責任が あるということを定めています NSObject クラスおよびプロトコル は オブジェクトの保 持と解放のメソッドを定義しています NSAutoreleasePool クラスとして定義されている 自動解放プールは 遅延解放のメカニズムを実装しており これにより Cocoa プログラム は 呼び出し側が責任を負っていないオブジェクトを返すための一貫性のある決まりを保てる ようになっています オブジェクトの所有権と破棄に関する問題の詳細については Memory Management を参照してください 可変クラス Foundation の多くの値クラスやコンテナクラスには不変クラスと同等の可変 クラスがあり 可変クラスは必ず不変クラスのサブクラスになります オブジェクトなどのカ プセル化された値やメンバーシップを動的に変更する必要がある場合は 可変クラスのインス タンスを作成します これは不変クラスを継承するため 不変タイプを受け取るメソッドに可 変インスタンスを渡すことができます クラスクラスタ クラスクラスタは 1 つの抽象クラスと その抽象クラスがアンブレライ ンタフェースとして機能する一連のプライベートな具象サブクラスです コンテキスト 特 に オブジェクトの作成に使用するメソッド に応じて 適切な最適化されたクラスのインス タンスが戻されます たとえば NSString と NSMutableString は さまざまな格納の要件に 合わせて最適化された各種のプライベートサブクラスのインスタンスのために ブローカーと して機能します 長年にわたって 具象クラスのセットはアプリケーションを壊すことなく 何度か変更されました 通知 通知は Cocoa の主要なデザインパターンです ブロードキャストのメカニズムに基 づいており ほかのオブジェクトが実行していることや ユーザイベントやシステムイベント の形で遭遇していることを オブジェクト オブザーバという に通知し続けることができま す 通知を発行するオブジェクトは 通知を受けるオブザーバの存在や身元について認識して いなくても構いません 通知には 同期 非同期 分散のタイプがあります Foundation の

23 Foundation

24 図 3-1 Foundation クラス階層 Objective-C その 1

25 図 3-2 Foundation クラス階層 Objective-C その 2 上の図は Foundation フレームワークのクラスを 次のカテゴリで ここに記したその他の 関連性とともに 論理的にグループ化しています 値オブジェクト 値オブジェクトはさまざまな種類のデータをカプセル化し そのデータへ のアクセスと データに対する各種の操作を可能にします これらはオブジェクトであるた め オブジェクト およびこれに含まれる値 をアーカイブして分散できます NSData はバ イトストリームのためのオブジェクト指向ストレージを提供しますが NSValue と NSNumber は単純なスカラー値の配列のためのオブジェクト指向ストレージを提供します NSDate NSCalendarDate および NSTimeZone クラスは日付と時刻を格納します これら

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28 Application Kit Application Kit

29 図 3-3 Application Kit のクラス階層 Objective-C その 1

30 図 3-4 Application Kit のクラス階層 Objective-C その 2 見て分かるとおり Application Kit の階層ツリーは多岐にわたっていますが かなり浅く なっています この階層で最も深いクラスでも ルートクラスからスーパークラスがわずか 5 階層離れているだけで ほとんどのクラスはもっと近いところにあります この階層ツリーの 主要なブランチのいくつかは 特に興味深いものです Application Kit の最大のブランチのルートには NSResponder クラスがあります このクラ スはレスポンダチェーン すなわちユーザイベントに応答する一連の順序付けされたオブジェ クトを定義します ユーザがマウスボタンをクリックしたときや キーを押したときにイベン トが生成され それに応答できるオブジェクトを求めてレスポンダチェーンに渡されます イ ベントを処理するオブジェクトは NSResponder クラスを継承している必要があります コ

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35 .lproj

36 オペレーティングシステムサービス 次の Application Kit クラスは アプリケーションにオペレーティングシステムサポートを提 供します 他のアプリケーションとのデータ共有 NSPasteboard クラスはペーストボード すなわち アプリケーションからコピーされるデータのリポジトリを定義し そのデータをどのアプリ ケーションでも利用できるようにします NSPasteboard は よく知られているカット ペー スト操作を実装します NSServicesRequest プロトコルはペーストボードを使用して 登録さ れたサービスによってアプリケーション間で渡されるデータをやり取りします ペーストボー ドは ユーザインタフェースにクリップボードとして実装されます ドラッグ ごくわずかなプログラミングによって カスタムビューオブジェクトはどこにで もドラッグ ドロップできます NSDragging... プロトコルに従うことにより オブジェクト はこのドラッグメカニズムの一部になります ドラッグ可能オブジェクトは NSDraggingSource プロトコルに従い ドラッグ先オブジェクト ドロップの受け入れ側 は NSDraggingDestination プロトコルに従います Application Kit は カーソルの追跡と ド ラッグされたイメージの表示に関する詳細をすべて隠します スペルチェック NSSpellServer クラスにより スペルチェックサービスを定義し 他のア プリケーションにサービスとして提供できます アプリケーションをスペルチェックサービス に接続するには NSSpellChecker クラスを使用します NSIgnoreMisspelledWords および NSChangeSpelling プロトコルは スペルチェックのメカニズムをサポートしています Interface Builder のサポート 抽象クラスの NSNibConnector と 2 つの具象サブクラスである NSNibControlConnector と NSNibOutletConnector は Interface Builder における接続を表します NSNibControlConnector は Interface Builder におけるアクション接続を管理し NSNibOutletConnector はアウトレット接続を管理します

37 Cocoa API

38 小さな歴史 何年も前 Cocoa は NeXTSTEP と呼ばれていました 1989 年 9 月 NeXT Computer 社が NeXTSTEP のバージョン 1.0 を開発 リリースし 引き続きバージョン 2.0 と 3.0 をリリー スしました それぞれ 1990 年と1992 年 この初期の段階では NeXTSTEP は単なるア プリケーション環境ではなく Display PostScript をベースにした ウインドウおよびイ メージングシステム Mach カーネル デバイスドライバなど オペレーティングシステム全 体を指していました 当時は Foundation フレームワークはありませんでした フレームワークというものがなかっ たのです 代わりに 動的に共有される ソフトウェアライブラリは キットと呼ばれてお り その中で最も目立っていたのが Application Kit でした Foundation が現在担っている 役割の多くは 関数 構造体 定数 型などの組み合わせによって処理されていました Application Kit 自体には 現在よりもずっと少ないクラスしかありませんでした 図 4-1 は NeXTSTEP 年 のクラス階層チャートを示しています 図 年当時における Application Kit のクラス階層 Application Kit のほかに 初期の NeXTSTEP には Sound Kit と Music Kit が含まれてお り オーディオとミュージックを合成するために Display Postscript レイヤへの高度なアク セスを提供する豊富な Objective-C クラスからなるライブラリが形成されていました 1993 年前半 NeXTSTEP 3.1 は Intel Sparc Hewlett-Packard のコンピュータに移植され ました NeXTSTEP 3.3 は 重要な新しい方向を示してもいました Foundation の暫定版が

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40 2003 Apple Computer, Inc. (Last Updated May 7, 2003)

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