iphone Architektur und Programmierung Daniel Aigner

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1 iphone Architektur und Programmierung Daniel Aigner

2 Inhalt Einführung Das iphone, ios & Apps Design-Patterns in der iphone-architektur Die verschiedenen Ebenen des ios Besonderheiten im ios Das iphone SDK Programmieren für das ios Das Iphone Developer Program Fazit 2

3 Einführung Apple Appstore seit Juni 2008 Regelrechter Goldrausch für App-Entwickler durch viele Erfolgsgeschichten, z.b. Doodle Jump (5 Millionen in 15 Monaten) Pocked God (fast 3 Millionen in 19 Monaten) Flight Control (2 Millionen in 1 Jahr) Fruit Ninja (1 Millionen nach 74 Tagen) Was ist so anders am iphone? 3

4 Das iphone Erstes iphone 2007 auf den Markt gekommen Neue Ära auf dem Smartphonemarkt Mobiles Internet für die Massen Viele eingebaute Komponenten Großes kapazitives multitouch Display (5 iphone, 11 ipad) Wenige echte Knöpfe Benötigt neue Art der Eingabe 4

5 Das iphone Viele eingebaute Sensoren und Geräte Das aktuelle iphone 4 besitzt: Beschleunigungssensor Gyroscope Annäherungssensor Digitaler Kompass Umgebungslicht-Sensor Rückseitige Kamera & Frontkamera Mikrofon, Lautsprecher Vibrationsgenerator GPS Bluetooth, Wlan GPRS/EDGE/UMTS 5

6 Das iphone Limitierte Ressourcen Rechengeschwindigkeit Hauptspeicher Evtl. langsame Netzwerkanbindung Neben iphone noch ipod Touch und ipad 50 Millionen verkaufte iphones 35 Millionen verkaufte ipod Touchs 3 Millionen verkaufte ipads 6

7 Das Betriebssystem ios Betriebssystem des iphones, ipod Touchs und ipads Basiert auf Mac OS X Neue Version mit jeder Evolutionsstufe des iphones Bringt neue Features und Schnittstellen für Entwickler mit sich Mit Version 4 Umbenennung von iphone OS in ios 7

8 Grundarchitektur einer iphone App App hat nur ein Fenster, nur eine App gleichzeitig Jede App läuft in ihrer eigenen Sandbox-Umgebung Keine eigenen Plugins und Frameworks erlaubt Programmiersprache Objective-C, auch C und C++ erlaubt 8

9 Design Patterns der iphone Architektur Model-View-Controller Trennung von Code verschiedener Ebenen 9

10 Design Patterns der iphone Architektur Notifications Ähnlich Observer-Pattern Objekte können sich für eine Notification beim Notification Center anmelden Einsatz z.b. für Motion-Events 10

11 Design Patterns der iphone Architektur Target Action Veknüpfung zwischen View und Controller Subclassing Grundlegendes Prinzip der OO-Programmierung Funktionalitäten von Klassen anpassen und erweitern Delegation Weiterleiten von Verantwortung an andere Klassen Umgeht das Erstellen von Subklassen 11

12 Die verschiedenen Ebenen des ios Aufteilung des ios in verschiedene Abstraktionsebenen Abstrahieren immer weiter von der Hardware Jede Ebene stellt ihre eigenen Frameworks und Schnittstellen bereit Oft Funktionalitäten mehrfach vorhanden 12

13 Cocoa Touch Oberste Ebene mit höchstem Abstraktionsgrad Enthält die am häufigsten genutzten Frameworks Bildet Grundlage einer iphone App Enthalten teilweise Views und Controller UIKit Framework Wichtigstes Framework, zuständig für das UserInterface Touch- und Gesten-Events Apple Push Notifcation Service Copy & Paste Multitasking Hardware (Neigungssensor, Kamera, Batteriestatus) 13

14 Cocoa Touch Message UI Framework Versenden von und SMS Map Kit Framework iad Framework Game Kit Framework Event Kit UI Framework Address Book UI Framework 14

15 Media Services High- und Lowlevel-Frameworks für Multimedia-Elemente, Audio, Video, Grafik, Animation. Enthält: Assets Library Framework AV Foundation Framework Core Audio Core Graphics Framework Core Text Framework Core Video Framework Image I/O Framework Media Player Framework OpenAL Framework OpenGL ES Framework Quartz Core Framework 15

16 Core Services Grundlegende Funktionen Viele bereits über Cocoa-Touch realisierbar, hier genauer konfigurierbar Core Foundation Framework Grundlegende Klassen, Funktionen und Datentypen Collections (Arrays, Sets) Klassen zur String- und Datums-Verarbeitung Internationalisierung Reguläre Ausdrücke Threading Caching 16

17 Core Services Foundation Framework Objective-C Wrapperü für Core Foundation Framework Address Book Framework CFNetwork Framework Core Data Framework Datenschicht im Model-View-Controller Design Core Location Framework Core Media Framework Core Telephony Framework Event Kit Framework Quick Look Framework Store Kit Framework System Configuration Framework 17

18 Core OS Niedrigste Ebene im ios, Low-Level Features Normalerweise nicht direkt benutzen Enthält: Accelerate Framework External Accessory Framework Security Framework System 18

19 Die verschiedenen Ebenen des ios Bilden Basis einer iphone App Nach Möglichkeit immer Framework mit dem höchsten Abstraktionsgrad verwenden Decken die meisten benötigten Features ab Benutzung eigener Frameworks verboten 19

20 Dateiverwaltung im ios Speicherung von Daten über das Ausführen einer Anwendung hinweg Ähnliche Möglichkeiten wie bei normalen DesktopAnwendungen Ordner und Dateisystem Archiving SQLite Core Data 20

21 Ordner und Dateisystem ios in sich geschlossenes System Apps selbst können aber Dateisystem benutzen Jede App hat eigenes Verzeichnis und eigenes temporäres Verzeichnis Dateien Speichern, Unterverzeichnisse beliebiger Tiefe Zugriff auf Dateisystem über itunes möglich Ebenso automatisches Backup der Dateien über itunes 21

22 Archiving Wie Serialisierung Praktisch für Objektiorientierte Sprachen Ganzes Objekt in Datei speichern und wieder auslesen Spart Umweg über Extrahieren der Daten aus einem Objekt, seperates Speichern und späteres Zusammenbauen 22

23 SQLite Datenbanksystem speziell für Embedded Systems Kein Client-Server-Prinzip Direkter Zugriff auf die Datenbank aus dem Programmcode über die SQLite-Library Unterstützt die meisten Anfragen des SQL-92 Standards Transaktionen Subqueries Views Funktionen Eine App kann mehrere Datenbanken anlegen, jede Datenbank eine Datei Die SQLite-Library im ios basiert auf C 23

24 Core Data An die Bedürfnisse einer objektorientieren Anwendungen angepasst Stellt die Model-Schicht im MVC-Muster dar Daten objektorientiert speichern Unterliegend SQLite-Datenbank, oder Speichern in XML oder Binärformat Managed Object Model Managed Object 24

25 Speicherverwaltung im ios Begrenzter Arbeitsspeicher Iphone 4 512MB Iphone 3GS 256MB Iphone 3G & Original 128MB Zudem Teil vom Betriebssystem selbst belegt Keine Auslagerungsdatei Wenn Speicher voll stürzt App ab Keine Garbage Collection Spezielle Techniken zum Freigeben von Speicher 25

26 Das iphone SDK Enthält alle wichtigen Tools zum Schreiben eigener Apps Schreiben mit Xcode Testen auf dem Simulator Analysieren mit Instruments Kostenlos für alle registrierten Entwickler Nicht verwechseln mit dem iphone Developer Program Nur lauffähig unter Mac OS X 26

27 Xcode 27

28 Xcode Zentrale Entwicklungsumgebung für Mac OS X und ios Projektbasiert Liefert Templates für neue Projekte mit Grafischer Entity-Editor Codeeditor mit vielen Hilfsmitteln Syntaxhighlighting Autovervollständigung Codevalidierung Statische Typüberprüfung Debugger 28

29 Interface Builder Interface Builder zum entwerfen der GUI WYSIWYG-Editor Hilfslinien zur automatischen Ausrichtung Verknüpfung herstellen zwischen View und Controller 29

30 iphone Simulator Simulieren eines iphones zum Testen der Apps Praktisch Simulieren von Bedienung per Touch mit einem Finger Pinch-Gesten Drehen und Schütteln des iphones Drücken des Sperren-Knopfes Simulieren einer Warnung wegen zu wenig Hauptspeicher 30

31 Iphone Simulator Kein Ersatz für das Testen auf einem echten Gerät Kann nicht: Multitouch-Bedienung Kamera Mikrofon Accelerometer Gyroscope GPS (nur eingeschränkt) Außerdem andere Performance 31

32 Instruments Performance und Speicherverbrauch analysieren Besonders wichtig bei den begrenzten Ressourcen des iphones Untersuchen verschiedener Aspekte möglich Speichern der erfassten Daten für spätere Analyse Aufzeichnen der Userinteraktionen für Testfälle 32

33 Instruments 33

34 Hilfen für den Einstieg Dokumentation Artikel für Einstieg Templates Tutorials Entwicklervideos über itunes 34

35 Programmieren für das ios Grundstruktur einer iphone-app Speicherverwaltung Einbindung von C in Objective-C Speichern mit Core Data Kommunikation zwischen Apps 35

36 Grundstruktur einer iphone-app Template auswählen beim Start eines neuen Projekts Window-based Application View-based Application Navigation-based Application Tab Bar Application Utility Application Open GL ES Application Das Fenster (window) ist Basiselement der GUI jeder App Hierauf finden auch alle Touch-Eingaben statt stellt Fläche bereit, auf der die Views und ViewElemente gezeichnet werden 36

37 Grundstruktur einer iphone-app Die GUI ist aufgebaut aus verschiedenen Views und ViewElementen, auch verschachtelt => Bilden Hierachie View-Elemente sind z.b.: Kontrollelemente (Buttons, Schalter, Eingabefelder) Navigation (Tabbar, Navigationsleiste) Elemente nur zur Anzeige (Bilder, Label) Container (Tabelle, Scrollbereich) Text- und Web-Views Alert Views, Action Sheets (Popups) 37

38 Grundstruktur einer iphone-app 38

39 Touch-Events Events für die Benutzereingabe Touchdown Touchup ect. Events können von View-Elementen abgefangen werden Werden hierachisch nach oben weitergeleitet Motion Events (drehen/schütteln des iphones) Werden von Funktionen im Controller verarbeitet 39

40 Grundstruktur einer iphone-app Controller werden mit dem Source Editor geschrieben Views mit dem Interface Builder gebaut Werden in den.xib-dateien gespeichert (genannt NIB) View und Controller getrennt Verbindung über: Outlets,um vom Controller auf View-Elemente zuzugreifen Actions, um vom View aus Controller-Funktionen aufzurufen Über den Interface Builder Verknüpfungen zwischen ViewElementen und Controller-Variablen und Funktionen ziehen. 40

41 Grundstruktur einer iphone-app 41

42 Speicherverwaltung Begrenzter Hauptspeicher Keine Auslagerungsdatei Keine Garbage-Collection => Manuelle Verwaltung des Speichers Regel: Jedes Objekt, das man selbst besitzt, auch selbst wieder freigeben. Selbst besitzt man z.b. Objekte die durch Funktionen mit alloc, new oder copy im Namen Freigeben mit Release- oder Autorelease-Befehl Reference counting 42

43 Speicherverwaltung 43 Jede Klasse hat dealloc-funktion Wird aufgerufen, wenn Objekt der Klasse aus Speicher entfernt wird Hier müssen Klassenvariablen entfernt werden (Bsp. Outlets) Wenn Speicher knapp wird, wird Funktion didrecievememorywarning aufgerufen Dann soweit möglich temporäre Daten löschen und Speicher freigeben Objekte können auch die UIAppUiApplicationDidRecieveMemoryWarningNotification empfangen (Notification-Pattern)

44 Einbindung von C in Objective-C Programmcode normalerweise in Objective-C Kann auch C- und C++-Code enthalten Einige Frameworks sind in C C-Funktionen können direkt aus dem Quellcode aufgerufen werden C arbeitet mit Basisdatentypen, Objective-C mit Wrappern => Konvertierung nötig Wrapper-Klassen für C-Funktionalität Z.B. Foundation-Framework 44

45 Speichern mit Core Data Core Data bevorzugte Art, Daten zu Speichern Model-Schicht im Model-View-Controller Design Kann beim Erstellen eines neuen Projekts angewählt werden Entity Editor von Xcode zum Erstellen und Bearbeiten des Models Mehrere Entitäten erstellen Attribute zu den Entitäten Beziehungen zwischen den Entitäten n n-n 45

46 Speichern mit Core Data 46

47 Speichern mit Core Data 47 Im Code ist der Managed Object Context die Instanz der Datenbank Einzelne Instanzen der definierten Entitäten sind Managed Objects Speichern und Auslesen der Managed Objects über den Managed Object Context Automatische Validierung über das Model Sicherstellen der Relationen Abstraktion von der unterliegenden Speicherstruktur Managed Object Context muss explizit gespeichert werden um Änderungen persistent zu machen

48 Kommunikation mit anderen Apps Direkte Kommunikation zwischen verschiedenen Apps im ios nicht möglich Aber Aufrufen anderer Apps und Parameterübergabe über URL-Schemas Z.B. öffnen von myapp://action?param=value Parameter in Funktion didfinishlaunchingwithoptions verarbeiten Bestimmte URLs werden automatisch abgefangen mailto: tel: sms: URLs auf Youtube, Googlemaps oder itunes 48

49 iphone Developer Program iphone Developer Program kostet 99$ im Jahr Wird benötigt, zum: Testen auf einem richtigen iphone Einstellen der App in den Appstore 49

50 Testen auf einem iphone Einrichten der Testumgebung relativ aufwändig Erstellen und Zuweisen von Zertifikaten und Profilen 50

51 Einstellen einer App in den Appstore Anderes Profil als zum Testen App Store Distribution Provisioning Profile App mit dem Profil kompilieren Über itunes Connect an Apple hochladen und verwalten Review von Apple 85% aller neuen Apps innerhalb 1 Woche freigeschaltet 95% aller Updates innerhalb 1 Woche freigeschaltet 30% des Erlöses an Apple Keine Kosten für Vertriebs-Infrastruktur, Marketing Keine Kosten für kostenlose Apps 51

52 Fazit 52 Fazit

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