OS X 程式設計的第一步：Carbon 與 Cocoa 介紹

作者: lukhnos

這一陣子在 IRC 上，因為開發 OV 的緣故，經常有機會提到 OS X 程式設計相關的問題。我們經常提及像 Carbon, Cocoa, Objective-C 這類的關鍵詞，也開始有朋友問及，Carbon 是什麼？Cocoa 又是啥？我如果想在 OS X 上開發程式，該從哪下手好？

這篇文章先回答頭兩個問題：Carbon 跟 Cocoa 是什麼？順便也講講這兩者的差別在哪。

簡單地說，Carbon 和 Cocoa 都是 Mac OS X 的 API，也就是在 OS X 上寫程式，所必須用到的程式庫。就好像在 Windows 上要用 MFC 或 Win32 SDK，在 X-Window 上有 Qt/Gtk 等等。

那為什麼又會有「兩套」程式庫呢？熟悉 Windows 程式設計的人可能已經在猜了：「喔，一套是『低階』的程式庫，像是用 C 寫的 Win32 SDK，一套是『高階』程式庫，像是 C++ 寫的 MFC，對吧？」

答案呢，並不完全正確。Carbon 和 Cocoa 是兩套歷史背景不同的 API。因為我從是從 OS X 才開始使用 Mac 的人，講太多歷史背景可能會露餡。英文版 Wikipedia 上倒是有兩篇不錯的文章 (Wikipedia: Carbon / Cocoa)簡介這兩套 API 的故事，有興趣的朋友可以前往閱讀。

不過，我還是就我有限的認識，說明一下 Carbon 和 Cocoa 的背景。Carbon 是 Apple 自 OS 9 時代末期，為了協助開發者將舊程式移植到 OS X ，所提出的 API 架構。當時有個名詞叫「碳化」（Carbonize），意思是把 OS 9 時代的程式，套上 Carbon 重新編譯，成為 OS X 的軟體。大多數 OS X 上的大型應用程式，都是從這條線過來的，例如 Adobe 系列的程式，微軟的 Word, Excel 等，它們全是 Carbon 寫的應用程式。

Cocoa 就比較有傳奇色彩一點。用最簡單最簡單的說法：Cocoa 就是當年 NeXTSTEP 作業系統的 API。Apple 當年決定把 NeXTSTEP 買下，採用 Mach-BSD 為基底的作業系統的同時也引進了這套以 Objective-C 寫成的 API。說 Cocoa 「就是」NeXTSTEP 並不是太誇張的說法，因為所有 Cocoa 的 API ，都是以 "NS" 的名稱開頭的。NS 就是 NextStep 的縮寫。晚近的應用程式，例如 Safari, TextEdit, 可愛的 Adium，就都是用 Cocoa 寫成的了。

那麼，Carbon 和 Cocoa 的關係是什麼？差別又在哪裡？就某些方面來說，Carbon 的確是較「低階」的 API，而 Cocoa 也的確有相當多的實作，底層是呼叫 Carbon。但偶爾也有 Carbon 呼叫Cocoa 的情形。

就 OS X 目前的發展趨勢，Carbon 和 Cocoa 是並行發展的。Carbon 仍然主要供 C/C++ 程式設計者使用，而 Cocoa 主要供 Objective-C/Objective-C++/Java （沒錯，Cocoa 據說有相當好的 Java 支援）的程式設計者使用。由於 Mac 上仍有相當多的重量級軟體使用 Carbon ，Apple 一時三刻間是不可能宣佈 Carbon 淡出的。

所以，與其說 Carbon/Cocoa 是兩套「平行」的 API，不如說它們是互補的 API。Apple 的「搜循功能」API（以及即將在 10.4 Tiger 中導入的 Spotlight 技術），便只有 Carbon 的 C API 可用。至於 Apple 大大有名的 WebKit 和 TextView （讓你可以在「十五分鐘內寫一套功能完整的編輯器／瀏覽器」），則只有 Cocoa 套件可用。

介紹到這裡，寫個範例程式吧。就拿字串操作來說好了，下面這個程式示範如何在 Carbon 裡建立一個字串：

    char *str="Hello, world!";  // 我們想提供建立的字串

    

    CFStringRef cfstr=CFStringCreateWithCString(NULL, str, kCFStringEncodingUTF8);

    // 用字串...

    CFRelease(cfstr);   // 把建立好的字串釋放掉

如果是 Cocoa ，這個程式可以這樣寫：

    char *str="Hello, world!";

    NSString *nsstr=[[NSString alloc] initWithCString: str];

    // 用字串

    [nsstr release];

當然，這是最簡單的操作，這裡是看不出 Carbon/Cocoa 的差別在哪裡。下面這一行程式，則是把 http://www.google.com 的內容，讀進一個字串裡：

    NSString *s=[NSString stringWithContentsOfURL: [NSURL URLWithString: @"http://www.google.com"]];

這件事呢，呃，Carbon 是辦不到的。不過，Carbon/Cocoa 有個神奇的地方是：核心的基礎物件，例如字串、陣列等等，是可以互換的！例如某個 Carbon API 需要 CFStringRef 的參數，你可以直接把 NSString* 傳過去。如果某個 Cocoa API 需要 NSArray* 參數，你也可以直接傳 Carbon 的 CFArrayRef 給它。所以，如果你得寫個Carbon的程式去網頁上抓那容，你可以先用上面的程式把網頁抓下來（我有沒有說用 Objective-C 寫 wget 這樣的工具，只要用上面那行，程式就等於寫完了？），然後再把 NSString* s 當成 CFStringRef 來用。如果想把剛剛的內容印出來，你也可以這樣做：

    printf ("%s\n", [s UTF8String]);

像 NSString/CFStringRef 這種可以互轉的資料結構設計，Apple 將之稱為「無痛轉接」 (toll-free bridging)，非常高段。

接下來有兩個常見的問題，第一個問題，我該選擇那套來入手？這個問題，就我參與 OV 開發的經驗，我會說，直接從 Cocoa 開始！Cocoa 再怎麼說，都是比較新的設計，同時也是徹底物件導向的應用程式介面。Apple Mac OS X 上的各種新型程式設計工具，尤其是 Interface Builder ，幾乎全是為 Cocoa 量身訂作的。更何況 Cocoa 有不錯的 Java 支援，也可以簡單呼叫 AppleScript，種種原因加起來，Cocoa 都是發展 OS X 應用程式的首選。

但是接下來的問題便是，那麼，我是不是得為此學習 Objective-C ？這問題簡單的回答是：要，但是很快可以學會。大體上，如果你發展的是 GUI 程式，又多半是用 Interface Builder 拉選單和對話盒，所用到的 Objective-C ，其實份量並不會太多。大多數時候，只需要知道怎麼呼叫 Cocoa 物件的method，也就完全夠用了。

其實，對於已經學會 C++/C#/Java 的人來說，Objective-C 應該是很好上手的。另外，Apple 為了讓 C++ 的程式設計者可以更方便設計程式，還設計出 Objective-C++ 這樣一套語言。簡單地說，就是讓 C++ 可以呼叫 Objective-C 的物件，或是反過來用 Objective-C 來呼叫 C++。

Objective-C 配上 C++ 是相當銳利的工具。OpenVanilla 在開發之初，載入器的 OS X 相依程式碼部份，仍是以 Carbon 為主。但初期為了快速將輸入法模組開發出來，於是採用了 C++/Cocoa/Carbon 混用的模式，也就是使用了 Objective-C++ 並呼叫 Carbon 及 Cocoa。Objective-C++ 非常適合快速原型開發，我們一個晚上寫出了「大易輸入法模組」的原型，隔了一陣子又花了一個晚上「白話字輸入法」的原型，這些都是用 Objective-C++ 寫完的。當然，寫過程式的人都知道，寫出原型跟實際上能完全符合要求，有很大的一段距離，我只是舉例說明 Objective-C++ 對於程式設計的幫助而已。當然，世事難兩全，Objective-C++ 目前只有 Apple OS X 平台能使用（Objective-C 的話倒是拜 GCC 及 GNUstep 之賜，已經到處都有了），而 Cocoa 用多了，就很難習慣其他 API 了，因為真的是太簡單好用。

Cocoa 倒不僅只有 Objective-C, Objective-C++ 及 Java 能使用。Cocoa 已經有 Python 的介面，Perl 的話也有 CamelBones 這套程式庫可以接口。

簡單地說，Cocoa 是會令人上癮的，我一直覺得，Apple 應該要在未來的版本中，將它改名叫 Cocaine （古柯鹼／可卡因）才對。