ココア（API）

Cocoa は、Appleのデスクトップオペレーティング システムmacOS用のネイティブオブジェクト指向 アプリケーション プログラミング インターフェイス(API)です。

Cocoaは、ヘッダーファイルに含まれるFoundation Kit、Application Kit、Core DataフレームワークCocoa.hと、それらに含まれるC標準ライブラリやObjective-Cランタイムなどのライブラリとフレームワークで構成されています。^[1]

Cocoa アプリケーションは通常、Apple が提供する開発ツール、具体的にはXcode (旧Project Builder ) とInterface Builder (現在は Xcode の一部) を使用し、プログラミング言語 Objective-CまたはSwift を使用して開発されます。ただし、Cocoa プログラミング環境には他のツールを使用してアクセスすることもできます。また、シンプルなテキスト エディターで Objective-C Cocoa プログラムを作成し、コマンド ラインまたはmakefileからGNU Compiler Collection (GCC) またはClang を使用して手動でビルドすることもできます。

エンド ユーザーにとって、Cocoaアプリケーションとは、Cocoa プログラミング環境を使用して作成されたアプリケーションです。Cocoa プログラミング環境は多くの一般的なUI 要素(ボタン、スクロール バーなど) を提供し、アプリケーションの多くの側面を自動化して Apple のヒューマン インターフェイス ガイドラインに準拠するため、このようなアプリケーションは通常、使い慣れた外観と操作性を備えています。

iOS、iPadOS、tvOS、watchOSでは、Application Kit に似たUIKitおよび WatchKit という API が利用できます。これらには、ジェスチャ認識、アニメーション、および対象とする特定のプラットフォームに対応するように設計されたさまざまなグラフィカル コントロール要素のセットが含まれています。Foundation Kit と Core Data もこれらのオペレーティング システムで利用できます。これは、 iPhone、iPod Touch、iPad、Apple TV、Apple Watchなどの Apple デバイス用のアプリケーションで使用されます。

Cocoa は、1980 年代から 1990 年代にかけてNeXTが開発したNeXTSTEPおよびOpenStepプログラミング環境のいくつかのソフトウェア フレームワーク(主にApp KitおよびFoundation Kit )の系譜を引き継いでいます。Apple は 1996 年 12 月に NeXT を買収し、その後OpenStep の直接の後継となるRhapsodyオペレーティング システムの開発に着手しました。このオペレーティング システムには、 Blue Boxという名のクラシック Mac OSアプリケーションのエミュレーション ベースが搭載される予定でした。OpenStep のライブラリとバイナリ サポートのベースはYellow Boxと呼ばれていました。Rhapsody は Mac OS X に進化し、Yellow Box は Cocoa になりました。したがって、Cocoa クラスは NSString や NSArray など、 NS という文字で始まります。これらは、OpenStep フレームワークの元の独自用語である NeXTSTEP を表しています。^[2]

OpenStep の開発に費やされた作業の多くは Mac OS X の開発に適用され、Cocoa が最も目立つ部分でした。ただし、違いは存在します。たとえば、NeXTSTEP と OpenStep は、テキストとグラフィックスの画面表示にDisplay PostScript を使用しましたが、Cocoa は Apple のQuartz ( Portable Document Format (PDF) イメージング モデルを使用しますが、その基礎となるテクノロジは使用しません) に依存しています。Cocoa には、NSURL やWebKit HTMLクラスなどを含む一定レベルのインターネット サポートもありますが、OpenStep は、NSFileHandle クラスとBerkeley ソケットを介して管理されたネットワーク接続を初歩的にサポートしているだけでした。

API ツールボックスは当初「Yellow Box」と呼ばれていましたが、Apple がすでに商標登録していた名前である Cocoa に改名されました。Apple のCocoa商標は、子供向けのマルチメディア プロジェクト デザイン アプリケーションの名前として始まりました。Web ページに埋め込まれて実行されるため、「子供向けの Java」を連想させる名前でした。^[3]元の「Cocoa」プログラムは、Steve JobsがApple に復帰した後に廃止されました。当時、Java は同社の大きな焦点領域であったため、「Yellow Box」の新しい名前として「Cocoa」が使用されました。ネイティブ Objective-C の使用に加えて、ブリッジ レイヤーを介して Java からもアクセスできたためです。^{[4] Apple は Cocoa Java ブリッジのサポートを中止しましたが、名前は継続され、} Cocoa Touch APIにも使用されました。

Cocoa 環境の 1 つの特徴は、動的に割り当てられたメモリを管理する機能です。ベンダー クラスとユーザー クラスの両方のほとんどのクラスが派生しているFoundation Kitの NSObject クラスは、メモリ管理用の参照カウントretainスキームを実装しています。NSObject ルート クラスから派生したオブジェクトは、およびreleaseメッセージに応答し、保持カウントを保持します。 というメソッドがretainCount存在しますが、その名前に反して、通常はオブジェクトの正確な保持カウントを返しません。これは主にシステム レベルの目的で使用されます。手動で呼び出すことは Apple では推奨されていません。

allocまたはで作成された新しく割り当てられたオブジェクトのcopy保持カウントは 1 です。そのオブジェクトにretainメッセージを送信すると保持カウントが増加し、メッセージを送信すると保持カウントが減少します。オブジェクトの保持カウントが 0 に達すると、C++デストラクタreleaseに似た手順によって割り当てが解除されます。が呼び出されるとは限りません。 dealloc

Objective-C 2.0 以降、Objective-C ランタイムはオプションのガベージ コレクターを実装しましたが、これは現在では廃止され、自動参照カウント(ARC) に取って代わられて非推奨になっています。このモデルでは、ランタイムは Cocoa の参照カウント操作 (「保持」や「解放」など) をno-opsに変更しました。ガベージ コレクターは、Objective-C 2.0 のiOS実装には存在しません。Objective-C のガベージ コレクションは、優先度の低いバックグラウンド スレッドで実行され、ユーザー エクスペリエンスの応答性を維持する目的で、Cocoa のユーザー イベントで停止できます。従来のガベージ コレクターは、Mac OS X バージョン 10.13 でも引き続き使用できますが、Apple 提供のアプリケーションでは使用されません。

2011 年、LLVMコンパイラは、Objective-C ソース コードの静的解析を実行し、必要に応じて保持メッセージと解放メッセージを挿入することで、従来のガベージ コレクターに代わる自動参照カウント(ARC) を導入しました。

Cocoa は、フレームワークと呼ばれる 3 つのObjective-Cオブジェクト ライブラリで構成されています。フレームワークは機能的には共有ライブラリに似ています。共有ライブラリは、実行時にプログラムのアドレス空間に動的にロードできるコンパイル済みオブジェクトですが、フレームワークは関連するリソース、ヘッダー ファイル、およびドキュメントを追加します。Cocoa フレームワークは、前述の項目を標準の場所に含むバンドルの一種として実装されています。

• Foundation Kit ( Foundation ) は、NeXTSTEP 3 の Enterprise Objects Framework で初めて登場しました。 ^[5] OpenStep の作業の一環として開発され、その後 1994 年にそのシステムがリリースされたときに OpenStep の AppKit の基礎となりました。macOS では、Foundation はCore Foundationに基づいています。Foundation は、文字列と値の操作、コンテナーと反復、分散コンピューティング、イベント ループ(実行ループ)、およびグラフィカル ユーザー インターフェイスに直接結び付けられていないその他の機能を提供する汎用オブジェクト指向ライブラリです。フレームワーク内のすべてのクラスと定数に使用される "NS" プレフィックスは、NeXT とSun Microsystemsが共同で開発した Cocoa の OPENSTEP の遺産に由来しています。
• アプリケーション キット( AppKit ) は、オリジナルの NeXTSTEP アプリケーション キットから直接派生したものです。グラフィカル ユーザー インターフェイスの作成や操作に使用できるコード プログラムが含まれています。AppKit は Foundation 上に構築されており、同じNSプレフィックスを使用します。
• Core Dataは、 FoundationとCocoaに含まれ、Cocoa.hにあるオブジェクト永続化フレームワークです。 ^[1]

Cocoa アーキテクチャの重要な部分は、包括的なビュー モデルです。これは、アプリケーション フレームワークの従来のラインに沿って構成されていますが、Quartzが提供するPortable Document Format (PDF) 描画モデルに基づいています。これにより、 PostScriptのような描画コマンドを使用してカスタム描画コンテンツを作成でき、自動プリンタ サポートなども可能になります。Cocoa フレームワークは、クリッピング、スクロール、スケーリング、およびグラフィックス描画のその他の作業をすべて管理するため、プログラマは基本的なインフラストラクチャの実装から解放され、アプリケーションのコンテンツの独自の側面に集中できます。

Xerox PARCのSmalltalkチームは、最終的に、開発の容易さとコードの再利用性を高める設計哲学に落ち着きました。モデル - ビュー - コントローラ(MVC) と呼ばれるこの概念では、アプリケーションを 3 つの相互作用するオブジェクト クラス セットに分割します。

• モデル クラスは、問題領域のデータと操作 (人/部門/予算のリスト、定型化されたテキストのセクション/段落/脚注を含むドキュメントなど) を表します。
• ビュー クラスは、人間とコンピューターの相互作用のための視覚的な表現とアフォーダンス (キャプション付きアイコンのスクロール可能なグリッドや、実行可能な操作のポップアップ メニューなど) を実装します。
• コントローラー クラスには、モデル データをビュー表現として表示し、アフォーダンスによって開始されたユーザー アクションをモデル操作にマッピングし、2 つの同期を維持するために状態を維持するロジックが含まれています。

Cocoa の設計は、MVC の原則をかなり厳密に適用したものですが、完全に厳密に適用されているわけではありません。OpenStep では、提供されるクラスのほとんどは、高レベルの View クラス (AppKit 内) か、NSString などの比較的低レベルのモデル クラスの 1 つでした。同様の MVC システムと比較すると、OpenStep には強力なモデル レイヤーがありませんでした。たとえば、「ドキュメント」を表す標準クラスはありませんでした。Cocoa への移行中に、モデル レイヤーが大幅に拡張され、デスクトップ アプリケーションに共通する機能を提供するための事前ロールされたクラスがいくつか導入されました。

Mac OS X 10.3 で、Apple は NSController ファミリーのクラスを導入しました。これは、コントローラ レイヤーに定義済みの動作を提供します。これらのクラスは Cocoa バインディング システムの一部と見なされ、Key-Value Observing や Key-Value Binding などのプロトコルも広範に利用します。「バインディング」という用語は、2 つのオブジェクト (多くの場合、ビューとコントローラ) 間の関係を指します。バインディングにより、開発者はきめ細かな動作を調整するのではなく、宣言的な関係に集中できます。

Mac OS X 10.4 の登場により、Apple はこの基盤をさらに拡張し、モデル レイヤーでの変更の追跡と永続性を標準化するCore Dataフレームワークを導入しました。実際、このフレームワークにより、アプリケーション データの変更、必要に応じて変更の取り消し、ディスクへのデータの保存、およびデータの読み込みのプロセスが大幅に簡素化されます。

3 つの MVC ドメインすべてにフレームワーク サポートを提供することで、Apple は開発者が記述しなければならない定型コードまたは「接着」コードの量を減らし、アプリケーション固有の機能に時間を費やすためのリソースを解放することを目標としています。

ほとんどのオブジェクト指向言語では、メソッドの呼び出しは、メモリ内のコードへのポインターによって物理的に表されます。これにより、通常は責任の連鎖パターンに従って編成される特定のコマンド処理クラスが必要になるため、アプリケーションの設計が制限されます。Cocoaではこのアプローチが大部分維持されていますが、Objective-C の遅延バインディングによって柔軟性が高まります。

Objective-C では、メソッドはセレクターで表されます。セレクターは、呼び出すメソッドを記述する文字列です。メッセージが送信されると、セレクターは Objective-C ランタイムに送信され、使用可能なメソッドのリストと照合され、メソッドの実装が呼び出されます。セレクターはテキスト データであるため、ファイルに保存したり、ネットワークやプロセス間で転送したり、その他の方法で操作したりできます。メソッドの実装は、コンパイル時ではなく実行時に検索されます。これには若干のパフォーマンスの低下がありますが、^[6]遅延バインディングにより、同じセレクターで異なる実装を参照できます。

同様に、Cocoa はキー値コーディング(KVC) と呼ばれる広範なデータ操作方法を提供します。^[7]これにより、実行時にオブジェクトのデータまたはプロパティを名前で検索または変更できます。プロパティ名は値のキーとして機能します。従来の言語では、この遅延バインディングは不可能です。KVC により、設計の柔軟性が大幅に向上します。オブジェクトのタイプを知る必要はありませんが、そのオブジェクトのプロパティは KVC を使用して検出できます。また、Cocoa でキー値監視(KVO) と呼ばれるものを使用してこのシステムを拡張すると、元に戻す/やり直しの自動サポートが提供されます。

遅延静的バインディングは、静的バインディングと動的バインディングの中間に位置するバインディングの一種です。プログラムの実行前に名前をバインディングすることを静的 (早期) と呼び、プログラムの実行時に行われるバインディングを動的 (遅延または仮想) と呼びます。

Cocoa の最も便利な機能の 1 つは、システムが提供する強力な基本オブジェクトです。例として、Unicode文字列を提供するFoundation クラスNSStringと、プログラマが GUI に文字列オブジェクトを配置できるようにする AppKit のシステムを考えてみましょう。 NSAttributedString NSText

NSTextおよびその関連クラスは、文字列の表示と編集に使用されます。関連するオブジェクトのコレクションにより、アプリケーションは、単純な 1 行のテキスト入力フィールドから、カーニング、合字、任意の図形の周囲へのテキストの回り込み、回転、完全な Unicode サポート、アンチエイリアスグリフレンダリングなどの完全なプロフェッショナルなタイポグラフィ機能を備えた、完全な複数ページ、複数列のテキスト レイアウト スキーマまで、あらゆるものを実装できます。段落レイアウトは、任意のテキスト ビューに添付できる組み込みの「ルーラー」オブジェクトを使用して、自動的に制御することも、ユーザーが制御することもできます。スペル チェックは、システム全体の言語辞書セットを使用して自動的に行われます。無制限の元に戻す/やり直しサポートが組み込まれています。組み込み機能のみを使用すると、わずか 10 行のコードでテキスト エディター アプリケーションを作成できます。新しいコントローラー オブジェクトを使用すると、この数は 0 に近づく可能性があります。拡張機能が必要な場合、Cocoa は Objective-C を使用しているため、これは簡単な作業になります。Objective-C には「カテゴリ」の概念が含まれており、既存のクラスを「インプレース」で変更できます。フレームワーク内の元のクラスに変更を加えたり、ソースにアクセスしたりすることなく、カテゴリ内で機能を実現できます。他の一般的な言語では、同じタスクを実行するには、追加された機能をサポートする新しいサブクラスを派生させ、元のクラスのすべてのインスタンスを新しいサブクラスのインスタンスに置き換える必要があります。

CocoaフレームワークはObjective-Cで書かれています。Cocoaフレームワーク用のJavaバインディング（ Javaブリッジと呼ばれる）も、Objective-Cをより一般的な言語に置き換えることを目的として提供されました^[8]が、これらのバインディングはCocoa開発者の間で不評で、CocoaのメッセージパッシングセマンティクスはJavaなどの静的型付け言語にうまく変換できませんでした。^[9] Cocoaは実行時バインディングを必要とするため、Cocoaの主要機能の多くはJavaでは利用できません。2005年にAppleはJavaブリッジを廃止すると発表しました。これは、macOSバージョン10.4以降でCocoaに追加された機能がCocoa-Javaプログラミングインターフェースに追加されないことを意味しました。

Appleは2014年のApple Worldwide Developers Conference (WWDC)で、 Objective-Cに代わる新しいプログラミング言語Swiftを発表しました。 ^[10]

もともと、AppleScript StudioはよりシンプルなCocoaアプリケーションの開発に使用されていました。^[11]しかし、Snow Leopardでは非推奨になりました。代わりにAppleScriptObjCが使用され、 Cocoaフレームワークを使用しながらAppleScript でプログラミングできるようになりました。 ^[12]

Cocoa プログラミング環境には、 PasCocoa、PyObjC、CamelBones、RubyCocoa、D /Objective-C Bridge などのブリッジ メカニズムの助けを借りて、他のツールを使用してアクセスできます。

他の言語で利用可能なサードパーティバインディングには、AppleScript、Clozure CL、MonobjcおよびNObjective（C#）、Cocoa#（CLI）、CocodaoおよびD /Objective-C Bridge、^{[13] [14]} LispWorks、Object Pascal、CamelBones（Perl）、PyObjC（Python）、FPC PasCocoa（LazarusおよびFree Pascal）、RubyCocoa（Ruby）などがあります。^[15]

ブリッジメカニズムを必要としないMacRubyという Ruby 言語実装は、以前 Apple によって開発されましたが、 Nu はObjective-Cオブジェクトモデルを直接使用するLispのような言語であるため、バインディングを必要とせずに Cocoa フレームワークを使用できます。

GNUstepやCocotron ^[16]など、Cocoaフレームワークの主要部分のオープンソース実装もあり、Microsoft WindowsやLinuxなどの他のオペレーティングシステムを対象としたクロスプラットフォームのCocoaアプリケーション開発が可能になります。

• Aaron Hillegass : Cocoa Programming for Mac OS X、Addison-Wesley、第 3 版 2008 年、ペーパーバック、ISBN 0-321-50361-9。 
• Stephen Kochan: Programming in Objective-C、Sams、第 1 版 2003 年、ペーパーバック、ISBN 0-672-32586-1。 
• マイケル・ビーム、ジェームズ・ダンカン・デイビッドソン：「Cocoa in a Nutshell」、O'Reilly、第 1 版 2003 年、ペーパーバック、ISBN 0-596-00462-1。 
• Erick Tejkowski: Cocoa Programming for Dummies、第 1 版 2003 年、ペーパーバック、ISBN 0-7645-2613-8。 
• Garfinkel, Simson ; Mahoney, Michael K. (2002). Cocoa アプリケーションの構築: ステップバイステップガイド(第 1 版). O'Reilly Media . CiteSeerX  10.1.1.394.3248 . ISBN 0-596-00235-1。
• Paris Buttfield-Addison、Jon Manning: Learning Cocoa with Objective-C、O'Reilly、第 3 版 2012、ペーパーバック、ISBN 978-1-4493-1849-9。 
• Scott Anguish、Erik M. Buck、Donald A. Yacktman: Cocoa プログラミング、Sams、第 1 版 2002、ペーパーバック、ISBN 0-672-32230-7。 
• Erik M. Buck、Donald A. Yacktman: Cocoa デザインパターン、Addison-Wesley Professional、第 1 版 2009 年、ペーパーバック、ISBN 978-0321535023 
• Bill Cheeseman: Cocoa Recipes for Mac OS X、Peachpit Press、第 1 版 2002 年、ペーパーバック、ISBN 0-201-87801-1。 
• Andrew Duncan: Objective-C Pocket Reference、O'Reilly、第 1 版 2002 年、ペーパーバック、ISBN 0-596-00423-0。 

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