Cocoa

Cocoa [ˈkoʊkoʊ] (engl. für „Kakao“) ist eine objektorientierte Programmierschnittstelle zur Programmierung unter dem Betriebssystem Mac OS X von Apple.

Cocoa-Programme sind meist solche mit einer graphischen Benutzeroberfläche (GUI), es ist aber auch die Entwicklung von z. B. Kommandozeilen-Tools oder Daemons möglich. Typischerweise erfolgt die Entwicklung mit Hilfe der „Developer Tools“, die Apple nach namentlicher Registrierung bis zur Version 3.2 kostenfrei zur Verfügung gestellt hat und die im Wesentlichen aus der IDE Xcode (Vorgänger: Project Builder) und dem Interface Builder bestehen. Version 4.0 von Xcode musste für 3,99 EUR im Mac App Store geladen werden. Als kostenpflichtig registrierter Entwickler kann Xcode von der Apple Developer Homepage heruntergeladen werden, wobei keine weiteren Kosten entstehen. Für Mac OS 10.7 ist Xcode 4.x kostenlos, und auch über den Mac App Store, zu beziehen.

Als primäre Programmiersprache dient dabei das an Smalltalk angelehnte Objective-C (eine objektorientierte Obermenge von C); C++ und C sind grundsätzlich innerhalb eines Projektes verwendbar. Alternativ ist die Programmierung (mit Einschränkungen) aus Java heraus möglich. Apple unterstützt jedoch die Java-Cocoa Bridge nicht mehr. Weiterhin existieren Cocoa-Schnittstellen für andere Sprachen, so etwa PerlObjCBridge (für Perl) oder die Open-Source-Projekte PyObjC (für Python) sowie RubyCocoa (für Ruby) und Cocoa# (für C# bzw. Mono). Seit der Betriebssystem-Version 10.4 nutzt das Cocoa-Framework Core Data die Datenbank (SQLite). Die Mac-eigene Skriptsprache Apple Script kann genutzt werden, um einfache Aktionen und Routinen zu implementieren.

Geschichte

Cocoa war zunächst der Name für eine in Sk8 geschriebene Multimedia-Entwicklungsumgebung von Apple für Kinder, welche später vom Unternehmen Stagecast unter dem Namen Stagecast Creator weitergeführt wurde.

Das heutige Cocoa ist eine Weiterentwicklung von NeXTSTEP und OPENSTEP, das vom Unternehmen NeXT in den späten 1980er Jahren entwickelt wurde.

Nach Erscheinen einer Betaversion von Safari für Windows im Juni 2007 kamen Gerüchte auf, dass Apple (wieder) an einer Portierung von Cocoa auf die Windows-Plattform arbeitet.

Frameworks

Cocoa besteht aus drei Frameworks:

• Foundation stellt alle relevanten Basisklassen (Strings, Arrays, Speicher-Management, Iterators etc.) zur Verfügung.
• Application Kit enthält Klassen zur Entwicklung graphischer Benutzeroberflächen, beispielsweise Fenster, Buttons oder Menüs.
• Core Data (seit Mac OS X 10.4 – „Tiger“) zur Erstellung von Objektgraphen.

Die Klassen des Cocoa-Frameworks beginnen hauptsächlich mit den Buchstaben NS, wie beispielsweise bei NSObject, NSArray oder NSString. Diese Abkürzung steht für das OpenStep-Framework NeXTStep, das von Apple 1996 zugekauft und als Basis für Mac OS X verwendet wurde.

Mac OS X liefert weitere Frameworks mit, die aber keine direkten Bestandteile von Cocoa sind:

• WebKit HTML-Renderer, der die Basis des Apple-Browsers Safari darstellt (siehe auch HTML-Rendering)
• AddressBook zur Kommunikation mit dem System-Adressbuch
• Core Image, Core Animation

Diese Frameworks entsprechen in etwa dynamisch geladenen Objektbibliotheken (DLL/DSO), beinhalten jedoch im Gegensatz zu DLLs auch die Zugriffsmechanismen in Form von "Header-Dateien". Sie stehen unter Mac OS X als kompilierte Objektdateien zur Verfügung. Die meisten der Frameworks, aus denen Cocoa besteht, wurden von Apple bislang nicht im Quelltext freigegeben.

Foundation

Die Klassen der Foundation sorgen für eine Grundlage der Programmierung mit Objective-C. Enthalten sind vor allem:

• Das Speicherverwaltungssystem Referenzzählung;
• Das Ausnahmesystem (NSException);
• Die Basisklassen für grundlegende Typen wie für Zeichenketten, Werte und Daten;
• Collectionklassen für Mengen, Listen und Maps;
• Filebehandlung einschließlich webbezogener Funktionalität;
• XML-Unterstützung;
• Undo-Funktion.

AppKit

AppKit implementiert die wichtigste Infrastruktur für Anwendungen, also Programme mit graphischer Benutzeroberfläche:

• Applikationsinfrastruktur einschließlich Voreinstellungssystem
• Ereignisbetrieb
• Elemente der graphischen Oberfläche wie Fenster, Ansichten und Menüs
• Elemente der Controllerschicht
• Sprachanbindungen
• Textsystem (Zeichenfolgen mit Attributen)

Core Data

Core Data stellt eine Modellierungs- und Persistenzschicht mit automatischer Unterstützung für Undo-Funktionalität dar. Es dient dem schnellen Entwurf von Modellen im System des Model-View-Controller-Musters. Core Data enthält Unterstützung für:

• Beschreibung der Modellstruktur
• Ablage von Daten
• XML und SQLite

Konzepte

Cocoa verfolgt einige Konzepte, die auf die dynamische Struktur von Objective-C zugeschnitten sind. Dies dürfte auch der Grund sein, warum Java nicht mehr unterstützt wird. Aufgrund der statischen Struktur (Static-Typing, Early-Binding) von Java lassen sich die Strukturen von Cocoa dort nur eingeschränkt oder aber mit großem Aufwand umsetzen.

Model-View-Controller

Einerseits ist das MVC-Muster in Cocoa strikt umgesetzt, so dass sich die meisten Klassen eindeutig zuordnen lassen. Andererseits wird der hieraus folgende Aufwand durch Unterstützung gelindert. So erlauben etwa Bindings die automatische Synchronisation von Modelwerten in allen relevanten Views, ohne dass der Anwendungsprogrammierer hierzu Code schreiben muss.

Class-Cluster

Einige Klassen von Cocoa stellen nur den sichtbaren Teil des Eisberges dar. Tatsächlich werden sie nie instanziert, sondern vielmehr zur Laufzeit Instanzen passender, jedoch verborgener Subklassen erzeugt. So verlangt etwa der Anwendungsprogrammierer nach einer Instanz von NSArray, erhält aber je nach Anzahl der Elemente eine Instanz einer Klasse, die er nicht kennt.

Laziness

Grundsätzlich werden das System belastende Tätigkeiten erst dann vorgenommen, wenn diese erforderlich sind. So modellieren Instanzen der Klasse „NSImage“ Bilder. Die Bilddaten werden allerdings erst dann geladen, wenn sie für eine Operation tatsächlich bekannt sein müssen; das Model wird erst dann und nur insoweit geladen, wie es für die aktuelle Operation nötig ist usw.

Ereignisbetrieb und Responder-Chain

Cocoa-Applikationen sind strikt ereignisgesteuert. Jede Tätigkeit einer Anwendung erfolgt aufgrund eines äußeren Ereignisses. Ereignisse durchlaufen eine sogenannte "Responder-Chain", die aus unterschiedlichen Klassen besteht und ein eingetroffenes Ereignis entnehmen und verarbeiten können – oder auch nicht.

Implementierungen außerhalb von Mac OS X

Neben der in Mac OS X enthaltenen Cocoa-API von Apple gibt es auch eine freie, plattformübergreifende Implementierung namens GNUstep. Diese Nachbildung dient dazu, Anwendungsprogramme für Mac OS X ohne großen Aufwand für andere Betriebssysteme zu portieren. Das Ausführen von für Mac OS X kompilierten Anwendungen ist, anders als bei Windows-Anwendungen unter Wine, meist nicht möglich. GNUstep enthält nicht alle Funktionen von Cocoa, was eine einfache Portierung erschweren kann. Besonders wenn die Anwendungen neben Cocoa auf andere APIs von Mac OS X, wie zum Beispiel Carbon angewiesen sind, kann die Portierung trotz GNUstep sehr aufwendig werden. Da Mac OS X selbst ein unixoides System ist, ist die Umsetzung von GNUstep in Linux- und Unix-Systemen einfacher und schlanker als in Windows, wo zuerst mit MinGW die nötige minimale Unix-artige Funktionalität bereitgestellt werden muss.

Literatur

•  Amin Negm-Awad und Christian Kienle: Objective-C und Cocoa Band 2: Fortgeschrittene. 1. Auflage. SmartBooks Verlag, 2010, ISBN 978-3-9084-9784-4.
•  Amin Negm-Awad und Christian Kienle: Xcode, Objective-C und Cocoa. 1. Auflage. 2009. in:  Horst-Dieter Radke (Hrsg.): Automatisierung und Anwendungsentwicklung auf dem Mac – Einführungen. 1 Auflage. SmartBooks Publishing AG, 2009, ISBN 978-3-9084-9798-1.
•  Amin Negm-Awad: Objective-C und Cocoa Band 1: Grundlagen. 2./4. Auflage. SmartBooks Verlag, 2009, ISBN 978-3-9084-9782-0.
•  Aaron Hillegass: Cocoa Programming for Mac OS X. 3. Auflage. Addison-Wesley Longman, Amsterdam, Upper Saddle River, NJ 2008, ISBN 978-0-3215-0361-9.
•  Aaron Hillegass: Cocoa Programmierung für Mac OS X. Übersetzung der 3. Auflage. mitp-Verlag, Frechen, 2008, ISBN ISBN 978-3-8266-5960-7.
•  Scott Anguish, Eric M. Buck, Donald A. Yacktman: Cocoa Programming. Sams, 2002, ISBN 978-0-6723-2230-3.
•  James West Davidson: Learning Cocoa with Objective-C. O'Reilly, Beijing 2002, ISBN 0-596-00301-3.
•  Daniel H. Steinberg: Cocoa-Programmierung: Der schnelle Einstieg für Entwickler. 1. Auflage. O'Reilly, 2010, ISBN 978-3-8972-1613-6.
•  Holger Hinzberg: Objective-C und Cocoa Praxiseinstieg: Programmierung für Mac OS X und iPhone. 2. Auflage. mitp-Verlag, Frechen 2012, ISBN 978-3-8266-9227-7.
•  Holger Hinzberg: Mac-Programmierung für Kids. 2. Auflage. mitp-Verlag, Frechen 2011, ISBN 978-3-8266-8684-9.

Weblinks

 Wikibooks: Objective-C und das Cocoa-Framework – Lern- und Lehrmaterialien

• Introduction to Cocoa Fundamentals
• cocoading – Deutschsprachige Seite zum Buch „Objective-C und Cocoa“
• CamelBones (Cocoa für Perl)
• PyObjC (Cocoa für Python)
• RubyCocoa
• Wikibooks: Programming:Cocoa
• ObjectiveCeeds – Fachartikel zur Cocoa-Programmierung