在Windows上寫Objective-C程式（使用GNUstep與Clang、LLVM）

之前我寫了一篇Objective-C on Windows，以GNUstep在Windows XP上寫Objective-C程式，但是Objective-C已經加了很多新東西，而GNUstep裡的gcc並不提供，所以，這篇要介紹GNUstep，再加上新一代的編譯器架構Clang與LLVM（這也是Apple在新版Xcode裡預設使用的編譯器），這樣就能有Objective-C 2.0的功能，以及block與ARC（automatic reference counting）。

問：想開發iPhone或iPad或Mac的軟體，該怎麼辦？
答：使用Apple官方的軟體開發工具Xcode，只要到Apple公司的開發者網站，註冊一下（免費），即可下載最新版的Xcode。Xcode只能在Mac OS X（作業系統）上運行，所以要買一台Mac機器（硬體）。

PS 最新版的Xcode可以直接從Mac App Store下載。

問：哇，這麼多種漂亮的Mac，應該買哪一台啊？
答：有錢的話就買最貴的那一台*_*。


問：什麼是Xcode？
答：Xcode是Apple公司官方的軟體開發工具組，可開發在Mac、iPhone、iPad的軟體，是一個總稱，裡面包含很多東西，有整合式開發編輯器（IDE，也叫做Xcode）、視覺化使用者介面開發工具（Interface Builder）、compiler、linker、debugger（gcc、gdb、llvm...）等等、還有模擬器，以及各種framework（函式庫、類別庫、API）。

這是Xcode IDE，負責管理專案檔案、編輯、以及各種設定，從這裡進行編譯除錯執行。


這是Interface Builder，視覺化使用者介面設計，使用拖拉放的方式來操作。（在Xcode 4以前是支獨立的軟體，之後Xcode IDE已經整合Interface Builder。）


這是模擬器，不用買一支iPhone也可以進行開發iPhone軟體喔。


也就是說，如果你有一台Mac電腦（花錢買），下載Xcode（免費下載）後，就可以開始開發，在模擬器上執行看到成果。但是，如果想在iPhone實機上執行你寫的程式的話，那就要加入Apple的iOS Developer Program（要錢，一年要付$99），至於加入、付錢、設定、下載軟體到手機上的過程，本篇不介紹。

問：想先學學Objective-C程式語言，還不想砸錢買Mac，有辦法在Windows上寫Objective-C程式嗎？
答：有，就是這篇的重點了。

問：聽說gcc可以編譯Objective-C，所以在Windows上裝cygwin，裡面有gcc，就可以寫Objective-C程式了？
答：cygwin的gcc的確可以編譯Objective-C程式，但光裝cygwin並不會有任何的物件類別庫（library、class library、framework），所以也就沒有各種基本的物件類別可以用，沒有NSLog可以呼叫（想像成c的printf）；沒有NSObject可以繼承，讓你沒辦法立即開始寫自己的物件；沒有Foundation.h（想像成c的stdio.h）連preprocessor都過不去，更別提compiler了。所以只有compiler是不夠的。而且，一般版本的gcc裡頭的Objective-C部分，很舊，沒有許多Apple加入的新功能。

同樣的，若只有clang(llvm)也不夠。

問：所以除了compiler還需要？
答：還需要一套framework，裡面會有基本的物件類別。如果是裝Xcode就會有Cocoa for Mac、Cocoa Touch for iPhone。Cocoa大致上分為Foundation跟AppKit兩個部分，AppKit是GUI元件與較高階的元件，而Foundation就是一堆基本的物件類別，例如NSObject、NSString、NSArray、NSNumber等等；而Cocoa Touch分成Foundation跟UIKit，差不多的意思。

問：聽說Cocotron...？
答：Cocotron也是一個Objective-C的開發環境，其目標是讓開發出來的軟體可以在各種平台上執行，例如Windows，但其本身還是要搭配Xcode使用，所以不符本篇主題。

問：那所以咧？
答：使用GNUstep，可在unix-like與Windows上使用，有Cocoa API，也有一些開發工具（類似Xcode提供的工具）可以用，但本篇重點是在Windows上寫一支Objective-C的hello world!程式，所以會用命令列模式shell，只會使用compiler的部份（也是gcc），以及鏈結Cocoa API中Foundation的部份，也就是說不理會AppKit的部分，也不會介紹GNUstep提供的開發工具(Gorm, ProjectCenter...)。

因為GNUstep裡的gcc，其Objective-C的部份很舊了，無法編譯Objective-C的新功能與特色，所以除了GNUstep，我們還需要安裝clang(llvm)。

問：GNUstep可在哪些版本的Windows上跑？
答：官方網站上說在WinXP與Win2K測試過，我的電腦是Windows XP。

問：怎麼安裝GNUStep？
答：到GNUstep網站的Windows下載區，下載下面三個安裝套件。
1. GNUstep MSYS System，53MB，基本環境與命令列shell。
2. GNUstep Core，9MB，函式庫、類別庫。
3. GNUstep Devel，44MB，開發工具，gcc、make、gdb等等。
注意：請按照順序安裝。

把三個都安裝在同一個目錄（預設值是C:\GNUstep），安裝時也都是按Next即可。安裝後執行「開始-程式集-GNUstep-shell」，會出現一個命令列畫面，恭喜你，已經成功了一半。


問：怎麼安裝clang(llvm)？
答：
首先，我們將下載原始碼自行編譯，編譯時需要很多工具，前面安裝的GNUstep幾乎都有了，但還缺個python，請到python官方網站下載頁面，下載python的windows版，我下載的是2.7.2版。安裝後，修改環境變數（開始-設定-控制台-進階-環境變數），將「C:\Python27」（這是預設的安裝路徑）加入「PATH」。

然後，開啟「程式集-GNUstep-shell」，依序執行下列指令：

$ svn co http://llvm.org/svn/llvm-project/llvm/trunk llvm

$ cd llvm/tools

$ svn co http://llvm.org/svn/llvm-project/cfe/trunk clang

第一道指令會下載llvm（約106 MB），第二道指令切換目錄，第三道指令下載clang（約65 MB）。

然後，我們需要修改clang一些寫死的路徑，請用文字編輯器開啟「C:\GNUstep\msys\1.0\home\username\llvm-tools-clang-lib-Frontend\InitHeaderSearch.cpp」，尋找字串"FIXME: temporary hack: hard-coded paths."，大約在第215行附近的地方，加入底下這幾行。

...
// FIXME: temporary hack: hard-coded paths.
AddPath("C:\\GNUstep\\include", System, true, false, false);
AddPath("C:\\GNUstep\\msys\\1.0\include", System, true, false, false);
AddPath("C:\\GNUstep\\lib\\gcc\\mingw32\\4.6.1\\include", System, true, false, false);
AddPath("C:\\GNUstep\\lib\\gcc\\mingw32\\4.6.1\\include\\c++", System, true, false, false);
AddPath("C:\\GNUstep\\GNUstep\\System\\Library\\Headers", System, true, false, false);
//AddPath("/usr/local/include", System, true, false, false);
break;
....

記得要把原有的AddPath("/usr/local/include", System, true, false, false);拿掉。

存檔後，接下來就是要進行編譯了。

$ cd ~/llvm && mkdir build && cd build

$ ../configure --enable-optimized --enable-targets=host-only

$ make

$ make install

第一行切換目錄到llvm底下，並建立一個build目錄，我們將把編譯後的東西放在這個目錄下。

第二行做一些設定。（需要一點時間，看你的機器多快。）

第三行進行編譯。（需要花很多時間，看你的機器多快。） 

第四行進行安裝。雖然會出現groff的錯誤，但沒關係。

安裝後，你可以執行

$ clang --version

檢查會不會秀出版本編號。 

clang version 3.1 (trunk 153251)

Target: i686-pc-mingw32

Thread model: posix 

問：接下來，怎麼編譯執行一支hello, world!程式呢？
答：
$ cd ~
$ mkdir hello
$ cd hello
在家目錄下建立一個新目錄hello。我們將放入兩支檔案。
家目錄大概是C:\GNUstep\msys\1.0\home\username，自己找找。

首先是hello.m，用你喜歡的編輯器寫程式，大致內容如下：

#include <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, char * argv[]){
    @autoreleasepool{
        NSLog(@"Objective-C has ARC now, yeah.");
    }
    return 0;
}

另一支檔案是GNUmakefile，內容如下：
include $(GNUSTEP_MAKEFILES)/common.make

TOOL_NAME = hello
hello_OBJC_FILES = hello.m

include $(GNUSTEP_MAKEFILES)/tool.make

然後以這道指令進行編譯與連結：

$ make CC=clang

成功後，執行檔會在hello目錄的子目錄obj裡。

$ ./obj/hello.exe

應該就能看到輸出"Objective-C has ARC now, yeah."了。

恭喜你。

根據我的測試，property與fast enumeration都沒問題。ARC也可以。garbage collection與non-fragile instance variables我沒測試。

問：block呢？
答：需要開啟編譯器選項-fblocks，請修改C:\GNUstep\GNUstep\System\Library\Makefiles\common.make，尋找"INTERNAL_OBJCFLAGS = "，在後面加入"-fblocks"。

這麼一來，底下這支使用block的程式，應該就能成功編譯並執行了。
#import <Foundation/Foundation.h>

int main (int argc, char * argv[])
{
   @autoreleasepool {
      void (^print_message)(void) =
         ^(void) {
             NSLog (@"hello, block.");
          } ;
      printMessage ();
   }
   return 0;
}

問：Objective-C與iOS的學習資源？
答：請看另一篇。


參考文件：
Solarian Programmer's Clang and Objective-C on Windows。