【iOS】应用程序启动原理及UIWindow的使用

iOS应用程序（App）从开始运行到界面展示经历了哪些方法？界面是怎么显示到屏幕上的？理解了这些对我们后续的开发很有帮助。

App从启动到我们熟知的AppDelegate代理方法经历了一下几个步骤

load方法

主要讲的是控制器的load方法，App执行main函数之前会优先执行load方法。我们可以在这里交换一些控制器的生命周期及方法，经常用到的埋点基本上都是通过该方式进行处理的。

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+ (void)load {
    // 自定义处理
}

main函数

main函数在工程根目录的main.m文件中。也是程序的唯一入口函数。

int main(int argc, char * argv[]) {
    NSString * appDelegateClassName;
    @autoreleasepool {
        // Setup code that might create autoreleased objects goes here.
        appDelegateClassName = NSStringFromClass([AppDelegate class]);
    }
    return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);
}

我们看下UIApplicationMain的介绍。该函数的作用就是创建一个应用程序对象并设置代理，然后设置主事件循环。如果应用程序的Info.plist指定了一个nib作为程序主要入口，这个nib将会被加载到程序中。最后还补充到，尽管声明了返回类型，但该函数永远不会返回（这也意味着主循环是一个死循环，直到程序被杀死才会停止）。

1	UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char * _Nullable argv[_Nonnull], NSString * _Nullable principalClassName, NSString * _Nullable delegateClassName);

参数说明：

argc： argv中参数的个数，通常是main对应的参数。
argv：参数列表，通常也是main对应的参数。
principalClassName：
- UIApplication或子类名称
- 如果设置为空，将会从Info.plist中查找是否指定了该值（查找key：Main storyboard file base name）。
- 如果在Info.plist找到配置的值（即Main），就会创建一个UIWindow，把Main.storyboard中箭头指向的控制器view添加到UIWindow上；
- 如果在Info.plist没有找到，将会直接使用UIApplication，同样会创建上面描述的UIWindow。
delegateClassName：principalClassName的代理类名称，初始化principalClassName完成后代理类会被实例化（开始走AppDelegate的代理方法）。

UIWindow

UIWindow是一个特殊的UIView，一般情况下一个应用程序至少有一个UIWindow。

iOS程序启动结束后，会自动创建一个UIWindow，然后设置跟控制器，把跟控制器的View添加到这个UIWindow上，最后展示在屏幕上。UIWindow更像是一棵树的根节点，所有的子节点都从根节点或根的子节点出发。所以说如果没有UIWindow，用户就看不到任何界面。

如果设置了Main.storyboard启动，程序就会把Main.storyboard中初始化箭头指向的控制器view添加到UIWindow上。UIWindow的跟控制器就不需要我们自己设置了，系统会自动关联。

`UIWindow`为什么要设置`rootViewController`?

设置rootViewController从程序设计角度来讲会更加合理，并且能够起到解耦的效果。从内存角度看的话，就是一个强引用指针。

手动创建`UIWindow`

把Info.plist中的Main storyboard file base name对应的value值Main清空，或者直接把这行移除。

在AppDelegate加载完成的代理方法中创建UIWindow，并显示

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    // 创建UIWindow
    UIWindow *window = [[UIWindow alloc] init];
    window.backgroundColor = [UIColor blueColor];

    // 设置UIWindow的根控制器
    UIViewController *vc = [[UIViewController alloc] init];
    vc.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
    window.rootViewController = vc;

    // 让当前window成为主window并显示到屏幕上
    [window makeKeyAndVisible];

    // 强引用，否则会被释放
    self.window = window;
    
    return YES;
}

makeKeyAndVisible原理

UIApplicaton属性keyWindow指向的就是makeKeyAndVisible的最后一次调用者。

我们通过[UIApplication sharedApplication].keyWindow查看下创建的UIWindow做了哪些操作。

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    UIWindow *window = [[UIWindow alloc] init];
    UIViewController *vc = [[UIViewController alloc] init];
    window.rootViewController = vc;

    NSLog(@"window:%@", window);
    NSLog(@"before:%@", [UIApplication sharedApplication].keyWindow);
    
    [window makeKeyAndVisible];

    NSLog(@"after:%@", [UIApplication sharedApplication].keyWindow);
    
    self.window = window;
    
    return YES;
}

控制台输出：
window:<UIWindow: 0x7f9d1c506eb0; frame = (0 0; 375 667); hidden = YES; gestureRecognizers = <NSArray: 0x600002a42a90>; layer = <UIWindowLayer: 0x60000244c800>>

before:(null)

after:<UIWindow: 0x7f9d1c506eb0; frame = (0 0; 375 667); gestureRecognizers = <NSArray: 0x600002a42a90>; layer = <UIWindowLayer: 0x60000244c800>>

通过控制台输出可以看到，keyWindow和自己创建的window是同一个对象，只是调用makeKeyAndVisible之前window的hidden属性是YES，调用之后hidden属性没有了（其实就是NO）。

总结makeKeyAndVisible作用：

设置调用者window为当前应用程序的keyWindow；
显示到屏幕上；
把根控制器的view添加到自己上面。

伪代码：

// UIWindow.m
- (void)makeKeyAndVisible {
  [UIApplication sharedApplication].keyWindow = self;
  self.hidden = NO;
  [self addSubview:self.rootViewController.view];
}

不调用makeKeyAndVisible，设置window的hidden为NO时也可以显示到屏幕，只是keyWindow为空

伪代码：

// UIWindow.m
- (void)setHidden:(BOOL)hidden {
  _hidden = hidden;
  if (_hidden) {
    [self.rootViewController.view removeFromSuperview];
  } else {
    [self addSubview:self.rootViewController.view];
  }
}

注意：UIWindow的根控制器必须设置且不能给空，否则报错。iOS9之后创建的UIWindow不需要设置frame了。

多个UIWindow

系统给我们提供UIWindow的windowLevel层级有三个常量：

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UIKIT_EXTERN const UIWindowLevel UIWindowLevelNormal;
UIKIT_EXTERN const UIWindowLevel UIWindowLevelAlert;
UIKIT_EXTERN const UIWindowLevel UIWindowLevelStatusBar

windowLevel是CGFloat类型，默认值是0.0，我们可以通过他设置多个window之间的层级。

三个常量之间的层级优先级是：UIWindowLevelNormal（值：0.0） > UIWindowLevelStatusBar（值：1000.0） > UIWindowLevelAlert（值：2000.0）

UIWindowLevelNormal：创建的window默认都是这个层级；
UIWindowLevelStatusBar：状态栏的层级；
UIWindowLevelAlert：键盘、系统弹框都属于这个层级。

新建window作为状态栏背景（`UIWindowLevelNormal`）

不需要设置windowLevel，或设置windowLevel小于UIWindowLevelStatusBar即可。

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    self.window = [[UIWindow alloc] init];
    self.window.backgroundColor = [UIColor blueColor];
    UIViewController *vc = [[UIViewController alloc] init];
    vc.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
    self.window.rootViewController = vc;
    [self.window makeKeyAndVisible];
        
    UIWindow *statusBarWindow = [[UIWindow alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 0, [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, 20.0)];
    UIViewController *statusBarVC = [[UIViewController alloc] init];
    statusBarVC.view.backgroundColor = [UIColor yellowColor];
    statusBarWindow.rootViewController = statusBarVC;
    [statusBarWindow makeKeyAndVisible];
    self.statusBarWindow = statusBarWindow;
    return YES;
}

新建window覆盖状态栏（`UIWindowLevelStatusBar`）

只需设置windowLevel大于等于UIWindowLevelStatusBar即可。

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    self.window = [[UIWindow alloc] init];
    self.window.backgroundColor = [UIColor blueColor];
    UIViewController *vc = [[UIViewController alloc] init];
    vc.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
    self.window.rootViewController = vc;
    [self.window makeKeyAndVisible];
        
    UIWindow *statusBarWindow = [[UIWindow alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 0, [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, 20.0)];
    UIViewController *statusBarVC = [[UIViewController alloc] init];
    statusBarVC.view.backgroundColor = [UIColor yellowColor];
    statusBarWindow.rootViewController = statusBarVC;
    statusBarWindow.windowLevel = UIWindowLevelStatusBar;
    [statusBarWindow makeKeyAndVisible];
    self.statusBarWindow = statusBarWindow;
    return YES;
}

window覆盖（`UIWindowLevelAlert`）

只需设置windowLevel大于等于UIWindowLevelAlert即可。

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    self.window = [[UIWindow alloc] init];
    self.window.backgroundColor = [UIColor blueColor];
    UIViewController *vc = [[UIViewController alloc] init];
    vc.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
    self.window.rootViewController = vc;
    [self.window makeKeyAndVisible];
        
    UIWindow *statusBarWindow = [[UIWindow alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 0, [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, 20.0)];
    UIViewController *statusBarVC = [[UIViewController alloc] init];
    statusBarVC.view.backgroundColor = [UIColor yellowColor];
    statusBarWindow.rootViewController = statusBarVC;
    statusBarWindow.windowLevel = UIWindowLevelStatusBar;
    [statusBarWindow makeKeyAndVisible];
    self.statusBarWindow = statusBarWindow;
    
    UIWindow *alertWindow = [[UIWindow alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 10, [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, 200.0)];
    UIViewController *alertVC = [[UIViewController alloc] init];
    alertVC.view.backgroundColor = [UIColor blueColor];
    alertWindow.rootViewController = alertVC;
    alertWindow.windowLevel = UIWindowLevelAlert;
    [alertWindow makeKeyAndVisible];
    self.alertWindow = alertWindow;
    
    UIWindow *alertWindow2 = [[UIWindow alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 100, [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, 200.0)];
    UIViewController *alertVC2 = [[UIViewController alloc] init];
    alertVC2.view.backgroundColor = [UIColor greenColor];
    alertWindow2.rootViewController = alertVC2;
    alertWindow2.windowLevel = UIWindowLevelAlert;
    [alertWindow2 makeKeyAndVisible];
    self.alertWindow2 = alertWindow2;
    return YES;
}

总结：如果多个window设置了同级别，后添加的会覆盖到之前添加的上面。在实际开发中，除了首次创建的视图载体window，建议直接使用UIWindow的hidden属性，少用makeKeyAndVisible，这样可以有效避免UIApplication属性keyWindow的混乱。

load方法

main函数

UIWindow

UIWindow为什么要设置rootViewController?

手动创建UIWindow