Xcode Fundamentals

History

• 2003, original Xcode (IDE, developed by Apple)
• 2008, Xcode 3.1, integrated the iOS SDK
• 2014, Xcode 6.0, introduced the Swift language

Main Features

Summary

• Xcode is the suite of tools you use to build apps for Apple platforms
• Use Xcode to manage your entire development workflow

Code editor

• 语法高亮、智能代码完成
• 快速导航、代码折叠
• 代码重构

Simulator

• 模拟器可以在 Mac 上模拟各种 Apple 设备的运行环境，让你快速验证应用的外观和功能
• 可选择不同型号设备、不同版本OS，测试兼容性
• 丰富的调试支持，模拟定位、内存警告、网络状况等场景，帮开发者在各种环境下测试应用

Debugger

• LLDB (LLVM Debugger): 运行时设置断点暂停代码执行，逐步检查代码逻辑；允许查看当前调用栈、监视变量变化、检查对象内存
• Instruments: 性能分析工具，收集CPU、内存、GPU等指标数据，帮助找出性能瓶颈和内存泄漏等问题

Testing

• Xcode集成了测试框架和工具，方便开发者编写和执行测试用例
• Xcode支持Unit Testing和UI Testing
• Xcode 11引入Swift Testing框架
• 对UI测试，XCTest提供了XCUITest接口，能自动控制应用的 UI 进行点击、输入等操作，从而模拟用户行为来测试界面流程

Git

• Xcode会自动为项目初始化一个Git仓库，引入Git系统

Other tools

• Icon Composer
• Reality Composer
• Create ML
• Accessibility Inspector
• FileMerge

Essentials

Building

• Compile: 将源代码转化为中间目标文件
• Link: 将各个目标文件和库文件整合生成最终的可执行文件或框架
• Package/Code Sign: 将编译好的二进制文件、资源文件、配置文件等整理到应用包中，并进行代码签名等后续处理

Target

• Target就是项目中一个独立的构建单元，它告诉Xcode如何从源代码和资源生成最终的产品
• Target本质上是一套构建指令，它告诉Xcode：要构建什么、如何构建、构建的配置
• Target包括：源代码文件、资源文件、依赖关系、构建设置、Info.plist、签名和证书

Xcode IDE

Symbol

• Xcode世界里，Symbol指的是编译器为每个命名的代码元素生成的唯一标识符
• 在Swift编译后，每个符号(symbol names)都会被转化成一个唯一的链接符号(symbol)，存在目标文件和符号表中

Pattern token

• 模式标记，是预定义的通配片段，用来在“全局搜索”（Find navigator）里匹配一类字符，而不是具体文本
• 典型的token：空白符、URL、16进制数
• 可以和普通文字混用

Info.plist

• Information property list, 它是iOS/macOS应用程序的核心配置文件
• 定义了应用程序的元数据和配置信息

Remote-tracking branch

• origin/main
• 远程跟踪分支 = 你本地仓库里，专门用来记录“某个远程分支上次被你同步到本地时长什么样“的只读指针（或称快照）
• Xcode中点Fetch，远程跟踪分支更新到远程新提交；点Pull，把origin/main的变化合并/变基到你的本地main

Restore a previous commit

• First, make sure you don’t have any uncommitted changes. If you do, either discard the changes (Integrate -> Discard All Changes…) or save them to apply later by stashing them (Integrate -> Stash Changes…)
• Open the Source Control navigator
• In the Repositories, expand your repository and the Branches folder
• Select the branch that contains the commit you want to restore
• In the detail view, Control-click the desired commit and choose Switch to “[commit-hash]”
• In the confirmation dialog, click Switch. Restore success
• 在该Commit上新建分支，提交修改

Merge code changes

• Open the Source Control navigator
• In the Repositories, expand your repository and the Branches folder
• Select the branch you want to merge into, and then Control-click and choose Switch to make it the current branch
• Select the branch you want to merge from, and then Control-click and choose Merge [from branch] into [to branch]
• If there are no conflicts, Xcode complete the merge

Capabilities

• Enable services that Apple provides, such as In-App Purchase, Push Notifications, Apple Pay, iCloud and many others

  

Build system

• Compile your code into a binary format, and customize your project settings to build your code
• When you tell Xcode to build your project, the build system analyzes your files and uses your project settings to assemble the set of tasks to perform
• Xcode has hundreds of build settings to support the tools and steps associated with the build process
• To restore a setting’s original value, select it and press the Delete key

Code

Source Editor

• To open a new window tab, press command T
• To show the library, press shift command L
• Annotate your code with // MARK: -, // TODO:, // FIXME:

Swift packages

• Create reusable code, organize it in a lightweight way, and share it across Xcode projects and with other developers
• Swift packages bundle source files, binaries (预编译第三方框架/库，通常 xcframework), and resources
• package 可以是库/命令行工具/插件，但 iOS App 通常不是 package
• Xcode supports creating and publishing Swift packages
• Only add package dependencies by trustworthy authors
• Selecting the version requirement is the recommended way to add a package dependency

Interface

Asset management

• Add images, strings (本地化字符串文件), data files and other resources to your projects, and manage how you load them at runtime
• Use Assets to organize and manage resources such as images, colors, app icons.
• Use the image: (SwiftUI) let image = Image(“ImageName”)
• Use the accent color: (SwiftUI) .foregroundStyle(Color.accentColor)

Localization

• 在代码中使用国际化API，然后加入语言复数规则的支持来提高翻译的精确性

• 先告诉 Xcode：我支持哪些语言；再告诉它：每种语言要用哪些资源文件

• 把项目里的本地化内容导出成文件，发给翻译人员。他们负责把界面上用户能看到的文字翻译成目标语言，并且根据不同文化和地区习惯调整相关资源。最后导入文件并在Xcode上测试

• 先国际化代码，使其“可翻译、可适配”；再本地化，真的把内容翻译成各语言/地区版本并接入项目

  

• 正确国际化后，系统会根据语言/地区设置自动提取本地化资源

• Foundation及其它一些苹果框架，支持上述国际化

• 把你代码里“普通文字”改成通过 String(localized:)/AttributedString(localized:) 从本地化资源里取，这样系统会按用户当前语言自动显示对应翻译

  

  

• SwiftUI 里那些接收 LocalizedStringKey 的控件，直接写 “…” 会自动按本地化 key 处理

• 要用 Foundation 自带的格式化器来生成“可随语言/地区自动变化”的日期和数字字符串

  

Tuning and debugging

Debugging

• Identify and address issues in your app using the Xcode debugger, Xcode Organizer, Metal debugger, and Instruments

• 标准调试流程：连调试器→复现→在关键位置下断点→停住后看变量/调用栈→一步步缩小直到找到根因

• 找bug流程：

  

• 当 App 崩溃、抛异常、或出现运行时问题时，你想直接看 crash 的 stack trace（调用栈）去定位问题，往往会很难，因为：

  • 调用栈里显示的那一行，不一定是“根因那一行”
  • 它常常只是最后出事的地方（症状点），而真正把状态弄坏/把非法数据传进来的代码，可能在更早之前、在别的线程、或更上游的函数里

• 当某bug难下断点时，使用_symbolic breakpoint_ 或_issue breakpoint_，它们能快速定位，因为它会在“问题刚发生的那一刻”停住，你立刻能看到：（不确定断点该下哪，就让断点去抓“异常/特定函数调用”这个现象点，然后用调用栈反推到你的代码根因）

  • 调用栈（谁触发的）
  • 线程（是否并发相关）
  • 变量现场（参数是否不合法）

• Xcode调试器按钮：

  • Step Over: 用于执行当前行的代码，但不会进入当前行中调用的函数或方法内部
  • Step In: 让调试器进入当前行代码中调用的函数或方法内部，从而逐行调试该函数的执行过程
  • Step Out: 作用是退出当前函数的调试，继续执行直到当前函数返回到调用它的位置，然后在返回处暂停

Performance and metrics

• Cycle of continuous improvements:

  

• iOS watchdog timer（看门狗定时器）: iOS系统中一个监控应用响应性的机制。它主要在应用启动、挂起、恢复等关键时刻监视主线程的执行情况，如果应用在规定时间内未能及时响应或发生阻塞，系统会认为应用失去响应能力，从而强制终止该应用。这样做可以防止长时间无响应导致系统卡顿或崩溃，保证用户体验和系统稳定性。

• To thoroughly understand your app’s performance, combine information from multiple sources:

  • Xcode Organizer: 性能数据的主要来源是，用户设备在获得用户同意（共享分析/诊断）后，由系统采集的性能/诊断指标（MetricKit 等），再通过 Apple 服务器聚合后提供给开发者在 Organizer 里查看。(你的 App 需要通过 TestFlight 或 App Store 分发到真实设备使用，数据才会逐步累积并在 Organizer 出现)
  • MetricKit: Apple 提供的框架，用来让你的 App 接收系统在设备上采集的性能指标和诊断信息。接收有两种途径，一是在Organizer查看；二是在代码里订阅MetricKit
  • TestFlight: 测试者的反馈信息
  • App Store: 所有使用者的反馈信息

• 用 Instruments 给你的 App 做性能剖析（profile），并且选择一个“和你要关注的指标匹配”的模板（profiling template）

  • Hangs: Time Profiler template
  • Memory: Allocations and Leaks templates
  • Energy: Energy Log template

  You get higher-fidelity measurements by profiling on a device instead of the simulator

• You may need to make significant architectural changes to your app to improve the performance

Testing

• Develop and run tests to detect logic failures, UI problems, and performance regressions

• Test Pyramid:

  

• Performance test: 为了防止性能退化，开发者通常会在持续集成过程中引入性能测试和基准测试来监控关键代码区域，及时发现并修复潜在的性能问题

• Swift Testing：用于单元测试和集成测试

  

• XCTest：用于单元测试、集成测试、UI测试、及性能测试

  

• AAA (Arrange–Act–Assert)结构：把一个测试函数按“准备→执行→验证”分成三段，便于读、写、维护。

  • Arrange (准备): 搭建测试环境与输入，例如创建被测对象（SUT）、准备 mock/stub、设置初始数据、构造参数（Arrange 就是把舞台搭好，把不稳定/昂贵的依赖换成可控的“假实现”，让测试又快又稳定）
  • Act (执行)：做一次你要测试的动作，例如调用某个方法、触发一次事件、执行一个异步任务
  • Assert (断言)：检查结果是否符合预期，例如XCTAssertEqual、XCTAssertTrue，验证返回值、状态变化、调用次数等

• Integration test: looks very similar to unit test, use the same APIs, follow the same AAA pattern. It examines the behaviour of a larger subsystem, or combination of classes and functions

• 在集成测试的Arrange阶段，应该让更多“真实项目代码”参与测试，因此少用一些存根。因为集成测试的目的就是验证“多个模块拼在一起能不能正常协作“，所以要扩大被测范围，让真实的组件一起跑

• UI 测试用 XCTest 写，但它通过操作界面来测用户流程，而不是直接调用代码

• Performance test: XCTest runs your code multiple times, measuring the requested metrics. You can set a baseline expectation for the metric, and if the measured value is significantly worse than the baseline, XCTest reports a test failure

  

• Test Plan：更细粒度地管理“测试跑哪些、怎么跑、用什么配置”。在_Product -> Test Plan_中

• Tags（标签）是给测试用例加的“语义分类信息”

• 如果你把某些 tag 加在一个 test suite（测试套件/测试分组，比如一个测试类型/测试集合） 上，那么这个 suite 里的所有测试都会自动继承这些标签——不用每个测试函数再重复写一遍

Distribution and continuous integration

Distribution

• Prepare your app and share it with your team, beta testers, and customers

• Provide all the required information about your app (choose the settings carefully)

• 版本管理：主版本号(Major).次版本号(Minor).维护版本号(Patch)

• To distribute, first create an Archive of your app. Archive = 一次“可分发版本”的构建快照，Xcode 会把它保存成一个 .xcarchive bundle（一个目录包）。它包含：

  • .app (可执行文件 + 资源)
  • 符号/调试信息（最典型是 dSYM，用于崩溃符号化、性能分析等）
  • 一些元数据（Info、签名相关信息、BCSymbolMaps 等，视构建设置而定）

  所以它不是单纯的“Release build”，而是 Xcode 为“后续分发/符号化/上传”准备的完整产物集合。Archive 本身只是“原材料包”。当你在 Organizer 里选择 Distribute App 并选不同的分发方式时，Xcode 会把 archive 里的内容按目标分发场景重新导出/重新打包，例如：

  • 导出为 IPA（或上传到 App Store Connect/TestFlight）
  • 按你的选择做重新签名
  • 可能做 App Thinning（按设备切片）、处理符号文件随不随包走等
  • 按导出选项生成对应的结构与文件

  Archive 是“包含符号信息的构建存档”；Distribution 是“从存档里按指定渠道规则导出成最终可安装/可上传的包”

Xcode Cloud

• Automatically build, test, and distribute your apps with Xcode Cloud to verify changes and create high-quality apps

• Xcode Cloud lets you adopt Continuous Integration/Delivery (CI/CD)…It combines Xcode, TestFlight, and App Store Connect

• 持续集成/交付的传统做法是自己搭建服务器或使用第三方服务。Xcode Cloud则是苹果官方提供的云端解决方案，免去了自行搭建的麻烦

• Xcode Cloud主要通过以下方式将Xcode与云技术相结合：

  • 云端构建：Xcode Cloud会在苹果提供的云服务器上拉取你的代码仓库（GitHub等），自动执行编译与打包，减少对本地环境的依赖
  • 自动化测试：你可以配置各种测试流程（单元测试、UI测试等），Xcode Cloud会在云端模拟器或设备上运行测试并生成报告，无需本地手动执行
  • 分发管理：构建完成后，Xcode Cloud可以直接将测试包分发到TestFlight，也可为生产环境做准备
  • Xcode内部集成：你可以在Xcode的项目设置中直接配置和查看_Xcode Cloud工作流_，监控构建/测试状态

• CI/CD开发循环图：