swift4.0 学习笔记

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基础(相关概念)

1.元祖

元组(tuples)把多个值组合成一个复合值。元组内的值可以是任意类型,并不要求是相同类型

let http404Error = (404, "Not Found")
// http404Error 的类型是 (Int, String),值是 (404, "Not Found")

2.可选类型(optionals)

使用可选类型(optionals)来处理值可能缺失的情况。可选类型表示:
有值,等于 x;或者 没有值

C 和 Objective-C 中并没有可选类型这个概念。最接近的是 Objective-C 中的一个特性,一个方法要不返回一个对象要不返回nil,nil表示“缺少一个合法的对象”。然而,这只对对象起作用——对于结构体,基本的 C 类型或者枚举类型不起作用。对于这些类型,Objective-C 方法一般会返回一个特殊值(比如NSNotFound)来暗示值缺失。这种方法假设方法的调用者知道并记得对特殊值进行判断。然而,Swift 的可选类型可以让你暗示任意类型的值缺失,并不需要一个特殊值。

//1.变量声明
var surveyAnswer: String?
// surveyAnswer 被自动设置为 nil

//2.自动类型推断
let possibleNumber = "123"
let convertedNumber = Int(possibleNumber)
// convertedNumber 被推测为类型 "Int?", 或者类型 "optional Int"

//3.可选类型赋值(两种状态)
var serverResponseCode: Int? = 404
// serverResponseCode 包含一个可选的 Int 值 404
serverResponseCode = nil
// serverResponseCode 现在不包含值

if 语句以及强制解析
你可以使用 if 语句和 nil比较来判断一个可选值是否包含值。你可以使用“相等”(==)或“不等”(!=)来执行比较。如果可选类型有值,它将不等于 nil:

if convertedNumber != nil {
    print("convertedNumber contains some integer value.")
}
// 输出 "convertedNumber contains some integer value."

当你确定可选类型确实包含值之后,你可以在可选的名字后面加一个感叹号(!)来获取值。这个惊叹号表示“我知道这个可选有值,请使用它。”这被称为可选值的强制解析(forced unwrapping):

if convertedNumber != nil {
    print("convertedNumber has an integer value of \(convertedNumber!).")
}
// 输出 "convertedNumber has an integer value of 123."

可选绑定
使用可选绑定(optional binding)来判断可选类型是否包含值,如果包含就把值赋给一个临时常量或者变量。可选绑定可以用在 if 和 while 语句中,这条语句不仅可以用来判断可选类型中是否有值,同时可以将可选类型中的值赋给一个常量或者变量。

if let constantName = someOptional {
    statements
}

3.错误处理

swift是类型安全的语言,对于错误中断必须处理,而OC在这方面没有如此严格的要求

//OC不带error处理
[NSFileManager.defaultManager copyItemAtURL:[NSURL fileURLWithPath:@""] toURL:[NSURL fileURLWithPath:@""] error:nil];

//OC带error处理(非强制)
NSError *error;
[NSFileManager.defaultManager copyItemAtURL:[NSURL fileURLWithPath:@""] toURL:[NSURL fileURLWithPath:@""] error:&error];
//swift
do{
    try FileManager.default.copyItem(at: URL.init(fileURLWithPath: ""), to:URL.init(fileUrlWithPath:"")
}catch{
    //error handle
}

集合类型

1.数组(Array)

创建数组

//1.创建空数组
var someInts = [Int]()

//2.创建带有默认值或指定长度的数组
var threeDoubles = Array(repeating: 0.0, count: 3)

//3.创建一个含有数据的数组()
var shoppingList: [String] = ["Eggs", "Milk"]
var shoppingList = ["Eggs", "Milk"] 
注:两者等价,自动类型推断,类型为[String]

访问和修改数组

var shoppingList = [String][]

//1.拼接元素
shoppingList.append("egg")

//2.拼接数组
shoppingList = shoppingList + ["tomato","milk"]

//3.修改元素
shoppingList[0] = "orange juice"
shoppingList[0...2] = ["fish","noodle","pork","onion"]
注:可将其中的某几项替换成某几项(数量可不对等)

//4.插入元素
shoppingList.insert("Maple Syrup", at: 0)

//5.移除元素
shoppingList.remove(at:2)
shoppingList.removeLast()
shoppingList.removeFirst()

//6.清除所有元素
shoppingList = []

数组遍历

for item in shoppingList {
    print(item)
}

//带索引的遍历
for (index, value) in shoppingList. enumerated() {
    print("Item \(String(index + 1)): \(value)")
}

2.集合(Set)

集合创建

var letters = Set<String>()
var favoriteGenres: Set<String> = ["Rock", "Classical", "Hip hop"]
var favoriteGenres: Set = ["Rock", "Classical", "Hip hop"] //自动推断集合元素数据类型

集合赋值、遍历

favoriteGenres.insert("Jazz")
favoriteGenres.remove("Jazz")
for genre in favoriteGenres {
    print("\(genre)")
}

集合操作

  • 使用intersection(_:)方法根据两个集合中都包含的值创建的一个新的集合。
  • 使用symmetricDifference(_:)方法根据在一个集合中但不在两个集合中的值创建一个新的集合。
  • 使用union(_:)方法根据两个集合的值创建一个新的集合。
  • 使用subtracting(_:)方法根据不在该集合中的值创建一个新的集合。

[图片上传失败...(image-899197-1524110403362)]

let oddDigits: Set = [1, 3, 5, 7, 9]
let evenDigits: Set = [0, 2, 4, 6, 8]
let singleDigitPrimeNumbers: Set = [2, 3, 5, 7]

oddDigits.union(evenDigits).sorted()
// [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
oddDigits. intersection(evenDigits).sorted()
// []
oddDigits.subtracting(singleDigitPrimeNumbers).sorted()
// [1, 9]
oddDigits. symmetricDifference(singleDigitPrimeNumbers).sorted()
// [1, 2, 9]

3.字典(Dictionary)

创建字典

var namesOfIntegers = [Int: String]()
var airports: [String: String] = ["YYZ": "Toronto Pearson", "DUB": "Dublin"]
var airports = ["YYZ": "Toronto Pearson", "DUB": "Dublin"]
//类型自动推导为[String: String]

访问和修改字典

airports["LHR"] = "London" //赋值
airports["APL"] = nil //移除键值对
airports.removeValue(forKey: "DUB")//移除键值对
airports.count //字典键值对数量
airports.isEmpty //字典是否为空

注:我们也可以使用下标语法来在字典中检索特定键对应的值。因为有可能请求的键没有对应的值存在,字典的下标访问会返回对应值的类型的可选值。如果这个字典包含请求键所对应的值,下标会返回一个包含这个存在值的可选值,否则将返回nil:

//做可选判断是非常必要的
if let airportName = airports["DUB"] {
    print("The name of the airport is \(airportName).")
} else {
    print("That airport is not in the airports dictionary.")
}

字典遍历

for (airportCode, airportName) in airports {
    print("\(airportCode): \(airportName)")
}

函数

1.函数的定义与调用

函数由 func + 函数名 + 函数参数(0-n个) + 返回参数(可为Void,返回参数可为元祖) 构成

func greet(person: String) -> String {
    let greeting = "Hello, " + person + "!"
    return greeting
}

指定参数标签:你可以在参数名称前指定它的参数标签,中间以空格分隔:

func someFunction(argumentLabel parameterName: Int) {
    // 在函数体内,parameterName 代表参数值,argumentLabele为参数标签
}

忽略参数标签:如果你不希望为某个参数添加一个标签,可以使用一个下划线(_)来代替一个明确的参数标签

func someFunction(_ firstParameterName: Int, secondParameterName: Int) {
     // 在函数体内,firstParameterName 和 secondParameterName 代表参数中的第一个和第二个参数值
}
someFunction(1, secondParameterName: 2)

默认参数值:你可以在函数体中通过给参数赋值来为任意一个参数定义默认值(Deafult Value)。当默认值被定义后,调用这个函数时可以忽略这个参数

func someFunction(parameterWithoutDefault: Int, parameterWithDefault: Int = 12) {
    // 如果你在调用时候不传第二个参数,parameterWithDefault 会值为 12 传入到函数体中。
}
someFunction(parameterWithoutDefault: 3, parameterWithDefault: 6) // parameterWithDefault = 6
someFunction(parameterWithoutDefault: 4) // parameterWithDefault = 12

可变参数:一个可变参数(variadic parameter)可以接受零个或多个值。函数调用时,你可以用可变参数来指定函数参数可以被传入不确定数量的输入值。通过在变量类型名后面加入(...)的方式来定义可变参数

func arithmeticMean(_ numbers: Double...) -> Double {
    var total: Double = 0
    for number in numbers {
        total += number
    }
    return total / Double(numbers.count)
}
arithmeticMean(1, 2, 3, 4, 5)
// 返回 3.0, 是这 5 个数的平均数。
arithmeticMean(3, 8.25, 18.75)
// 返回 10.0, 是这 3 个数的平均数。

函数的使用

你可以定义一个类型为函数的常量或变量

var mathFunction: (Int, Int) -> Int = addTwoInts

函数类型作为参数类型

func printMathResult(_ mathFunction: (Int, Int) -> Int, _ a: Int, _ b: Int) {
    print("Result: \(mathFunction(a, b))")
}

函数类型作为返回类型

func stepForward(_ input: Int) -> Int {
    return input + 1
}
func stepBackward(_ input: Int) -> Int {
    return input - 1
}
func chooseStepFunction(backward: Bool) -> (Int) -> Int {
    return backward ? stepBackward : stepForward
}

闭包

闭包是自包含的函数代码块,可以在代码中被传递和使用。Swift 中的闭包与 C 和 Objective-C 中的代码块(blocks)以及其他一些编程语言中的匿名函数比较相似。
闭包可以捕获和存储其所在上下文中任意常量和变量的引用。被称为包裹常量和变量。 Swift 会为你管理在捕获过程中涉及到的所有内存操作。

尾随闭包

如果你需要将一个很长的闭包表达式作为最后一个参数传递给函数,可以使用尾随闭包来增强函数的可读性。尾随闭包是一个书写在函数括号之后的闭包表达式,函数支持将其作为最后一个参数调用。在使用尾随闭包时,你不用写出它的参数标签:

func someFunctionThatTakesAClosure(closure: () -> Void) {
    // 函数体部分
}

// 以下是不使用尾随闭包进行函数调用
someFunctionThatTakesAClosure(closure: {
    // 闭包主体部分
})

// 以下是使用尾随闭包进行函数调用
someFunctionThatTakesAClosure() {
    // 闭包主体部分
}

值捕获

闭包可以在其被定义的上下文中捕获常量或变量。即使定义这些常量和变量的原作用域已经不存在,闭包仍然可以在闭包函数体内引用和修改这些值。

Swift 中,可以捕获值的闭包的最简单形式是嵌套函数,也就是定义在其他函数的函数体内的函数。嵌套函数可以捕获其外部函数所有的参数以及定义的常量和变量。

func makeIncrementer(forIncrement amount: Int) -> () -> Int {
    var runningTotal = 0
    func incrementer() -> Int {
        runningTotal += amount
        return runningTotal
    }
    return incrementer
}

注:incrementer() 函数并没有任何参数,但是在函数体内访问了 runningTotal 和 amount 变量。这是因为它从外围函数捕获了 runningTotal 和 amount 变量的引用。捕获引用保证了 runningTotal 和 amount 变量在调用完 makeIncrementer 后不会消失,并且保证了在下一次执行 incrementer 函数时,runningTotal 依旧存在。

逃逸闭包

当一个闭包作为参数传到一个函数中,但是这个闭包在函数返回之后才被执行,我们称该闭包从函数中逃逸。当你定义接受闭包作为参数的函数时,你可以在参数名之前标注 @escaping,用来指明这个闭包是允许“逃逸”出这个函数的。

一种能使闭包“逃逸”出函数的方法是,将这个闭包保存在一个函数外部定义的变量中。举个例子,很多启动异步操作的函数接受一个闭包参数作为 completion handler。这类函数会在异步操作开始之后立刻返回,但是闭包直到异步操作结束后才会被调用。在这种情况下,闭包需要“逃逸”出函数,因为闭包需要在函数返回之后被调用。例如:

//逃逸闭包
var completionHandlers: [() -> Void] = []
func someFunctionWithEscapingClosure(completionHandler: @escaping () -> Void) {
    completionHandlers.append(completionHandler)
}
//非逃逸闭包
func someFunctionWithNonescapingClosure(closure: () -> Void) {
    closure()
}

将一个闭包标记为 @escaping 意味着你必须在闭包中显式地引用 self。比如说,在下面的代码中,传递到 someFunctionWithEscapingClosure(:) 中的闭包是一个逃逸闭包,这意味着它需要显式地引用 self。相对的,传递到 someFunctionWithNonescapingClosure(:) 中的闭包是一个非逃逸闭包,这意味着它可以隐式引用 self。

class SomeClass {
    var x = 10
    func doSomething() {
        someFunctionWithEscapingClosure { self.x = 100 }
        someFunctionWithNonescapingClosure { x = 200 }
    }
}

let instance = SomeClass()
instance.doSomething()
print(instance.x)
// 打印出 "200"

completionHandlers.first?()
print(instance.x)
// 打印出 "100"

自动闭包

自动闭包是一种自动创建的闭包,用于包装传递给函数作为参数的表达式。这种闭包不接受任何参数,当它被调用的时候,会返回被包装在其中的表达式的值。这种便利语法让你能够省略闭包的花括号,用一个普通的表达式来代替显式的闭包。

let customerProvider = { customersInLine.remove(at: 0) }
print(customersInLine.count)
// 打印出 "5"

print("Now serving \(customerProvider())!")
// Prints "Now serving Chris!"
print(customersInLine.count)
// 打印出 "4"

闭包作为函数参数:

// customersInLine is ["Alex", "Ewa", "Barry", "Daniella"]
func serve(customer customerProvider: () -> String) {
    print("Now serving \(customerProvider())!")
}
//显式闭包传参
serve(customer: { customersInLine.remove(at: 0) } )
// 打印出 "Now serving Alex!"
// customersInLine is ["Ewa", "Barry", "Daniella"]
func serve(customer customerProvider: @autoclosure () -> String) {
    print("Now serving \(customerProvider())!")
}
//自动闭包传参
serve(customer: customersInLine.remove(at: 0))
// 打印 "Now serving Ewa!"

枚举

枚举为一组相关的值定义了一个共同的类型,使你可以在你的代码中以类型安全的方式来使用这些值。

enum CompassPoint {
    case north
    case south
    case east
    case west
}
enum CompassPoint {
    case north,south,east,west
}

使用 Switch 语句匹配枚举值
你可以使用switch语句匹配单个枚举值:

directionToHead = CompassPoint.south
switch directionToHead {
    case .north:
        print("Lots of planets have a north")
    case .south:
        print("Watch out for penguins")
    case .east:
        print("Where the sun rises")
    case .west:
        print("Where the skies are blue")
}
// 打印 "Watch out for penguins”

递归枚举

递归枚举是一种枚举类型,它有一个或多个枚举成员使用该枚举类型的实例作为关联值。使用递归枚举时,编译器会插入一个间接层。你可以在枚举成员前加上indirect来表示该成员可递归。

enum ArithmeticExpression {
    case number(Int)
    indirect case addition(ArithmeticExpression, ArithmeticExpression)
    indirect case multiplication(ArithmeticExpression, ArithmeticExpression)
}

//也可以在枚举类型开头加上indirect关键字来表明它的所有成员都是可递归的:
indirect enum ArithmeticExpression {
    case number(Int)
    case addition(ArithmeticExpression, ArithmeticExpression)
    case multiplication(ArithmeticExpression, ArithmeticExpression)
}

例子:

let five = ArithmeticExpression.number(5)
let four = ArithmeticExpression.number(4)
let sum = ArithmeticExpression.addition(five, four)
let product = ArithmeticExpression.multiplication(sum, ArithmeticExpression.number(2))

属性

属性将值跟特定的类、结构或枚举关联。存储属性存储常量或变量作为实例的一部分,而计算属性计算(不是存储)一个值。计算属性可以用于类、结构体和枚举,存储属性只能用于类和结构体。

存储属性

简单来说,一个存储属性就是存储在特定类或结构体实例里的一个常量或变量。存储属性可以是变量存储属性(用关键字 var 定义),也可以是常量存储属性(用关键字 let 定义)。

struct FixedLengthRange {
    var firstValue: Int
    let length: Int
}

延迟存储属性(OC的懒加载)

延迟存储属性是指当第一次被调用的时候才会计算其初始值的属性。在属性声明前使用 lazy 来标示一个延迟存储属性。

注意:必须将延迟存储属性声明成变量(使用 var 关键字),因为属性的初始值可能在实例构造完成之后才会得到。而常量属性在构造过程完成之前必须要有初始值,因此无法声明成延迟属性。

延迟属性很有用,当属性的值依赖于在实例的构造过程结束后才会知道影响值的外部因素时,或者当获得属性的初始值需要复杂或大量计算时,可以只在需要的时候计算它。

class DataImporter {
    /*
    DataImporter 是一个负责将外部文件中的数据导入的类。
    这个类的初始化会消耗不少时间。
    */
    var fileName = "data.txt"
    // 这里会提供数据导入功能
}

class DataManager {
    lazy var importer = DataImporter()
    var data = [String]()
    // 这里会提供数据管理功能
}

计算属性

除存储属性外,类、结构体和枚举可以定义计算属性。计算属性不直接存储值,而是提供一个 getter 和一个可选的 setter,来间接获取和设置其他属性或变量的值。

struct Rect {
    var origin = Point()
    var size = Size()
    var center: Point {
        get {
            let centerX = origin.x + (size.width / 2)
            let centerY = origin.y + (size.height / 2)
            return Point(x: centerX, y: centerY)
        }
        set(newCenter) {
            origin.x = newCenter.x - (size.width / 2)
            origin.y = newCenter.y - (size.height / 2)
        }
    }
}

只读计算属性

只有 getter 没有 setter 的计算属性就是只读计算属性。只读计算属性总是返回一个值,可以通过点运算符访问,但不能设置新的值。

struct Cuboid {
    var width = 0.0, height = 0.0, depth = 0.0
    var volume: Double {
        return width * height * depth
    }
}

属性观察器

属性观察器监控和响应属性值的变化,每次属性被设置值的时候都会调用属性观察器,即使新值和当前值相同的时候也不例外。

可以为除了延迟存储属性之外的其他存储属性添加属性观察器,也可以通过重写属性的方式为继承的属性(包括存储属性和计算属性)添加属性观察器。你不必为非重写的计算属性添加属性观察器,因为可以通过它的 setter 直接监控和响应值的变化。

  • willSet 在新的值被设置之前调用
  • didSet 在新的值被设置之后立即调用
 class StepCounter {
    var totalSteps: Int = 0 {
        willSet(newTotalSteps) {
            print("About to set totalSteps to \(newTotalSteps)")
        }
        didSet {
            if totalSteps > oldValue  {
                print("Added \(totalSteps - oldValue) steps")
            }
        }
    }
}

类型属性

实例属性属于一个特定类型的实例,每创建一个实例,实例都拥有属于自己的一套属性值,实例之间的属性相互独立。

也可以为类型本身定义属性,无论创建了多少个该类型的实例,这些属性都只有唯一一份。这种属性就是类型属性。

类型属性用于定义某个类型所有实例共享的数据,比如所有实例都能用的一个常量(就像 C 语言中的静态常量),或者所有实例都能访问的一个变量(就像 C 语言中的静态变量)。

存储型类型属性可以是变量或常量,计算型类型属性跟实例的计算型属性一样只能定义成变量属性。

方法

实例方法 (Instance Methods)

实例方法是属于某个特定类、结构体或者枚举类型实例的方法。实例方法提供访问和修改实例属性的方法或提供与实例目的相关的功能,并以此来支撑实例的功能。

class Counter {
    var count = 0
    func increment() {
        count += 1
    }

类型方法

实例方法是被某个类型的实例调用的方法。你也可以定义在类型本身上调用的方法,这种方法就叫做类型方法。在方法的func关键字之前加上关键字static,来指定类型方法。类还可以用关键字class来允许子类重写父类的方法实现。

class SomeClass {
    class func someTypeMethod() {
        // 在这里实现类型方法
    }
}
SomeClass.someTypeMethod()

继承

一个类可以继承另一个类的方法,属性和其它特性。当一个类继承其它类时,继承类叫子类,被继承类叫超类(或父类)。在 Swift 中,继承是区分「类」与其它类型的一个基本特征。

在 Swift 中,类可以调用和访问超类的方法、属性和下标,并且可以重写这些方法,属性和下标来优化或修改它们的行为。Swift 会检查你的重写定义在超类中是否有匹配的定义,以此确保你的重写行为是正确的。

可以为类中继承来的属性添加属性观察器,这样一来,当属性值改变时,类就会被通知到。可以为任何属性添加属性观察器,无论它原本被定义为存储型属性还是计算型属性。

子类

class SomeClass: SomeSuperclass {
    // 这里是子类的定义
}
class Bicycle: Vehicle {
    var hasBasket = false
}

重写

子类可以为继承来的实例方法,类方法,实例属性,或下标提供自己定制的实现。我们把这种行为叫重写。

如果要重写某个特性,你需要在重写定义的前面加上override关键字。这么做,你就表明了你是想提供一个重写版本,而非错误地提供了一个相同的定义。意外的重写行为可能会导致不可预知的错误,任何缺少override关键字的重写都会在编译时被诊断为错误。

override关键字会提醒 Swift 编译器去检查该类的超类(或其中一个父类)是否有匹配重写版本的声明。这个检查可以确保你的重写定义是正确的。

访问超类的方法,属性及下标

当你在子类中重写超类的方法,属性或下标时,有时在你的重写版本中使用已经存在的超类实现会大有裨益。比如,你可以完善已有实现的行为,或在一个继承来的变量中存储一个修改过的值。

在合适的地方,你可以通过使用super前缀来访问超类版本的方法,属性或下标:

  • 在方法someMethod()的重写实现中,可以通过super.someMethod()来调用超类版本的someMethod()方法。
  • 在属性someProperty的 getter 或 setter 的重写实现中,可以通过super.someProperty来访问超类版本的someProperty属性。
  • 在下标的重写实现中,可以通过super[someIndex]来访问超类版本中的相同下标。

重写方法

在子类中,你可以重写继承来的实例方法或类方法,提供一个定制或替代的方法实现。

class Train: Vehicle {
    override func makeNoise() {
        print("Choo Choo")
    }
}

重写属性

你可以重写继承来的实例属性或类型属性,提供自己定制的 getter 和 setter,或添加属性观察器使重写的属性可以观察属性值什么时候发生改变。

重写属性的 Getters 和 Setters

你可以提供定制的 getter(或 setter)来重写任意继承来的属性,无论继承来的属性是存储型的还是计算型的属性。子类并不知道继承来的属性是存储型的还是计算型的,它只知道继承来的属性会有一个名字和类型。你在重写一个属性时,必需将它的名字和类型都写出来。这样才能使编译器去检查你重写的属性是与超类中同名同类型的属性相匹配的。

你可以将一个继承来的只读属性重写为一个读写属性,只需要在重写版本的属性里提供 getter 和 setter 即可。但是,你不可以将一个继承来的读写属性重写为一个只读属性。

注意 如果你在重写属性中提供了 setter,那么你也一定要提供 getter。如果你不想在重写版本中的 getter 里修改继承来的属性值,你可以直接通过super.someProperty来返回继承来的值,其中someProperty是你要重写的属性的名字。

class Car: Vehicle {
    var gear = 1
    override var description: String {
        return super.description + " in gear \(gear)"
    }
}

重写属性观察器

你可以通过重写属性为一个继承来的属性添加属性观察器。这样一来,当继承来的属性值发生改变时,你就会被通知到,无论那个属性原本是如何实现的。关于属性观察器的更多内容,请看属性观察器。

注意 你不可以为继承来的常量存储型属性或继承来的只读计算型属性添加属性观察器。这些属性的值是不可以被设置的,所以,为它们提供willSet或didSet实现是不恰当。 此外还要注意,你不可以同时提供重写的 setter 和重写的属性观察器。如果你想观察属性值的变化,并且你已经为那个属性提供了定制的 setter,那么你在 setter 中就可以观察到任何值变化了。

class AutomaticCar: Car {
    override var currentSpeed: Double {
        didSet {
            gear = Int(currentSpeed / 10.0) + 1
        }
    }
}

防止重写

你可以通过把方法,属性或下标标记为final来防止它们被重写,只需要在声明关键字前加上final修饰符即可(例如:final var,final func,final class func,以及final subscript)。

如果你重写了带有final标记的方法、属性或下标,在编译时会报错。在类扩展中的方法,属性或下标也可以在扩展的定义里标记为 final 的。

你可以通过在关键字class前添加final修饰符(final class)来将整个类标记为 final 的。这样的类是不可被继承的,试图继承这样的类会导致编译报错。

构造过程

你可以在构造器中为存储型属性赋初值,也可以在定义属性时为其设置默认值。

构造过程是使用类、结构体或枚举类型的实例之前的准备过程。在新实例可用前必须执行这个过程,具体操作包括设置实例中每个存储型属性的初始值和执行其他必须的设置或初始化工作。

通过定义构造器来实现构造过程,就像用来创建特定类型新实例的特殊方法。与 Objective-C 中的构造器不同,Swift 的构造器无需返回值,它们的主要任务是保证新实例在第一次使用前完成正确的初始化。

注:类和结构体在创建实例时,必须为所有存储型属性设置合适的初始值。存储型属性的值不能处于一个未知的状态。
你可以在构造器中为存储型属性赋初值,也可以在定义属性时为其设置默认值。

构造参数

自定义构造过程时,可以在定义中提供构造参数,指定参数值的类型和名字。构造参数的功能和语法跟函数和方法的参数相同。

struct Celsius {
    var temperatureInCelsius: Double
    init(fromFahrenheit fahrenheit: Double) {
        temperatureInCelsius = (fahrenheit - 32.0) / 1.8
    }
    init(fromKelvin kelvin: Double) {
        temperatureInCelsius = kelvin - 273.15
    }
    //不带外部名的构造器参数
    init(_ celsius: Double){
        temperatureInCelsius = celsius
    }
}

可选属性类型

如果你定制的类型包含一个逻辑上允许取值为空的存储型属性——无论是因为它无法在初始化时赋值,还是因为它在之后某个时间点可以赋值为空——你都需要将它定义为可选类型。可选类型的属性将自动初始化为 nil,表示这个属性是有意在初始化时设置为空的。

class SurveyQuestion {
    var text: String
    var response: String?
    init(text: String) {
        self.text = text
    }
}

默认构造器

如果结构体或类的所有属性都有默认值,同时没有自定义的构造器,那么 Swift 会给这些结构体或类提供一个默认构造器(default initializers)。这个默认构造器将简单地创建一个所有属性值都设置为默认值的实例。

class ShoppingListItem {
    var name: String?
    var quantity = 1
    var purchased = false
}
var item = ShoppingListItem()

结构体的逐一成员构造器:除了上面提到的默认构造器,如果结构体没有提供自定义的构造器,它们将自动获得一个逐一成员构造器,即使结构体的存储型属性没有默认值。
逐一成员构造器是用来初始化结构体新实例里成员属性的快捷方法。我们在调用逐一成员构造器时,通过与成员属性名相同的参数名进行传值来完成对成员属性的初始赋值。

struct Size {
    var width = 0.0, height = 0.0
}
let twoByTwo = Size(width: 2.0, height: 2.0)

指定构造器和便利构造器

类里面的所有存储型属性——包括所有继承自父类的属性——都必须在构造过程中设置初始值Swift 为类类型提供了两种构造器来确保实例中所有存储型属性都能获得初始值,它们分别是指定构造器和便利构造器。

指定构造器是类中最主要的构造器。一个指定构造器将初始化类中提供的所有属性,并根据父类链往上调用父类合适的构造器来实现父类的初始化。

类倾向于拥有少量指定构造器,普遍的是一个类拥有一个指定构造器。指定构造器在初始化的地方通过“管道”将初始化过程持续到父类链。

每一个类都必须至少拥有一个指定构造器。在某些情况下,许多类通过继承了父类中的指定构造器而满足了这个条件。具体内容请参考后续章节构造器的自动继承。

便利构造器是类中比较次要的、辅助型的构造器。你可以定义便利构造器来调用同一个类中的指定构造器,并为其参数提供默认值。你也可以定义便利构造器来创建一个特殊用途或特定输入值的实例。

你应当只在必要的时候为类提供便利构造器,比方说某种情况下通过使用便利构造器来快捷调用某个指定构造器,能够节省更多开发时间并让类的构造过程更清晰明了。

类的构造器代理规则

为了简化指定构造器和便利构造器之间的调用关系,Swift 采用以下三条规则来限制构造器之间的代理调用:

  • 指定构造器必须调用其直接父类的的指定构造器。
  • 便利构造器必须调用同类中定义的其它构造器。
  • 便利构造器最后必须调用指定构造器。

一个更方便记忆的方法是:

  • 指定构造器必须总是向上代理
  • 便利构造器必须总是横向代理

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如图所示,父类中包含一个指定构造器和两个便利构造器。其中一个便利构造器调用了另外一个便利构造器,而后者又调用了唯一的指定构造器。这满足了上面提到的规则 2 和 3。这个父类没有自己的父类,所以规则 1 没有用到。

子类中包含两个指定构造器和一个便利构造器。便利构造器必须调用两个指定构造器中的任意一个,因为它只能调用同一个类里的其他构造器。这满足了上面提到的规则 2 和 3。而两个指定构造器必须调用父类中唯一的指定构造器,这满足了规则 1。

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两段式构造过程

Swift 中类的构造过程包含两个阶段。第一个阶段,类中的每个存储型属性赋一个初始值。当每个存储型属性的初始值被赋值后,第二阶段开始,它给每个类一次机会,在新实例准备使用之前进一步定制它们的存储型属性。

两段式构造过程的使用让构造过程更安全,同时在整个类层级结构中给予了每个类完全的灵活性。两段式构造过程可以防止属性值在初始化之前被访问,也可以防止属性被另外一个构造器意外地赋予不同的值。

Swift 编译器将执行 4 种有效的安全检查,以确保两段式构造过程不出错地完成:

  • 安全检查 1

指定构造器必须保证它所在类的所有属性都必须先初始化完成,之后才能将其它构造任务向上代理给父类中的构造器。

如上所述,一个对象的内存只有在其所有存储型属性确定之后才能完全初始化。为了满足这一规则,指定构造器必须保证它所在类的属性在它往上代理之前先完成初始化。

  • 安全检查 2

指定构造器必须在为继承的属性设置新值之前向上代理调用父类构造器,如果没这么做,指定构造器赋予的新值将被父类中的构造器所覆盖。

  • 安全检查 3

便利构造器必须为任意属性(包括同类中定义的)赋新值之前代理调用同一类中的其它构造器,如果没这么做,便利构造器赋予的新值将被同一类中其它指定构造器所覆盖。

  • 安全检查 4

构造器在第一阶段构造完成之前,不能调用任何实例方法,不能读取任何实例属性的值,不能引用self作为一个值。
类实例在第一阶段结束以前并不是完全有效的。只有第一阶段完成后,该实例才会成为有效实例,才能访问属性和调用方法。

构造器的继承和重写

跟 Objective-C 中的子类不同,Swift 中的子类默认情况下不会继承父类的构造器。Swift 的这种机制可以防止一个父类的简单构造器被一个更精细的子类继承,并被错误地用来创建子类的实例。

假如你希望自定义的子类中能提供一个或多个跟父类相同的构造器,你可以在子类中提供这些构造器的自定义实现。

当你在编写一个和父类中指定构造器相匹配的子类构造器时,你实际上是在重写父类的这个指定构造器。因此,你必须在定义子类构造器时带上 override 修饰符。即使你重写的是系统自动提供的默认构造器,也需要带上 override 修饰符。

正如重写属性,方法或者是下标,override 修饰符会让编译器去检查父类中是否有相匹配的指定构造器,并验证构造器参数是否正确。

构造器的自动继承

如上所述,子类在默认情况下不会继承父类的构造器。但是如果满足特定条件,父类构造器是可以被自动继承的。事实上,这意味着对于许多常见场景你不必重写父类的构造器,并且可以在安全的情况下以最小的代价继承父类的构造器。

假设你为子类中引入的所有新属性都提供了默认值,以下 2 个规则适用:

  • 规则 1

如果子类没有定义任何指定构造器,它将自动继承父类所有的指定构造器。

  • 规则 2

如果子类提供了所有父类指定构造器的实现——无论是通过规则 1 继承过来的,还是提供了自定义实现(例如:类本身的便利构造器和父类的指定构造器重名)——它将自动继承父类所有的便利构造器。

即使你在子类中添加了更多的便利构造器,这两条规则仍然适用。

class Food {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    convenience init() {
        self.init(name: "[Unnamed]")
    }
}

class RecipeIngredient: Food {
    var quantity: Int
    init(name: String, quantity: Int) {
        self.quantity = quantity
        super.init(name: name)
    }
    override convenience init(name: String) {
        self.init(name: name, quantity: 1)
    }
}

class ShoppingListItem: RecipeIngredient {
    var purchased = false
    var description: String {
        var output = "\(quantity) x \(name)"
        output += purchased ? " ✔" : " ✘"
        return output
    }
}

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可失败构造器

如果一个类、结构体或枚举类型的对象,在构造过程中有可能失败,则为其定义一个可失败构造器是很有用的。这里所指的“失败” 指的是,如给构造器传入无效的参数值,或缺少某种所需的外部资源,又或是不满足某种必要的条件等。

为了妥善处理这种构造过程中可能会失败的情况。你可以在一个类,结构体或是枚举类型的定义中,添加一个或多个可失败构造器。其语法为在 init 关键字后面添加问号 (init?)。

可失败构造器会创建一个类型为自身类型的可选类型的对象。你通过 return nil 语句来表明可失败构造器在何种情况下应该 “失败”。

struct Animal {
    let species: String
    init?(species: String) {
        if species.isEmpty { 
            return nil
        }
        self.species = species
    }
}

let someCreature = Animal(species: "Giraffe")
// someCreature 的类型是 Animal? 而不是 Animal

枚举类型的可失败构造器

你可以通过一个带一个或多个参数的可失败构造器来获取枚举类型中特定的枚举成员。如果提供的参数无法匹配任何枚举成员,则构造失败。

enum TemperatureUnit {
    case Kelvin, Celsius, Fahrenheit
    init?(symbol: Character) {
        switch symbol {
        case "K":
            self = .Kelvin
        case "C":
            self = .Celsius
        case "F":
            self = .Fahrenheit
        default:
            return nil
        }
    }
}

带原始值的枚举类型的可失败构造器

带原始值的枚举类型会自带一个可失败构造器 init?(rawValue:),该可失败构造器有一个名为 rawValue 的参数,其类型和枚举类型的原始值类型一致,如果该参数的值能够和某个枚举成员的原始值匹配,则该构造器会构造相应的枚举成员,否则构造失败。

enum TemperatureUnit: Character {
    case Kelvin = "K", Celsius = "C", Fahrenheit = "F"
}

let fahrenheitUnit = TemperatureUnit(rawValue: "F")
if fahrenheitUnit != nil {
    print("This is a defined temperature unit, so initialization succeeded.")
}

构造失败的传递

类,结构体,枚举的可失败构造器可以横向代理到同类型中的其他可失败构造器。类似的,子类的可失败构造器也能向上代理到父类的可失败构造器。

无论是向上代理还是横向代理,如果你代理到的其他可失败构造器触发构造失败,整个构造过程将立即终止,接下来的任何构造代码不会再被执行。

class Product {
    let name: String
    init?(name: String) {
        if name.isEmpty { return nil }
        self.name = name
    }
}

class CartItem: Product {
    let quantity: Int
    init?(name: String, quantity: Int) {
        if quantity < 1 { return nil }
        self.quantity = quantity
        super.init(name: name)
    }
}

必要构造器

在类的构造器前添加 required 修饰符表明所有该类的子类都必须实现该构造器:

class SomeClass {
    required init() {
        // 构造器的实现代码
    }
}

在子类重写父类的必要构造器时,必须在子类的构造器前也添加 required 修饰符,表明该构造器要求也应用于继承链后面的子类。在重写父类中必要的指定构造器时,不需要添加 override 修饰符:

class SomeSubclass: SomeClass {
    required init() {
        // 构造器的实现代码
    }
}

通过闭包或函数设置属性的默认值

如果某个存储型属性的默认值需要一些定制或设置,你可以使用闭包或全局函数为其提供定制的默认值。每当某个属性所在类型的新实例被创建时,对应的闭包或函数会被调用,而它们的返回值会当做默认值赋值给这个属性。

这种类型的闭包或函数通常会创建一个跟属性类型相同的临时变量,然后修改它的值以满足预期的初始状态,最后返回这个临时变量,作为属性的默认值。

class SomeClass {
    let someProperty: SomeType = {
        // 在这个闭包中给 someProperty 创建一个默认值
        // someValue 必须和 SomeType 类型相同
        return someValue
    }()
}

相对于计算属性每次返回相同一样的值,闭包只是一次性赋值,后续可更改

可选链式调用

可选链式调用是一种可以在当前值可能为nil的可选值上请求和调用属性、方法及下标的方法。如果可选值有值,那么调用就会成功;如果可选值是nil,那么调用将返回nil。多个调用可以连接在一起形成一个调用链,如果其中任何一个节点为nil,整个调用链都会失败,即返回nil。

Swift 的可选链式调用和 Objective-C 中向nil发送消息有些相像,但是 Swift 的可选链式调用可以应用于任意类型,并且能检查调用是否成功。

使用可选链式调用代替强制展开

通过在想调用的属性、方法、或下标的可选值后面放一个问号(?),可以定义一个可选链。这一点很像在可选值后面放一个叹号(!)来强制展开它的值。它们的主要区别在于当可选值为空时可选链式调用只会调用失败,然而强制展开将会触发运行时错误。

可选链式调用的返回结果与原本的返回结果具有相同的类型,但是被包装成了一个可选值。例如,使用可选链式调用访问属性,当可选链式调用成功时,如果属性原本的返回结果是Int类型,则会变为Int?类型。

  • 通过可选链式调用访问属性
    正如使用可选链式调用代替强制展开中所述,可以通过可选链式调用在一个可选值上访问它的属性,并判断访问是否成功。

  • 通过可选链式调用调用方法
    可以通过可选链式调用来调用方法,并判断是否调用成功,即使这个方法没有返回值。

func printNumberOfRooms() {
    print("The number of rooms is \(numberOfRooms)")
}

这个方法没有返回值。然而,没有返回值的方法具有隐式的返回类型Void,如无返回值函数中所述。这意味着没有返回值的方法也会返回(),或者说空的元组。

如果在可选值上通过可选链式调用来调用这个方法,该方法的返回类型会是Void?,而不是Void,因为通过可选链式调用得到的返回值都是可选的。这样我们就可以使用if语句来判断能否成功调用printNumberOfRooms()方法,即使方法本身没有定义返回值。通过判断返回值是否为nil可以判断调用是否成功:

  • 通过可选链式调用访问下标
    通过可选链式调用,我们可以在一个可选值上访问下标,并且判断下标调用是否成功。

连接多层可选链式调用
可以通过连接多个可选链式调用在更深的模型层级中访问属性、方法以及下标。然而,多层可选链式调用不会增加返回值的可选层级。

也就是说:

  • 如果你访问的值不是可选的,可选链式调用将会返回可选值。
  • 如果你访问的值就是可选的,可选链式调用不会让可选返回值变得“更可选”。
    因此:
  • 通过可选链式调用访问一个Int值,将会返回Int?,无论使用了多少层可选链式调用。
  • 类似的,通过可选链式调用访问Int?值,依旧会返回Int?值,并不会返回Int??。

在方法的可选返回值上进行可选链式调用
我们可以在一个可选值上通过可选链式调用来调用方法,并且可以根据需要继续在方法的可选返回值上进行可选链式调用

if let beginsWithThe =
    john.residence?.address?.buildingIdentifier()?.hasPrefix("The") {
        if beginsWithThe {
            print("John's building identifier begins with \"The\".")
        } else {
            print("John's building identifier does not begin with \"The\".")
        }
}
// 打印 “John's building identifier begins with "The".”

错误处理

错误处理(Error handling)是响应错误以及从错误中恢复的过程。Swift 提供了在运行时对可恢复错误的抛出、捕获、传递和操作的一等公民支持。

表示并抛出错误

在 Swift 中,错误用符合Error协议的类型的值来表示。这个空协议表明该类型可以用于错误处理。

Swift 的枚举类型尤为适合构建一组相关的错误状态,枚举的关联值还可以提供错误状态的额外信息。例如,你可以这样表示在一个游戏中操作自动贩卖机时可能会出现的错误状态:

enum VendingMachineError: Error {
    case invalidSelection                    //选择无效
    case insufficientFunds(coinsNeeded: Int) //金额不足
    case outOfStock                          //缺货
}

抛出一个错误可以让你表明有意外情况发生,导致正常的执行流程无法继续执行。抛出错误使用throw关键字。例如,下面的代码抛出一个错误,提示贩卖机还需要5个硬币:

throw VendingMachineError. insufficientFunds(coinsNeeded: 5)

用 throwing 函数传递错误

为了表示一个函数、方法或构造器可以抛出错误,在函数声明的参数列表之后加上throws关键字。一个标有throws关键字的函数被称作throwing 函数。如果这个函数指明了返回值类型,throws关键词需要写在箭头(->)的前面。

func canThrowErrors() throws -> String
func cannotThrowErrors() -> String

用 Do-Catch 处理错误

可以使用一个do-catch语句运行一段闭包代码来处理错误。如果在do子句中的代码抛出了一个错误,这个错误会与catch子句做匹配,从而决定哪条子句能处理它。

do {
    try expression
    statements
} catch pattern 1 {
    statements
} catch pattern 2 where condition {
    statements
}

指定清理操作

可以使用defer语句在即将离开当前代码块时执行一系列语句。该语句让你能执行一些必要的清理工作,不管是以何种方式离开当前代码块的——无论是由于抛出错误而离开,或是由于诸如return、break的语句。例如,你可以用defer语句来确保文件描述符得以关闭,以及手动分配的内存得以释放。

defer语句将代码的执行延迟到当前的作用域退出之前。该语句由defer关键字和要被延迟执行的语句组成。延迟执行的语句不能包含任何控制转移语句,例如break、return语句,或是抛出一个错误。延迟执行的操作会按照它们声明的顺序从后往前执行——也就是说,第一条defer语句中的代码最后才执行,第二条defer语句中的代码倒数第二个执行,以此类推。最后一条语句会第一个执行

func processFile(filename: String) throws {
    if exists(filename) {
        let file = open(filename)
        defer {
            close(file)
        }
        while let line = try file.readline() {
            // 处理文件。
        }
        // close(file) 会在这里被调用,即作用域的最后。
    }
}

类型转换

类型转换 可以判断实例的类型,也可以将实例看做是其父类或者子类的实例。

类型转换在 Swift 中使用 is 和 as 操作符实现。这两个操作符提供了一种简单达意的方式去检查值的类型或者转换它的类型。

检查类型

用类型检查操作符(is)来检查一个实例是否属于特定子类型。若实例属于那个子类型,类型检查操作符返回 true,否则返回 false。

var movieCount = 0
var songCount = 0

for item in library {
    if item is Movie {
        movieCount += 1
    } else if item is Song {
        songCount += 1
    }
}

print("Media library contains \(movieCount) movies and \(songCount) songs")
// 打印 “Media library contains 2 movies and 3 songs”

向下转型

某类型的一个常量或变量可能在幕后实际上属于一个子类。当确定是这种情况时,你可以尝试向下转到它的子类型,用类型转换操作符(as? 或 as!)。

因为向下转型可能会失败,类型转型操作符带有两种不同形式。条件形式as? 返回一个你试图向下转成的类型的可选值。强制形式 as! 把试图向下转型和强制解包转换结果结合为一个操作。

当你不确定向下转型可以成功时,用类型转换的条件形式(as?)。条件形式的类型转换总是返回一个可选值,并且若下转是不可能的,可选值将是 nil。这使你能够检查向下转型是否成功。

只有你可以确定向下转型一定会成功时,才使用强制形式(as!)。当你试图向下转型为一个不正确的类型时,强制形式的类型转换会触发一个运行时错误

for item in library {
    if let movie = item as? Movie {
        print("Movie: '\(movie.name)', dir. \(movie.director)")
    } else if let song = item as? Song {
        print("Song: '\(song.name)', by \(song.artist)")
    }
}

// Movie: 'Casablanca', dir. Michael Curtiz
// Song: 'Blue Suede Shoes', by Elvis Presley
// Movie: 'Citizen Kane', dir. Orson Welles
// Song: 'The One And Only', by Chesney Hawkes
// Song: 'Never Gonna Give You Up', by Rick Astley

Any 和 AnyObject 的类型转换

var things = [Any]()

things.append(0)
things.append(0.0)
things.append(42)
things.append(3.14159)
things.append("hello")
things.append((3.0, 5.0))
things.append(Movie(name: "Ghostbusters", director: "Ivan Reitman"))
things.append({ (name: String) -> String in "Hello, \(name)" })

things 数组包含两个 Int 值,两个 Double 值,一个 String 值,一个元组 (Double, Double),一个Movie实例“Ghostbusters”,以及一个接受 String 值并返回另一个 String 值的闭包表达式。

你可以在 switch 表达式的 case 中使用 is 和 as 操作符来找出只知道是 Any 或 AnyObject 类型的常量或变量的具体类型。下面的示例迭代 things 数组中的每一项,并用 switch 语句查找每一项的类型。有几个 switch 语句的 case 绑定它们匹配到的值到一个指定类型的常量,从而可以打印这些值:

for thing in things {
    switch thing {
    case 0 as Int:
        print("zero as an Int")
    case 0 as Double:
        print("zero as a Double")
    case let someInt as Int:
        print("an integer value of \(someInt)")
    case let someDouble as Double where someDouble > 0:
        print("a positive double value of \(someDouble)")
    case is Double:
        print("some other double value that I don't want to print")
    case let someString as String:
        print("a string value of \"\(someString)\"")
    case let (x, y) as (Double, Double):
        print("an (x, y) point at \(x), \(y)")
    case let movie as Movie:
        print("a movie called '\(movie.name)', dir. \(movie.director)")
    case let stringConverter as String -> String:
        print(stringConverter("Michael"))
    default:
        print("something else")
    }
}

// zero as an Int
// zero as a Double
// an integer value of 42
// a positive double value of 3.14159
// a string value of "hello"
// an (x, y) point at 3.0, 5.0
// a movie called 'Ghostbusters', dir. Ivan Reitman
// Hello, Michael

扩展(Extensions)

扩展 就是为一个已有的类、结构体、枚举类型或者协议类型添加新功能。这包括在没有权限获取原始源代码的情况下扩展类型的能力(即 逆向建模 )。扩展和 Objective-C 中的分类类似。(与 Objective-C 不同的是,Swift 的扩展没有名字。)

Swift 中的扩展可以:

  • 添加计算型属性和计算型类型属性
  • 定义实例方法和类型方法
  • 提供新的构造器
  • 定义下标
  • 定义和使用新的嵌套类型
  • 使一个已有类型符合某个协议

扩展语法

使用关键字 extension 来声明扩展:

extension SomeType {
    // 为 SomeType 添加的新功能写到这里
}

extension SomeType: SomeProtocol, AnotherProctocol {
    // 协议实现写到这里
}

可变实例方法

通过扩展添加的实例方法也可以修改该实例本身。结构体和枚举类型中修改 self 或其属性的方法必须将该实例方法标注为 mutating,正如来自原始实现的可变方法一样。

extension Int {
    mutating func square() {
        self = self * self
    }
}
var someInt = 3
someInt.square()
// someInt 的值现在是 9

协议

协议 定义了一个蓝图,规定了用来实现某一特定任务或者功能的方法、属性,以及其他需要的东西。类、结构体或枚举都可以遵循协议,并为协议定义的这些要求提供具体实现。某个类型能够满足某个协议的要求,就可以说该类型遵循这个协议。

协议语法

协议的定义方式与类、结构体和枚举的定义非常相似:

protocol SomeProtocol {
    // 这里是协议的定义部分
}
struct SomeStructure: FirstProtocol, AnotherProtocol {
    // 这里是结构体的定义部分
}

拥有父类的类在遵循协议时,应该将父类名放在协议名之前,以逗号分隔:

class SomeClass: SomeSuperClass, FirstProtocol, AnotherProtocol {
    // 这里是类的定义部分
}

属性要求

协议可以要求遵循协议的类型提供特定名称和类型的实例属性或类型属性。协议不指定属性是存储型属性还是计算型属性,它只指定属性的名称和类型。此外,协议还指定属性是可读的还是可读可写的。

如果协议要求属性是可读可写的,那么该属性不能是常量属性或只读的计算型属性。如果协议只要求属性是可读的,那么该属性不仅可以是可读的,如果代码需要的话,还可以是可写的。

协议总是用 var 关键字来声明变量属性,在类型声明后加上 { set get } 来表示属性是可读可写的,可读属性则用 { get } 来表示:

protocol SomeProtocol {
    var mustBeSettable: Int { get set }
    var doesNotNeedToBeSettable: Int { get }
}

在协议中定义类型属性时,总是使用 static 关键字作为前缀。当类类型遵循协议时,除了 static 关键字,还可以使用 class 关键字来声明类型属性:

protocol AnotherProtocol {
    static var someTypeProperty: Int { get set }
}

方法要求

协议可以要求遵循协议的类型实现某些指定的实例方法或类方法。这些方法作为协议的一部分,像普通方法一样放在协议的定义中,但是不需要大括号和方法体。可以在协议中定义具有可变参数的方法,和普通方法的定义方式相同。但是,不支持为协议中的方法的参数提供默认值。

正如属性要求中所述,在协议中定义类方法的时候,总是使用 static 关键字作为前缀。当类类型遵循协议时,除了 static 关键字,还可以使用 class 关键字作为前缀:

protocol SomeProtocol {
    static func someTypeMethod()
}

实例方法:

protocol RandomNumberGenerator {
    func random() -> Double
}

Mutating 方法要求

有时需要在方法中改变方法所属的实例。例如,在值类型(即结构体和枚举)的实例方法中,将 mutating 关键字作为方法的前缀,写在 func 关键字之前,表示可以在该方法中修改它所属的实例以及实例的任意属性的值。这一过程在在实例方法中修改值类型章节中有详细描述。

如果你在协议中定义了一个实例方法,该方法会改变遵循该协议的类型的实例,那么在定义协议时需要在方法前加 mutating 关键字。这使得结构体和枚举能够遵循此协议并满足此方法要求。

enum OnOffSwitch: Togglable {
    case off, on
    mutating func toggle() {
        switch self {
        case .off:
            self = .on
        case .on:
            self = .off
        }
    }
}

构造器要求

协议可以要求遵循协议的类型实现指定的构造器。你可以像编写普通构造器那样,在协议的定义里写下构造器的声明,但不需要写花括号和构造器的实体:

protocol SomeProtocol {
    init(someParameter: Int)
}
class SomeClass: SomeProtocol {
    required init(someParameter: Int) {
        // 这里是构造器的实现部分
    }
}

如果一个子类重写了父类的指定构造器,并且该构造器满足了某个协议的要求,那么该构造器的实现需要同时标注 required 和 override 修饰符:

protocol SomeProtocol {
    init()
}

class SomeSuperClass {
    init() {
        // 这里是构造器的实现部分
    }
}

class SomeSubClass: SomeSuperClass, SomeProtocol {
    // 因为遵循协议,需要加上 required
    // 因为继承自父类,需要加上 override
    required override init() {
        // 这里是构造器的实现部分
    }
}

协议作为类型

尽管协议本身并未实现任何功能,但是协议可以被当做一个成熟的类型来使用。

协议可以像其他普通类型一样使用,使用场景如下:

  • 作为函数、方法或构造器中的参数类型或返回值类型
  • 作为常量、变量或属性的类型
  • 作为数组、字典或其他容器中的元素类型
class LinearCongruentialGenerator : RandomNumberGenerator{
}

class Dice {
    let sides: Int
    let generator: RandomNumberGenerator
    init(sides: Int, generator: RandomNumberGenerator) {
        self.sides = sides
        self.generator = generator
    }
    func roll() -> RandomNumberGenerator {
        return LinearCongruentialGenerator()
    }
}

委托(代理)模式

委托是一种设计模式,它允许类或结构体将一些需要它们负责的功能委托给其他类型的实例。委托模式的实现很简单:定义协议来封装那些需要被委托的功能,这样就能确保遵循协议的类型能提供这些功能。委托模式可以用来响应特定的动作,或者接收外部数据源提供的数据,而无需关心外部数据源的类型。

protocol DiceGame {
    var dice: Dice { get }
    func play()
}
protocol DiceGameDelegate {
    func gameDidStart(_ game: DiceGame)
    func game(_ game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll: Int)
    func gameDidEnd(_ game: DiceGame)
}

通过扩展添加协议一致性

即便无法修改源代码,依然可以通过扩展令已有类型遵循并符合协议。扩展可以为已有类型添加属性、方法、下标以及构造器,因此可以符合协议中的相应要求。

protocol TextRepresentable {
    var textualDescription: String { get }
}

extension Dice: TextRepresentable {
    var textualDescription: String {
        return "A \(sides)-sided dice"
    }
}

通过扩展遵循协议

当一个类型已经符合了某个协议中的所有要求,却还没有声明遵循该协议时,可以通过空扩展体的扩展来遵循该协议:

struct Hamster {
    var name: String
    var textualDescription: String {
        return "A hamster named \(name)"
    }
}
extension Hamster: TextRepresentable {}
//从现在起,Hamster 的实例可以作为 TextRepresentable 类型使用:

协议类型的集合

协议类型可以在数组或者字典这样的集合中使用,在协议类型提到了这样的用法。下面的例子创建了一个元素类型为 TextRepresentable 的数组:

let things: [TextRepresentable] = [game, d12, simonTheHamster]

协议的继承

协议能够继承一个或多个其他协议,可以在继承的协议的基础上增加新的要求。协议的继承语法与类的继承相似,多个被继承的协议间用逗号分隔:

protocol InheritingProtocol: SomeProtocol, AnotherProtocol {
    // 这里是协议的定义部分
}

类类型专属协议

你可以在协议的继承列表中,通过添加 class 关键字来限制协议只能被类类型遵循,而结构体或枚举不能遵循该协议。class 关键字必须第一个出现在协议的继承列表中,在其他继承的协议之前:

protocol SomeClassOnlyProtocol: class, SomeInheritedProtocol {
    // 这里是类类型专属协议的定义部分
}

协议合成

有时候需要同时遵循多个协议,你可以将多个协议采用 SomeProtocol & AnotherProtocol 这样的格式进行组合,称为 协议合成(protocol composition)。你可以罗列任意多个你想要遵循的协议,以与符号(&)分隔。

下面的例子中,将 Named 和 Aged 两个协议按照上述语法组合成一个协议,作为函数参数的类型:

protocol Named {
    var name: String { get }
}
protocol Aged {
    var age: Int { get }
}
struct Person: Named, Aged {
    var name: String
    var age: Int
}
func wishHappyBirthday(to celebrator: Named & Aged) {
    print("Happy birthday, \(celebrator.name), you're \(celebrator.age)!")
}
let birthdayPerson = Person(name: "Malcolm", age: 21)
wishHappyBirthday(to: birthdayPerson)
// 打印 “Happy birthday Malcolm - you're 21!”

检查协议一致性

你可以使用类型转换中描述的 is 和 as 操作符来检查协议一致性,即是否符合某协议,并且可以转换到指定的协议类型。检查和转换到某个协议类型在语法上和类型的检查和转换完全相同:

  • is 用来检查实例是否符合某个协议,若符合则返回 true,否则返回 false。
  • as? 返回一个可选值,当实例符合某个协议时,返回类型为协议类型的可选值,否则返回 nil。
  • as! 将实例强制向下转换到某个协议类型,如果强转失败,会引发运行时错误。

可选的协议要求

协议可以定义可选要求,遵循协议的类型可以选择是否实现这些要求。在协议中使用 optional 关键字作为前缀来定义可选要求。可选要求用在你需要和 Objective-C 打交道的代码中。协议和可选要求都必须带上@objc属性。标记 @objc 特性的协议只能被继承自 Objective-C 类的类或者 @objc 类遵循,其他类以及结构体和枚举均不能遵循这种协议。

使用可选要求时(例如,可选的方法或者属性),它们的类型会自动变成可选的。比如,一个类型为 (Int) -> String 的方法会变成 ((Int) -> String)?。需要注意的是整个函数类型是可选的,而不是函数的返回值。

协议中的可选要求可通过可选链式调用来使用,因为遵循协议的类型可能没有实现这些可选要求。类似 someOptionalMethod?(someArgument) 这样,你可以在可选方法名称后加上 ? 来调用可选方法。

协议扩展

协议可以通过扩展来为遵循协议的类型提供属性、方法以及下标的实现。通过这种方式,你可以基于协议本身来实现这些功能,而无需在每个遵循协议的类型中都重复同样的实现,也无需使用全局函数。

extension RandomNumberGenerator {
    func randomBool() -> Bool {
        return random() > 0.5
    }
}

提供默认实现

可以通过协议扩展来为协议要求的属性、方法以及下标提供默认的实现。如果遵循协议的类型为这些要求提供了自己的实现,那么这些自定义实现将会替代扩展中的默认实现被使用。

通过协议扩展为协议要求提供的默认实现和可选的协议要求不同。虽然在这两种情况下,遵循协议的类型都无需自己实现这些要求,但是通过扩展提供的默认实现可以直接调用,而无需使用可选链式调用。

extension PrettyTextRepresentable  {
    var prettyTextualDescription: String {
        return textualDescription
    }
}

为协议扩展添加限制条件

在扩展协议的时候,可以指定一些限制条件,只有遵循协议的类型满足这些限制条件时,才能获得协议扩展提供的默认实现。这些限制条件写在协议名之后,使用 where 子句来描述,正如Where子句中所描述的。

extension Collection where Iterator.Element: TextRepresentable {
    var textualDescription: String {
        let itemsAsText = self.map { $0.textualDescription }
        return "[" + itemsAsText.joined(separator: ", ") + "]"
    }
}

如果多个协议扩展都为同一个协议要求提供了默认实现,而遵循协议的类型又同时满足这些协议扩展的限制条件,那么将会使用限制条件最多的那个协议扩展提供的默认实现。

参考链接:
1.极客学院-The Swift Programming Language 中文版
2.苹果官方文档

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