Swift的一些特點，重要概念和應用

摘要：Swift發展已有一年多的時間，越來越多的開發者開始學習和使用這門語言，但在實際項目中的應用卻還是比較少。本文作者從Swift的語義邏輯、易用性、語言特性、與Cocoa互動等全方位分享如何在實際工程中使用Swift開發。

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簡介

Swift語言從WWDC2014釋出開始，到現在已經發展了一年多時間，越來越多的開發者也開始學習和使用這門語言。但就我所了解的情況來看，在實際項目中Swift的應用還是比較少。開發者給它的評價也是褒貶不一，有的說它的安全性高，有的說它的特性多，有的說它的學習成本高，還有的說它是一個玩具語言不适合工程。其實這都很正常，因為一千個人眼中有一千個哈姆雷特，語言的喜好本身就是一件很主觀的事情。具體這個語言怎麼樣，适不适合工程，需要每個人實踐之後才能得出自己結論。

Swift的特點

支援Unicode

代碼原生支援Unicode字元。不僅在字元串中，甚至變量名、函數名等都能直接使用Unicode字元。雖然看上去很強大，但似乎并沒有什麼用，應該沒人喜歡在程式設計時不停的切換輸入法吧？

安全的類型

采用嚴格的類型，并去掉了隐式類型轉換：

隐式類型轉換一直是一把雙刃劍，雖然使用便利，但是可能引入一些很難調試的BUG，不容忽視。把隐式類型轉換摘除，利大于弊。

從類型層面将空值nil隔離，使用時要求對空值進行處理：

嚴格的語義邏輯

Swift對C語系一些常見的語義邏輯漏洞進行了修改，比如if等條件限定為Bool類型，指派“=”操作不再有傳回值等（其實有，是Void，即空元組“()”）。雖然使用上沒有之前那麼友善和靈活，但這種改變能杜絕很大一部分的手誤BUG，比如“==”寫成“=”，還能避免一些偷懶所引入的很隐秘的坑，對程式的穩定性和程式員好習慣的培養有很大幫助。

易用性

沿用并完善了Objective-C的函數中綴調用方式，參數有了真正的名字，調用時帶上參數名能讓函數接口更容易了解，可讀性更好：

優化了可變參數定義和使用方式：

在C語系中定義可變參數還需要va_list、va_start等，一段時間不用根本想不起來怎麼寫，還得上網查，而在Swift中隻需要周遊一個數組就能取到所有參數，非常友善。

優化了控制流的使用：

Switch的case可以連寫，而且加入了很多實用的比對模式，比如比對範圍、元組、條件等，還可以自定義比對模式，十分強大。另外分支預設是break方式，不像在C語言中，明知道90%的case都是要break的，還要強制寫上。還有一個很好的優化就是加入了跳轉标簽，在多重循環間控制轉移的時候更靈活了。

加入了很多實用文法糖，僅僅一個閉包就有這麼多簡寫方式：

這些文法糖能節省大量的開發時間和代碼量，使用得當也能讓代碼更清晰，可讀性更好。當然如果濫用的話可能起反作用。

豐富的語言特性

Swift支援類、協定、繼承、多态等面向對象的語言特性：

也有進階函數、閉包等函數式程式設計特性：

還有泛類型、泛函數、泛協定等泛型程式設計特性以及操作符自定義等新特性：

總之Swift加入了大量的流行語言特性，功能靈活、強大，但是文法點也增加了很多，導緻文法學習難度增大，各位可以按需要進行有針對性的學習。

Swift的一些重要概念

值與引用

值與引用類型在某些情況下與我們的程式設計習慣可能會有些沖突，是Swift初學常遇到的一個坑。先看一個例子，定義兩個數組arr1和arr2，arr2用arr1指派：

修改arr2[0]後，發現arr1[0]并沒有修改。由此可知在Swift中，Array類型是值類型。再來看看Array的實作方式。按住Command鍵點選Array類型，進入到Swift庫，可以看到如下定義：

Array和Dictionary，包括Int、Set、Double等基本内建資料類型都是由struct及其實作的一組協定構成。由于struct類型是值類型，是以Swift中的基本内建類型都是值類型。由于是值類型，是以每次指派或者傳參的時候都會有個拷貝的過程。我們先來做個實驗：

運作以上代碼可以發現，在修改了arr[0]的情況下，指派的時間是1783ms（模拟器下），而僅是讀取的情況，指派時間是0ms。這個結果說明值傳遞使用了寫時拷貝（copy on write）技術，也就是說隻要不修改存儲的資料，副本和原值共享記憶體區域。是以我們在使用這些值類型的時候一般有一些原則：

1. 盡量限制資料規模；
2. 如果資料規模較大，盡量不用作指派和傳參；
3. 如果需要指派和傳參，盡量定義為常量或後續不修改資料；
4. 如果以上都不能避免，可以使用引用類型代替值類型，如 NSMutableArray等；

Optional

Optional可選類型是Swift的一個重要概念，也是初學者比較難了解的地方。我們經常能在閱讀代碼時看到下面這樣的代碼：

有問号有感歎号，放的位置不一樣作用也不一樣，用的時候搞不清什麼時候該用哪個，隻好跟着xcode提示走，掉進坑裡也不知道。要搞清楚這個問題先要明白Optional是什麼。在Swift庫中可以找到Optional的定義：

Optional其實是個泛型枚舉，定義時的類型比如 Int? 等價于 Optional<Int>。它實作了NilLiteralConvertible協定，是以能被nil字面量指派。當可選類型用nil指派時，nil被轉化成None，當用非nil指派時，轉化為Some(T)。Some(T)這種形式叫做相關值（Associated Values），可以這麼了解，這是一種名叫Some，能存放T類型的盒子，我給它賦的值就放在這個盒子裡儲存。

可選類型相當于對nil或實際的值做了封裝，是以使用Optional時需要将實際的值從Some(T)中取出，這個過程就叫解可選（unwrap）。

先來看看問号定義的可選類型：

問号定義的可選類型就是普通的Optional，常用的解可選方式有三種，如上圖所示。

1. 先對opt進行判空，若不為空則用 opt! 進行強制解可選。“!”在這裡的意思就是，我确定該值不為空，請直接取出實際值；
2. 用if let unwrap = opt 來解可選。這是Swift為解可選做的文法糖，叫做可選綁定。如果opt為nil則進入else分支，若不為nil則将實際值提取到unwrap，然後進入if分支；
3. 利用opt ?? 0解可選。“??”叫空合運算符（Nil Coalescing Operator），作用就是，如果opt為nil，表達式值取後面的預設值，否則表達式傳回opt的實際值；

再來看看感歎号定義的可選類型：

感歎号定義的可選類型叫做隐式解可選類型。在概念上與問号定義的可選類型并沒有什麼差別，隻是在使用形式上有些不同。

隐式解可選類型在用作右值時并不需要人為進行解可選，它預設由編譯器進行強制解可選，相當于編譯器自動在後面添加一個感歎号。這樣在使用的時候就不用強制對空值進行處理，更友善一點，但是卻十分危險，因為必須由人工保證opt_f在用到的地方必須不為nil，否則程式會crash。而人腦總不如機器保險，是以一般情況不建議使用隐式可選類型。

問号還有一種使用場景叫做可選鍊。先來看看這麼一種情況：

我定義了一個Person類，類有father屬性表示他的父親，而孤兒可能不知道父親是誰，是以father是個可選類型。現在來了一個需求，需要擷取某個人曾祖父的名字，我們可能會寫出如下代碼：

看上去很不美觀，寫起來更費勁。針對這種情景，Swift做了優化，加入了可選鍊這種文法糖，上面的代碼就能改寫為：

用問号把方法調用或屬性擷取等連接配接起來，組成一條調用鍊。意思就是我不關心中間過程，隻關心最後結果，如果中途任何環節傳回了nil，就直接傳回nil，否則傳回最後結果。這樣就能節省很多工作量，讓代碼看上去更美觀，結構更清晰。需要注意的一點是，雖然name是确定的String類型，但是由于可選鍊上任一環節都可能傳回nil，最後得到的是一個String？可選類型，是以還需要做一次解可選操作。

Swift的應用

與Cocoa互動

要用Swift寫App首先需要了解的就是UI怎麼寫、系統功能怎麼調用。由于Swift并沒有重寫系統功能庫，隻是對Cocoa進行了橋接，是以要調用系統功能就要與Cocoa的互動。Swift與Cocoa互動的細節非常多，但是并沒有太大難度，因為Cocoa的使用與用Objective-C開發時沒有太大不同，一般來說跟着Xcode的提示走基本都沒有問題。需要注意的幾點：

1. Swift沒有發消息這種方式，所有方法調用和屬性通路都是用點操作， alloc、init橋接成了swift中的構造器，使用時直接用class執行個體化的方式即可。
2. 一些常用類型在swift中都有對應，可以互相轉換，通常情況建議使用swift的類型。
3. Object-C中有些機制比如 KVO等在swift中不支援，如果要使用，需要帶上@objc、dynamic等标記。

多線程

Swift語言本身并沒有多線程支援，是以要使用多線程還是要調用NSThread、GCD等：

此外，Object-C中一個很友善的代碼互斥方式@synchronized在swift中不支援，是以要實作代碼互斥需要自己使用鎖。當然也可以模仿@synchronized自定義一個synchronized方法，利用尾部閉包造出原來的感覺：

單例

單例模式是移動開發中常見的一種模式，其一般要求是：

1. 隻初始化一次；
2. 線程安全；

在Object-C中單例通常是用dispatch_once來實作的，在Swift中同樣可以這麼做。但是由于Swift中支援全局變量、常量的lazy初始化，我們可以簡化單例的實作：

通過let定義單例執行個體常量來保證線程安全，通過全局常量的lazy初始化來保證單例隻初始化一次。

ARC

Swift中的ARC原理與Object-C中一樣，隻不過在使用形式上有所不同。Swift中所有引用預設都是強引用，另外加入了兩個ARC标記：

• weak：類似Object-C的weak，弱引用，引用失效後引用自動指派為nil；
• unowned：類似Object-C中的unsafe_unretain，弱引用，引用失效後保留引用本身；

由于weak引用在使用過程中可能變為nil，是以weak引用必須是可選類型（Optional）。另外Swift對閉包捕獲的變量的标記做了優化：

在Object-C中這種情況需要在閉包之外定義一個weak self，然後閉包捕獲weak self。Swift中隻需要把weak self寫在閉包參數表之前的中括号中即可完成同樣功能，這種方式代碼結構更清晰，可讀性更好。需要注意的是在閉包内self是weak的，是個可選類型，是以使用self時需要解可選。

Delegate

代理模式是開發中很常見的一種模式，它的實作原理與Object-C類似，也是通過協定來确定代理接口，用實作協定的執行個體來充當代理：

不同的地方在于，Object-C中delegate是id類型的，而swift中協定是一種基本類型，delegate可以直接定義為協定類型，這樣能讓代理的職責更明确。要注意的地方是delegate是weak的，是以必須使用可選類型，而且weak标記的必須是引用，是以protocol必須打上class标記，表示該協定隻能被class實作，這樣協定類型才能當做引用類型使用。

自定義操作符

Swift中可以自定義操作符，自定義一個操作符需要兩個要素：

1. 操作符特性描述，包括：操作符位置 prefix、infix、postfix等，操作符的結合性left、right以及操作符的優先級；
2. 操作符功能函數，參數和傳回值需要與操作符特性一緻，比如 prefix的操作符接受一個參數，傳回一個值；

比如我們可以定義一個笑臉操作符，他在字元串後面添加一個笑臉（^_^）：

函數式程式設計

在Swift中，函數是first-class，也就是說函數可以作為參數傳入也可以作為傳回值傳回，也可以給變量指派。函數式程式設計是一種很強大、很靈活的思想，在Object-C中也有block等函數式程式設計思想，但并不明顯，在Swift中這一點得到了強化。

比如說可以實作一個函數工廠：

泛型程式設計

Swift中增加了泛型這個概念，泛型是一種很好的代碼複用機制，用于将類型不同但實作相同的代碼統一起來。泛型在Swift中應用非常廣泛，你隻要跳轉到Swift的庫檔案就會發現類型、操作符、全局函數的定義中大量應用了泛型，是以不再做詳細介紹。這裡有一個小例子，利用操作符自定義、函數式和泛型在代碼中實作管道機制：

總結

Swift有着更嚴格的類型和更規範的語義，針對容易造成BUG的點進行了優化，又加入了很多不錯的文法糖，代碼更簡潔、更安全。它吸收了大量其他語言的優秀特性，可以實作一些強大靈活的設計模式，但也造成了其文法繁雜的缺點，增加了學習的難度。Swift本身的設計目标是高效、靈巧，但由于需要相容Cocoa，導緻其設計受到牽制，引入了一些有隐患的設計。由于這些特點，編寫Swift代碼其實很依賴IDE的輔助，但目前為止xcode的表現還不穩定，經常提示錯誤，再加上幾乎每次xcode更新都伴随着Swift文法修改，Swift想要廣泛應用于實際工程還有一段路要走，而Swift2.0的釋出和Swift開源化，無疑将加快這個程序。