介绍在Swift2面向协议编程(译文)

原文:http://www.raywenderlich.com/109156/introducing-protocol-oriented-programming-in-swift-2

这个教程要求Xcode7和Swift2,在这里还是测试版,大家可以去下载最新的.

在wwdc2015,发布了Swift2,包含了新的特性来提高你写代码的方式.

最令人兴奋的特性是协议拓展(protocol extensions) . 在swift1是可以拓展已存在功能性的class,struct,enum类型. 在swift2,你还可以拓展protocol.

尽管最初看起来像一个次要的功能, protocol extensions 确实非常有用,能够改变你写代码的方式. 在这个教程,你会探索生成和使用protocol extensions的几种方式以及新的技巧和面向协议编程的设计模式,它们会让你的代码更好.

你也能看到Swift team怎样使用protocol extensions 来提高Swift的标准库的,它是如何影响你写代码的方式.

开始啦

先创建playground,名字为swift-Procotols. 添加以下代码:

protocol Bird {
  var name: String { get }
  var canFly: Bool { get }
}
 
protocol Flyable {
  var airspeedVelocity: Double { get }
}

这里定义了一个简单的protocol Bird 和简单的properties name和canFly 和 Flyable协议,它定义 airspeedVelocity变量.

在以前,你可能构建一个含有Flyable的基类,然后依赖于继承来定义Bird或者其他能fly的东西,例如airplanes. 在这里请记住:任何东西都从一个协议开始!

当你下一步开始定义实例的时候,你会发现它是怎样让整个系统更加灵活的.

定义 Protocol-conforming 类型

添加一下结构体定义到刚刚的代码下面:

struct FlappyBird: Bird, Flyable {
  let name: String
  let flappyAmplitude: Double
  let flappyFrequency: Double
  let canFly = true
 
  var airspeedVelocity: Double {
    return 3 * flappyFrequency * flappyAmplitude
  }
}

这定义了一个新的结构体FlappyBird, 它遵循Bird和Flyable protocols. 它的airspeedVelocity 是通过flappyFrequency和flappyAmplitude组成的一个函数来计算的.要flappy,就返回sure给canFly.

下一步,在添加两个结构体定义到刚才的代码下面

struct Penguin: Bird {
  let name: String
  let canFly = false
}
 
struct SwiftBird: Bird, Flyable {
  var name: String { return "Swift \(version)" }
  let version: Double
  let canFly = true
 
  // Swift is FAST!
  var airspeedVelocity: Double { return 2000.0 }
}

z

一个Penguin 是一个Bird,但是不能fly.这是一个你没有利用继承方式的一个好处. 毕竟不是所有的birds都能fly.  一个SwiftBird当然是很快的,有着一个很高的airspeed velocity.

你已经发现了还有一些冗余. 每种类型的Bird都必须声明canFly属性,尽管已经有一个Flyable概念在你的系统.

用默认实现来扩展协议extenting Protocols

有了protocol extensions, 你能定义一个协议的默认行为. 添加下面代码到Bird协议定义:

extension Bird where Self: Flyable {
  // Flyable birds can fly!
  var canFly: Bool { return true }
}

这定义了一个Bird protocol的扩展,它设置了canFly为true的默认行为,不管类型是不是Flyable. 换言之,任何Flyable的bird不再需要显性声明了!

               我不能总是定义我自己的协议,但当我定义了自己的协议,我会用默认行为来扩展它们.

Swift1.2 介绍了协议扩展是需通过if-let语法来实现的,而Swift2带来了更好的条件扩展协议.

在FlappyBird和SwiftBird结构体定义中,删除let canFly = true. 你会发现playground成功编译,因为protocol extension现在会处理你的要求了.

为什么不使用基类呢?

Protocol extensions 和默认实现可能看起来和使用基类或者说是其他语言中的抽象类, 但protocol extensions提供了一些在Swift关键的优势:

•     因为types 可以遵循多个协议,它们可以设置多个协议的默认行为. 不像一些语言的类能够实现多继承,协议扩展不引入任何额外的状态. 
• Protocol 能够被classes, struct和enums遵循. 基类和继承被只能是class types.

换言之,Protocol extensions 让我们可以为value types 定义默认行为,而不仅仅是class.

你已经看到这种做法应用于结构体, 下面, 添加下面的enum 定义到playground的最后.

enum UnladenSwallow: Bird, Flyable {
  case African
  case European
  case Unknown
 
  var name: String {
    switch self {
      case .African:
        return "African"
      case .European:
        return "European"
      case .Unknown:
        return "What do you mean? African or European?"
    }
  }
 
  var airspeedVelocity: Double {
    switch self {
      case .African:
        return 10.0
      case .European:
        return 9.9
      case .Unknown:
        fatalError("You are thrown from the bridge of death!")
    }
  }

}

就是其他value type一样, 你需要做的就是定义正确的properties,  例如UnladenSwallow 遵循2个协议. 因为它遵循了Bird和Flyable协议, 所以它设置canFly默认实现.

扩展Protocols

通常最通用的协议扩展时候是扩展额外的协议,无论是在Swift标准库还是第三方的framework.

添加下面代码到playground:

extension CollectionType {
  func skip(skip: Int) -> [Generator.Element] {
    guard skip != 0 else { return [] }
 
    var index = self.startIndex
    var result: [Generator.Element] = []
    var i = 0
    repeat {
      if i % skip == 0 {
        result.append(self[index])
      }
      index = index.successor()
      i++
    } while (index != self.endIndex)
 
    return result
  }

}

这定义了CollectionType的扩展,定义了一个新的skip(_:)方法,这个方法跳过collection里面每个skip元素,返回那些未被跳过的元素组成的一个数组.

CollectionType 是一个协议,被Swift中的arrays和dictionaries的type遵循. 这意味着新的行为存在于每个CollectionType在你的App里! 添加下面的代码到playground最下面:

let bunchaBirds: [Bird] =
  [UnladenSwallow.African,
   UnladenSwallow.European,
   UnladenSwallow.Unknown,
   Penguin(name: "King Penguin"),
   SwiftBird(version: 2.0),
   FlappyBird(name: "Felipe", flappyAmplitude: 3.0, flappyFrequency: 20.0)]
 

bunchaBirds.skip(3)

这里,你是定义一个birds的array,包含很多你已经定义了的类型. 因为arrays遵循了CollectionType.那意味着,它们有skip(_:)方法是可用.

扩展你们自己的协议

就像添加一个新的行为到来自Swift标准库的protocols里面,你也可以定义默认的行为.

修改Bird Protocol,声明遵循BooleanType protocol:

protocol Bird: BooleanType {

遵循BooleanType 意味你的type需要有BoolValue property 是它能像一个Boolean. 是否意味着你必须添加在这个property 到每个Bird type?

当然不是,有一个更简单的方式,就是协议拓展. 添加代码到Bird定义下面:

extension BooleanType where Self: Bird {
  var boolValue: Bool {
    return self.canFly
  }

}

这拓展使canFly property 代表 每个Bird type的Boolean value.

尝试,添加下面代码到playground:

if UnladenSwallow.African {
  print("I can fly!")
} else {
  print("Guess I’ll just sit here :[")

}

你应该会看到”I can fly!” 被打印出来. 但尤其,你需要使用African Unladen Swallow 在一个条件语句.

对Swift标准库的影响

你已经看到protocol extensions 是一个很好的方式来自定义和扩展你代码的能做的事情,以及协议定义在你的aoo之外. 你可能会惊讶,Swift 协议扩展,也用于提升标准库的写法.

Swift通过添加map,reduce,filter方法来提高函数编程的范例. 这些存在于不同的CollectionType成员,例如Array:

// 计算数组中字符个数

["frog", "pants"].map { $0.length }.reduce(0) { $0 + $1 } // 返回9

对一个数组调用map,返回另外一个数组.  而reduce被调用减少结果到最后value 9.

在这个例子中,map和reduce是包含在Array中,是Swift标准库的一部分. 如果你cmd-clicked在map上,你会看到它是怎么定义的.

在Swift1.2 你会看到下面:

// Swift 1.2
extension Array : _ArrayType {
  /// Return an `Array` containing the results of calling
  /// `transform(x)` on each element `x` of `self`
  func map<U>(transform: (T) -> U) -> [U]

}

map函数在这里是定义的Array的一个拓展. Swift的函数式的函数使用不仅在Array上. 然而,而是在所有的CollectionType 上. 那Swift1.2是怎样实现它的?

如果你在一个Range上调用map,以及Cmd-clicked 在map上,你会看到下面的定义:

// Swift 1.2
extension Range {
  /// Return an array containing the results of calling
  /// `transform(x)` on each element `x` of `self`.
  func map<U>(transform: (T) -> U) -> [U]
}

结果表明在Swift1.2,在Swift标准库里,map需要被每个Collectiontype重定义. 这是因为尽管Array和Range都是CollectionType 但是structs不能被子类化,所以不能有相同的实现.

这不是Swift标准库如何被构建的细微差别,这是约束了你对Swift types 能做的事情.

下面的函数,传入Flyable 的CollectionType 返回含有最高的airspeedVelocity的元素.

func topSpeed<T: CollectionType where T.GeneratorType: Flyable>(collection: T) -> Double {
  collection.map { $0.airspeedVelocity }.reduce { max($0, $1)}

}

在Swift1.2 没有protocol extensions,这实际上是一个构建失误. map和reduce函数只存在于一组预定义types,并不适用于所有CollectionType.

有Swift2.0 和 Protocol extensions , map的定义在Array和Range如下:

/ Swift 2.0
extension CollectionType {
  /// Return an `Array` containing the results of mapping `transform`
  /// over `self`.
  ///
  /// - Complexity: O(N).
  func map<T>(@noescape transform: (Self.Generator.Element) -> T) -> [T]

}

尽管你不能看到map的源码. swift2会开源. CollectionType 的map现在有一个默认的实现,所有CollectionType都有效.

添加如下代码:

func topSpeed<T: CollectionType where T.Generator.Element == Flyable>(c: T) -> Double {
  return c.map { $0.airspeedVelocity }.reduce(0) { max($0, $1) }

}

map和reduce方法,Flyable实例的collection都能使用了. 现在,添加下面代码,你就能回答,它们之中谁最快的问题了.

let flyingBirds: [Flyable] = 
  [UnladenSwallow.African,
  UnladenSwallow.European,
  SwiftBird(version: 2.0)]
 

topSpeed(flyingBirds) // 2000.0

如何进行下一步学习? 

你已经看到了面向协议开发, 建立自己的简单的协议,使用协议扩展来扩展它们. 用默认的实现,你可以给已存在的协议添加共有的或自动的行为,很像一个基类,但比基类更好,因为能应用到struct和enums.

另外,协议扩展不仅可以使用到扩展你自己的协议,也可以扩展和提供默认行为到Swift标准库,Cocoa和Cocoa Touch的协议里.

 

     你应该看看Swift2.0令人兴奋的新特性.