iOS开发技巧系列 使用Swift反射

iOS Runtime目前存在的问题

关于iOS Runtime的文章有很多，在简书里一搜就能找出一大堆，但是大多数都是介绍什么是iOS Runtime及怎么使用Runtime。其实基于Objc的Runtime是iOS开发的黑魔法，甚至可以是说奇技淫巧，比如神奇的Method Swizzle可以交换任何iOS的系统方法，在里面加上自己定义的一些功能。再比如消息转发机制，又比如说一些位于<objc/runtime.h>中的方法，比如class_copyIvarList等方法，可以动态获取一个类里面所有的方法和属性，还有就是动态给一个类添加属性和方法。Objc的Runtime是如此的强大，再加上KVC和KVO这两个利器，可以实现很多你根本就想不到的功能，给iOS开发带来极大的便捷。
使用iOS Runtime好处非常多，但缺点也是显而易见的，主要有下面几个：

• 基于Objc的Runtime不是类型安全的，需要开发者保证所有数据都是正确的类型。
• Runtime还是需要进行数据类型的检查，影响了执行效率。
• Apple推出全新的Swift语言后，单纯的Swift类型不再兼容原先的Objc的Runtime，

其中前面两个问题影响不大，关键在于第三个。基于Swift作为一门静态语言，所有数据的类型都是在编译时就确定好了的，但是Apple为了让Swift兼容Objc，让Swift也使用了Runtime。这显然会拖累Swift的运行效率，和Apple所宣称Swift具有超越Objective-C的性能的观点完全不符。而Swift在将来是会慢慢替代 Objective-C的成为iOS或者OSX开发的主流语言，所以为了性能，我们应该尽量使用原生的Swift数据类型，避免让Runtime进行Swift类型->Objc类型的隐式转换。

所以目前的问题是使用Swift原生的数据类型和想要使用Objc的Runtime有了冲突，那么Swift语言里有没有类似于Objc的Runtime的一套机制，让Swift数据类型也能实现Objc的Runtime的一些功能呢？

很遗憾，这个答案是NO，Swift目前只有有限的反射功能，完全不能和Objc的Runtime相比。

什么是反射

反射是一种计算机处理方式。是程序可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。

上面的话来自百度百科。使用反射有什么用，看一些iOS Runtime的文章应该会很明白。下面再列举一下

• 动态地创建对象和属性，
• 动态地获取一个类里面所有的属性，方法。
• 获取它的父类，或者是实现了什么样的接口(协议)
• 获取这些类和属性的访问限制(Public 或者 Private)
• 动态地获取运行中对象的属性值，同时也能给它赋值(KVC)
• 动态调用实例方法或者类方法
• 动态的给类添加方法或者属性，还可以交换方法(只限于Objective-C)

上面的一系列功能的细节和计算机语言的不同而不同。对于Objective-C来说，位于<objc/runtime.h>中的一系列方法就是完成这些功能的，严格来说Runtime并不是反射。而Swift真正拥有了反射功能，但是功能非常弱，目前只能访问和检测它本身，还不能修改。

Swift的反射

Swift的反射机制是基于一个叫Mirror的Stuct来实现的。具体的操作方式为：首先创建一个你想要反射的类的实例，再传给Mirror的构造器来实例化一个Mirror对象，最后使用这个Mirror来获取你想要的东西。
首先我们来写一些测试用的类

protocol Drive{    func run()}public  class Tire{ //轮胎    var brand:String? //品牌    var size:Float = 0 //大小}public class Vehicle:Drive{    var carType:String?    var tires:[Tire]?    var host:String?// 主人    var brand:String?//汽车品牌    func run() {        if let h = host{            print("\(h)Drive a \(brand) \(carType) car run")        }        else{            print("this car is not selled")        }    }}public class Trunk:Vehicle{    public var packintBox:String?}public struct TranGroup{ //货运集团    private var trunks = {        return [Trunk]()    }()    var country:String?    var turnover:Float?}//一个中国的货运集团var tranGroup = TranGroup(trunks: [Trunk](), country: "China", turnover: 123456789.111)let trunk1 = Trunk()trunk1.brand = "MAN"trunk1.host = "Stan"trunk1.packintBox = "Big And Long"tranGroup.trunks.append(trunk1)let mirrorTran = Mirror(reflecting: tranGroup)print(tranGroup) //打印出  Mirror for TranGroupprint(mirrorTran.subjectType) //打印出  TranGroupprint(mirrorTran.displayStyle) //Optional(Swift.Mirror.DisplayStyle.Struct)，是个Struct类型print(mirrorTran.superclassMirror()) //nil，因为没有父类for (key,value) in mirrorTran.children{    print("\(key) : \(value)")}//打印结果Optional("trunks") : [DemoConsole.Trunk]Optional("country") : Optional("China")Optional("turnover") : Optional(1.23457e+08)

可以看出，和第一篇文章一样，打印出个每个属性和其值。不同的是，对于自定义对象，不能自动打出里面的属性内容。

在利用Swift的反射来改进BaseModel之前，让我们来看看Mirror里面都有什么东西吧

public init(reflecting subject: Any) //构造器public typealias Child = (label: String?, value: Any)public typealias Children = AnyForwardCollection<Child>public enum DisplayStyle {    case Struct    case Class    case Enum    case Tuple    case Optional    case Collection    case Dictionary    case Set}public enum AncestorRepresentation {    case Generated /// 为所有 ancestor class 生成默认 mirror。    case Customized(() -> Mirror)/// 使用最近的 ancestor 的 customMirror() 实现来给它创建一个 mirror。    case Suppressed /// 禁用所有 ancestor class 的行为。Mirror 的 superclassMirror() 返回值为 nil。}public let subjectType: Any.Typepublic let children: Childrenpublic let displayStyle: Mirror.DisplayStyle?@warn_unused_resultpublic func superclassMirror() -> Mirror?

一个一个来看

• 第一个是构造器，它传入的参数类型是Any类型。说明Mirror支持对任意类型的反射。
• 下面定义了两个typealias，分别是Child和Children，Child是个元组(label: String?, value: Any)，label是指属性名，是个可空值，因为不是所有支持反射的数据结构都包含有名字的子节点。 struct 会以属性的名字做为 label，但是 Collection 只有下标，没有名字。Tuple 同样也可能没有给它们的条目指定名字。是Value是个Any，也就是说属性可以是任意类型。
• DisplayStyle是个enum，它会告诉你对象的类型。这里面其他囊括了所有Cocoa的类型，唯一的例外是个Closure，或者Block。
• AncestorRepresentation也是个enum，这个enum用来定义被反射的对象的父类应该如何被反射。也就是说，这只应用于 class 类型的对象。默认情况（正如你所见）下 Swift 会为每个父类生成额外的 mirror。然而，如果你需要做更复杂的操作，你可以使用 AncestorRepresentation enum 来定义父类被反射的细节。具体都有什么样的类型看上面的注释。
• subjectType是个Any.Type，从上面打印出来的东西可以看出，它应该是AnyClass的名称,不同的是AnyClass是AnyObject.Type.后面可以写代码验证
• children是个AnyForwardCollection<(label: String?, value: Any)>类型，也就是个Child的集合。AnyForwardCollection是个什么玩意呢，Apple是这么说的

  /// A type-erased wrapper over any collection with indices that/// support forward traversal.////// Forwards operations to an arbitrary underlying collection having the/// same `Element` type, hiding the specifics of the underlying/// `CollectionType`.

  这个确实有点难以理解，我试着翻译过来：一个类型可擦除的包装器，适用于任何支持向前遍历的集合，前向遍历操作任意一个有着相同“元素”类型的底层集合，隐藏底层集合类型的细节。翻译过来还是不明白什么意思，也许需要大神指点，我只好把它看作一个可以遍历的普通集合算了。
• displayStyle是DisplayStyle enum，表示反射的对象属于什么样的类型
• superclassMirror()是获取父类的Mirror，如果没有父类，则为nil

下面看看用各种类型来看看Mirror的各个属性可以打印出什么

extension Mirror{    func printMirror(){        print("mirror:\(self) type:\(self.subjectType) displayStyle \(self.displayStyle) superClassMirror \(self.superclassMirror()) ")        for (key,value) in self.children{            print("\(key) : \(value)")        }    }}var s = {(i:Int) -> Int in  return i + i }let mir = Mirror(reflecting: s)mir.printMirror()typealias item = (key:String,value:AnyObject)let a:item = ("111",222)let mirty = Mirror(reflecting: a)mirty.printMirror()Mirror(reflecting: "1").printMirror()Mirror(reflecting: 1.1).printMirror()Mirror(reflecting: NSData()).printMirror()Mirror(reflecting: NSNull()).printMirror()enum week:Int{    case Mon = 1,Thu,Wed,Tur,Fri,Sat,Sun}Mirror(reflecting: week.Fri).printMirror()//打印结果**mirror:Mirror for Int -> Int type:Int -> Int displayStyle nil superClassMirror nil mirror:Mirror for (String, AnyObject) type:(String, AnyObject) displayStyle Optional(Swift.Mirror.DisplayStyle.Tuple) superClassMirror nil Optional(".0") : 111Optional(".1") : 222mirror:Mirror for String type:String displayStyle nil superClassMirror nil mirror:Mirror for Double type:Double displayStyle nil superClassMirror nil mirror:Mirror for NSNull type:NSNull displayStyle Optional(Swift.Mirror.DisplayStyle.Class) superClassMirror Optional(Mirror for NSObject) mirror:Mirror for _NSZeroData type:_NSZeroData displayStyle Optional(Swift.Mirror.DisplayStyle.Class) superClassMirror Optional(Mirror for NSData) mirror:Mirror for week type:week displayStyle Optional(Swift.Mirror.DisplayStyle.Enum) superClassMirror nil**

Colsure或者Block的displayStyle是nil，而typealias则转化成了正确的类型。其他所有类型都正确在获取并打印出来了。

Mirror类还有一个些其他的构造器，还有一些扩展，可能一些特殊场合会用到，这里就省略了，总之来说，Swift的反射可以用在以下场景

• 遍历Turple
• 对类做分析，获取属性和值
• 运行时分析对象的一至性

总体来说，因为功能比较弱，使用场景也比较窄。远远比不上Objc的Runtime，更别说Java和C#了。
但是相对于Objc的Runtime，Swift的反射是可以获取全部属性的，而且API相对于Objc也简单许多。有时侯，可以用来代替Runtime中获取所有属性名的方法

    func getSelfPropertySwift()->[String]{        var selfProperties = [String]()        let mir = Mirror(reflecting: self.dynamicType.init())        for (key,_) in mir.children{            selfProperties.append(key!)//这里可以获取所有的属性，但是只有和Objc相容的类型才能做KVC操作        }        return selfProperties    }

可以用这个来重写description方法,代码看起来要简洁不少。但是-----这个根本就没法用。

 var dict = [String:AnyObject]()     let mir = Mirror(reflecting: self.dynamicType.init())     for (key,value) in mir.children{         if let obj = value as? AnyObject{ //注意字典只能保存AnyObject类型。           dict[key!] = obj             }     } return "\(self.dynamicType):\(dict)"

Mirror中的children无法识别复杂类型，对于自定义类型，或者是没有赋值的可空类型，获取的value是nil，这样也就无法像第一篇文章中那样正确地打印出各种个属性名和值，我的如意算盘落空了。

总结

就目前而言，怪异的API，功能的缺失，让Swift的反射功能难堪大用。我们之所以要用反射，就是要利用基于反射动态编程的特性，实现在运行时动态地给属性赋值，动态调用方法等。不知道是Apple认为Objc的Runtime功能已经足够强大好用，还是认为Swift的安全更重要，目前在Swift2.2版本反射还是根本没法用。我希望未来Apple可以好好的加强Swift的反射，参考一下C#和Java的机制，设计出更强大更好用的反射功能

打造强大的BaseModel系列文章到此就完结了，在写这些文章的过程中，我发现自己对iOS的Runtime有了更深的理解，也明白了Swift和Objc是怎么相互操作的，可见写文章的最大收获还是自己。所以我还会写更多的iOS开发技巧系列文章，请大家期待。

文／黑暗中的孤影（简书作者）
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