Swift 学习笔记（三）

2015-05-05 孙耀珠 编程语言

Objective-C API

为了让 Swift 继承 Objective-C 的成熟生态，苹果开发了 Clang Importer 将 Objective-C API 引入 Swift，并自动进行了若干命名转换。而 Swift 3 更是对命名原则做了大规模的调整，使之更清晰、更适应于 Swift，详见 SE-0005、SE-0006 两份提案，并且最终形成了一份 API Design Guidelines。

初始化

  • 使用 Swift 调用 Objective-C 类的构造器时，方法名中的 init 和 initWith 前缀会被截去，其余各部分依次变为构造器的参数名。alloc 方法不必再手动调用，Swift 会自己处理内存分配。
  • 简洁起见，Objective-C 类的工厂方法也被映射成了 Swift 的便利构造器。
  • 在 Objective-C 中可能返回 nil 的构造器，在 Swift 中会被映射为可失败构造器。
// Objective-C
UITableView *myTableView = [[UITableView alloc] initWithFrame:CGRectZero style:UITableViewStyleGrouped];
UIColor *color = [UIColor colorWithRed:0.5 green:0.0 blue:0.5 alpha:1.0];

// Swift
let myTableView = UITableView(frame: .zero, style: .grouped)
let color = UIColor(red: 0.5, green: 0.0, blue: 0.5, alpha: 1.0)

属性

  • Objective-C 中使用 @property 语法定义的属性会被映射为 Swift 中的属性；而不带参数且有返回值的方法虽然在 Objective-C 可以用点语法调用，但在 Swift 中仍然是普通的方法。
  • Objective-C 属性声明中形如 (attribute) 的特性在 Swift 中会特殊处理：
    • readonly 会被映射为 Swift 中带 { get } 的计算属性；
    • Swift 的 weak / unowned(unsafe) 关键字分别对应原来的 weak / unsafe_unretained；Swift 没有基本类型的概念，不考虑 assign；Swift 的值类型赋值默认进行拷贝，引用类型可以添加 @NSCopying，皆对应于 copy。
    • Objective-C 中的属性默认拥有原子性，即会加锁以防止多线程同时访问；而 Swift 语言并没有该特性，即不保证原子性。Objective-C 中的 atomic 和 nonatomic 将不会反映在 Swift 的属性声明上，但其 Objective-C 实现仍然会保证其原子性。

可空性

  • Objective-C 中的裸指针均可为 NULL 或 nil，前者为 (void *) 0 后者为 (id) 0；而 Swift 中所有类型默认是不可空的，并有更安全的可空类型来处理可空性。为了弥合语言间的不协调，Xcode 6.3（官方博客）为 Objective-C 引入了新的语法：
    • 类型声明默认为 null_unspecified，将被映射为隐式解包可空类型；
    • nullable 将被映射为可空类型；
    • nonnull 将被映射为非可空类型。

id

  • Objective-C 定义了 typedef struct objc_object *id，即 id 可以指向任意 Objective-C 类的对象，与 Swift 中的 AnyObject 类似。不过为了充分发挥 Swift 值类型的特性，Swift 3（SE-0116，官方博客）将其桥接范围扩展到了 Any，因此引入了一些额外的桥接规则。
  • 为了将 Any 桥接到 id，编译器引入了通用桥接转换（universal bridging conversion）：
    • 引用类型的类在 Swift 和 Objective-C 中都存在，所以能直接转换；
    • 可桥接的值类型如 String，会借助 _ObjectiveCBridgeable 协议转换到对应的 Objective-C 类如 NSString；
    • 不可桥接的值类型会被封装在一个不可变类的实例中，我们不期待在 Objective-C 中能使用它，只求它能保证 id 兼容性、能在语言间往返即可。
  • 将 id 桥接到 Any 则需要利用运行时模棱两可的动态转换（ambivalent dynamic casting），因为无法预先得知 Objective-C 对象是希望被桥接到值类型还是引用类型，因此会在动态类型转换时再决定。譬如 NSString 对象在桥接后既可以 as? String 也可以 as? NSString。
  • 另外，AnyObject 允许在不进行类型转换的情况下调用任何 Objective-C 的方法和属性。因为动态方法查找失败会触发运行时错误，所以 Swift 用可空类型对其进行了包装，AnyObject 上的方法调用行为类似于隐式解包可空值，可空链式调用等特性亦可适用。
let myObject: AnyObject = NSDate()
myObject.character(at: 5) // Unrecognized selector error!
myObject.character?(at: 5) // : unichar? = nil

闭包

  • Objective-C 中的代码块和 Swift 中的闭包是互相兼容的：
// Objective-C
void (^completionBlock)(NSData *) = ^(NSData *data) { … }

// Swift
let completionBlock: (Data) -> Void = { data in … }
  • 然而闭包和代码块有一个关键性的不同：闭包中的变量是可修改的，而不像代码块那样使用值拷贝。换句话说，Swift 闭包捕获的变量相当于都在 Objective-C 的变量声明中加了 __block。

判等

  • Objective-C 只有一种等号，而 Swift 有两种：相等（==）和相同（===）。
    • Swift 让所有继承自 NSObject 的类遵循了 Equtable 协议，其 == 运算符的默认实现直接返回了 Objective-C isEqual: 方法的结果；
    • 全局定义的 func === (lhs: AnyObject?, rhs: AnyObject?) -> Bool 会判断对象指针是否相等。

Selector

  • Selector 可以在运行时表示 Objective-C 方法名，类似于成员函数指针。
  • Selector 结构体可以用字符串构造，不过对于字面量 Swift 2.2（SE-0022）引入了一种更安全的做法：通过 #selector 表达式来构造，编译器会检查方法是否存在。
let string: NSString = "Sapientia et Virtus"
let selector = #selector(NSString.lowercased(with:))
if let result = string.perform(selector, with: Locale.current) {
  print(result.takeUnretainedValue()) // result : Unmanaged<AnyObject>
}

Key / Key Path

  • Key 可以在运行时表示 Objective-C 对象的属性，而 Key Path 还能表示多级的链式路径。
  • Key Path 常常用于键值编码（KVC）和键值观察（KVO）：前者可以间接访问任意对象的属性，如 value(forKeyPath:) 和 setValue(_:forKeyPath:)；后者用于观察任意对象属性的修改，如 addObserver(_:forKeyPath:options:context:)。
  • Key Path 本质上就是以点分隔的字符串，不过 Swift 3（SE-0062）和 Swift 4（SE-0161）分别引入了新的构造方式：
    • 通过 #keyPath 表达式来构造，如 #keyPath(Member.name)，经编译器验证后会变成字符串 "Member.name"；
    • 形如 \Member.name 的表达式则会生成 KeyPath 对象，保留了各种类型信息，还可以通过 member[keyPath: \.name] 的语法来访问属性。

Cocoa 框架

  • Swift 3（SE-0086）去掉了 Foundation 框架大部分类型名中的 NS 前缀，除了一些例外：
    • 与 Objective-C 联系十分紧密的类：NSObject NSAutoreleasePool NSException 等；
    • 用于特定平台的类，它们虽然位于 Foundation 但其实应当属于 AppKit / UIKit 这些更高层的框架：NSUserNotification NSBackgroundActivity NSXPCConnection 等；
    • 在 Swift 中有值类型等价物的类，详见 SE-0069：NSString NSDictionary NSURL 等。
  • Foundation 中还定义了很多枚举和常量，在 Swift 中它们会成为相关类型的嵌套类型，如 NSJSONReadingOptions 会成为 JSONSerialization.ReadingOptions。

字符串

  • 在 Swift 中应当尽量使用值类型的 String，避免引用类型的 NSString / NSMutableString。因为值类型可以使用 Swift 原生的 let / var 来控制对象内容是否可变，而引用类型则需要使用不同的类来实现。
  • Objective-C 中有四种 NSLocalizedString 开头的宏来对字符串进行本地化，而 Swift 中这被简化为了单个函数 NSLocalizedString(_:tableName:bundle:value:comment:)，其中后三个参数有默认值。

数字

  • Int / Double / Bool 等数字类型均可用 as 安全地桥接到 NSNumber，但反过来需要使用 as? 或 as!，因为 NSNumber 可以表示多种类型。

合集类型

  • NSArray / NSSet / NSDictionary 这三种合集类型，一开始是桥接到 [AnyObject] / Set<NSObject> / [NSObject: AnyObject]。得益于 Swift 3 的两份提案 SE-0116、SE-0131，现在已桥接到 [Any] / Set<AnyHashable> / [AnyHashable: Any]。
  • Xcode 7.0 为 Objective-C 引入了轻量级的泛型，允许指定合集的元素类型，以方便与 Swift 桥接，如 NSArray<NSData*>* 将桥接到 [Data]。

Core Foundation

  • 在 Swift 中，Core Foundation 所有类型的 Ref 后缀都会自动删掉，因为 Swift 的类一定是引用类型的。另外，可以指向任意 Core Foundation 类型的 CFTypeRef 桥接到了 AnyObject。
  • 对于已经标注过的 CF API，Swift 会自动进行内存管理，不再需要 CFRetain 或 CFRelease；否则需要手动进行标注或是手动管理 Unmanaged 对象，详见 NSHipster 的文章。

日志记录

  • 在 macOS 10.12 / iOS 10.0 / watchOS 3.0 / tvOS 10.0 及更高版本的平台上，统一日志记录系统于 os.log 模块提供了 os_log 函数来记录日志，以此取代 Foundation 中的 NSLog。

Cocoa 设计模式

委托

  • 不论是 Swift 还是 Objective-C，委托均由协议来表达。被委托类型遵循委托协议并实现了一系列委托方法，而委托对象则会保存一个被委托类型的实例，并在各种事件发生时委托其处理。
class MyDelegate: NSObject, NSWindowDelegate {
  func window(_ window: NSWindow, willUseFullScreenContentSize proposedSize: NSSize) -> NSSize {
    return proposedSize
  }
}
myWindow.delegate = MyDelegate()
if let fullScreenSize = myWindow.delegate?.window(myWindow, willUseFullScreenContentSize: mySize) {
  print(NSStringFromSize(fullScreenSize))
}

错误处理

  • 按照 Objective-C 的惯例，可能产生错误的方法接受一个 NSError** 作为输出参数，并返回 BOOL 值表示方法调用是否成功。
  • 在 Swift 1 时代，这些 Objective-C API 没有什么变动，依然需要传入 NSError 对象指针。
  • 在 Swift 2 时代，引入了语言原生的错误处理机制，所有错误参数被替换为 throws 关键字，返回类型从 BOOL 改为 Void。

单例

  • 单例模式使用一个全局共享的实例，以提供资源或服务的统一接入点。
  • 在 Objective-C 中，可以用 dispatch_once 保证单例只被创建一次。
+ (instancetype)sharedInstance {
    static id _sharedInstance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _sharedInstance = [[self alloc] init];
    });
    return _sharedInstance;
}
  • 在 Swift 中，可以直接使用惰性初始化的类型属性。如果调用构造器之后还要做其他初始化工作，可以写一个立即执行的闭包（IIFE）。
class Singleton {
    static let sharedInstance: Singleton = {
        let instance = Singleton()
        // Setup…
        return instance
    }()
}

内省

  • 内省（Introspection）即运行时类型检查，Objective-C 中的 isKindOfClass: 和 conformsToProtocol: 方法、Swift 中的 is 和 as? 运算符均属于此类。
  • 另外，从 Swift 3 开始可以用 type(of:) 来获取一个对象的动态类型（SE-0096 之前是对象的 dynamicType 属性）。

序列化

  • 在 Swift 中，遵循 Codable 协议的类型即可使用 JSON{En,De}coder 和 PropertyList{En,De}coder 进行序列化和反序列化，处理自定义类型详见官方文档。

命令行参数

  • 可以通过 CommandLine.arguments 来访问命令行参数，这和 ProcessInfo.processInfo.arguments 等价。

C API

基本类型

  • Swift 为 C 语言的基本类型提供了等价的类型，但它们不会隐式转换为 Swift 原生的数字类型。
C Swift
bool CBool
char, signed char CChar
unsigned char CUnsignedChar
short CShort
unsigned short CUnsignedShort
int CInt
unsigned int CUnsignedInt
long CLong
unsigned long CUnsignedLong
long long CLongLong
unsigned long long CUnsignedLongLong
wchar_t CWideChar
char16_t CChar16
char32_t CChar32
float CFloat
double CDouble

指针

  • Swift 尽可能避免了直接使用指针，但仍然提供了多种指针类型以操作内存地址：
C Swift
const T * UnsafePointer<T>
T * UnsafeMutablePointer<T>
  • 对于类对象而言：
C Swift
T * const * UnsafePointer<T>
T * __strong * UnsafeMutablePointer<T>
T ** AutoreleasingUnsafeMutablePointer<T>
  • 从 Swift 3（SE-0107）开始，指向未知类型内存的指针是：
C Swift
const void * UnsafeRawPointer
void * UnsafeMutableRawPointer
  • 以常量指针为参数的函数可以接受以下值：
    • 常量指针、变量指针或自动释放指针；
    • （如果 T 为 Int8 / UInt8）字符串，以 UTF-8 编码；
    • inout T，即相应类型值前加 &；
    • 数组 [T]。
  • 以变量指针为参数的函数可以接受以下值：
    • 变量指针；
    • inout T；
    • inout [T]。
  • 以自动释放指针为参数的函数可以接受以下值：
    • 自动释放指针；
    • inout T，不过传递的指针指向一个回写临时缓冲区。

枚举

  • Swift 会将所有用 NS_ENUM 宏标记的 C 枚举导入为 Swift 枚举，NS_OPTION 导入为遵循 OptionSet 的结构体和一系列类型属性，而没有用宏标记的 C 枚举则导入为遵循 RawRepresentable 的结构体和一系列全局变量。
  • Xcode 10.0 引入了相仿的 NS_TYPED_ENUM 宏，Swift 会将一系列全局常量导入为遵循 RawRepresentable 的结构体和一系列类型属性，详见官方文档。

预处理指令

  • 因为 Swift 编译器不包含预处理器，所以 Swift 没有预处理指令（preprocessor directives）。
  • 不过 Swift 仍支持条件编译，编译条件包括字面值 true / false、条件编译标志（swift -D <#flag#>）和平台条件函数：
平台条件函数 有效参数
os() macOS, iOS, watchOS, tvOS, Linux
arch() x86_64, arm, arm64, i386
swift() >=x.x 
#if arch(arm) || arch(arm64)
print("Using ARM code")
#elseif arch(x86_64)
print("Using 64-bit x86 code")
#else
print("Using general code")
#endif
  • 顺便一提，因为没有宏系统来支持元编程，Swift 团队维护了一个名叫 GYB（Generate Your Boilerplate）的轻量级模板工具，详见 NSHipster 的文章。

Swift / Objective-C 混编

应用内混编

  导入到 Swift 导入到 Objective-C
Swift 代码 不需要导入语句 #import "ProductModuleName-Swift.h"
Objective-C 代码 不需要导入语句，但需要配置桥接头文件 #import "Header.h"
  • 将 Swift 代码导入 Objective-C，只需 #import Xcode 为 Swift 自动生成的头文件，它声明了所有 Swift 中定义的公开接口，如果已经配置了桥接头文件则亦会声明所有内部接口。
  • 将 Objective-C 代码导入到 Swift，需要在配置好的 Objective-C 桥接头文件（文件名为 ProductModuleName-Bridging-Header.h）中 #import 相关头文件。

框架内混编

  导入到 Swift 导入到 Objective-C
Swift 代码 不需要导入语句 #import <ProductName/ProductModuleName-Swift.h>
Objective-C 代码 不需要导入语句，但依赖框架的伞头文件 #import "Header.h"
  • 将 Swift 代码导入到 Objective-C，只需 #import Xcode 为 Swift 自动生成的头文件，它声明了所有 Swift 中定义的公开接口。
  • 将 Objective-C 代码导入到 Swift，需要在框架的 Objective-C 伞头文件（文件名为 ProductModuleName.h）中 #import 相关头文件，当然它们也就成为了公开接口。

小提示

  • 为避免循环引用，千万别把 Swift 导入到 Objective-C 头文件中，但可以用 @class MyClass; @protocol MyProtocol; 来前向声明 Swift 的类或协议。
  • 上文多次提到的 product module name，默认与用户设定的 product name 相同，不过其中的非字母数字字符会被下划线替代。

@objc

  • 将 Swift 导入到 Objective-C 之后，便可访问标为 @objc 或 @objc(<#name#>) 的 API。
  • Swift 的独有特性不可以被标为 @objc：泛型、元组、非 Int 原始值的枚举、结构体、全局函数、全局变量、类型别名、可变参数、嵌套类型、柯里化的函数。
  • 从 Swift 4（SE-0160）开始，继承自 NSObject 的类及其属性和方法不再自动标为 @objc，现在仍然自动标为 @objc 的情况只剩下几种确保语义一致性的情况：
    • 该类继承自 Objective-C 中定义的类；
    • 其声明重写了父类中的 @objc 声明；
    • 其声明满足了一项 @objc 协议的要求；
    • 已被标为 @IBAction / @IBOutlet / @IBDesignable / @IBInspectable / @GKInspectable / @NSManaged。
  • 可以用 @objcMembers 让一个类本身、其扩展、其子类、其子类的扩展都被自动标为 @objc，另外也有 @nonobjc 显式取消隐式的 @objc。
  • 在 Objective-C 中调用的 Swift API 必须支持动态派发（dynamic dispatch），但这并不意味着在 Swift 中编译器不会将 @objc 方法优化成静态派发。如果一定要使用 Objective-C 运行时中的 KVO、Method Swizzling 等动态特性，得用 @objc dynamic 来强制方法进行动态派发。
  • Objective-C 的类不可以继承自 Swift 的类。

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