Swift的一些特点，重要概念和应用

摘要：Swift发展已有一年多的时间，越来越多的开发者开始学习和使用这门语言，但在实际项目中的应用却还是比较少。本文作者从Swift的语义逻辑、易用性、语言特性、与Cocoa交互等全方位分享如何在实际工程中使用Swift开发。

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简介

Swift语言从WWDC2014发布开始，到现在已经发展了一年多时间，越来越多的开发者也开始学习和使用这门语言。但就我所了解的情况来看，在实际项目中Swift的应用还是比较少。开发者给它的评价也是褒贬不一，有的说它的安全性高，有的说它的特性多，有的说它的学习成本高，还有的说它是一个玩具语言不适合工程。其实这都很正常，因为一千个人眼中有一千个哈姆雷特，语言的喜好本身就是一件很主观的事情。具体这个语言怎么样，适不适合工程，需要每个人实践之后才能得出自己结论。

Swift的特点

支持Unicode

代码原生支持Unicode字符。不仅在字符串中，甚至变量名、函数名等都能直接使用Unicode字符。虽然看上去很强大，但似乎并没有什么用，应该没人喜欢在编程时不停的切换输入法吧？

安全的类型

采用严格的类型，并去掉了隐式类型转换：

 

隐式类型转换一直是一把双刃剑，虽然使用便利，但是可能引入一些很难调试的BUG，不容忽视。把隐式类型转换摘除，利大于弊。

从类型层面将空值nil隔离，使用时要求对空值进行处理：

严格的语义逻辑

 

Swift对C语系一些常见的语义逻辑漏洞进行了修改，比如if等条件限定为Bool类型，赋值“=”操作不再有返回值等（其实有，是Void，即空元组“()”）。虽然使用上没有之前那么方便和灵活，但这种改变能杜绝很大一部分的手误BUG，比如“==”写成“=”，还能避免一些偷懒所引入的很隐秘的坑，对程序的稳定性和程序员好习惯的培养有很大帮助。

易用性

沿用并完善了Objective-C的函数中缀调用方式，参数有了真正的名字，调用时带上参数名能让函数接口更容易理解，可读性更好：

优化了可变参数定义和使用方式：

 

在C语系中定义可变参数还需要va_list、va_start等，一段时间不用根本想不起来怎么写，还得上网查，而在Swift中只需要遍历一个数组就能取到所有参数，非常方便。

优化了控制流的使用：

 

Switch的case可以连写，而且加入了很多实用的匹配模式，比如匹配范围、元组、条件等，还可以自定义匹配模式，十分强大。另外分支默认是break方式，不像在C语言中，明知道90%的case都是要break的，还要强制写上。还有一个很好的优化就是加入了跳转标签，在多重循环间控制转移的时候更灵活了。

加入了很多实用语法糖，仅仅一个闭包就有这么多简写方式：

 

这些语法糖能节省大量的开发时间和代码量，使用得当也能让代码更清晰，可读性更好。当然如果滥用的话可能起反作用。

丰富的语言特性

Swift支持类、协议、继承、多态等面向对象的语言特性：

 

也有高级函数、闭包等函数式编程特性：

 

还有泛类型、泛函数、泛协议等泛型编程特性以及操作符自定义等新特性：

 

总之Swift加入了大量的流行语言特性，功能灵活、强大，但是语法点也增加了很多，导致语法学习难度增大，各位可以按需要进行有针对性的学习。

Swift的一些重要概念

值与引用

值与引用类型在某些情况下与我们的编程习惯可能会有些冲突，是Swift初学常遇到的一个坑。先看一个例子，定义两个数组arr1和arr2，arr2用arr1赋值：

修改arr2[0]后，发现arr1[0]并没有修改。由此可知在Swift中，Array类型是值类型。再来看看Array的实现方式。按住Command键点击Array类型，进入到Swift库，可以看到如下定义：

  

 

Array和Dictionary，包括Int、Set、Double等基本内建数据类型都是由struct及其实现的一组协议构成。由于struct类型是值类型，所以Swift中的基本内建类型都是值类型。由于是值类型，所以每次赋值或者传参的时候都会有个拷贝的过程。我们先来做个实验：

 

运行以上代码可以发现，在修改了arr[0]的情况下，赋值的时间是1783ms（模拟器下），而仅是读取的情况，赋值时间是0ms。这个结果说明值传递使用了写时拷贝（copy on write）技术，也就是说只要不修改存储的数据，副本和原值共享内存区域。因此我们在使用这些值类型的时候一般有一些原则：

1. 尽量限制数据规模；
2. 如果数据规模较大，尽量不用作赋值和传参；
3. 如果需要赋值和传参，尽量定义为常量或后续不修改数据；
4. 如果以上都不能避免，可以使用引用类型代替值类型，如 NSMutableArray等；

Optional

Optional可选类型是Swift的一个重要概念，也是初学者比较难理解的地方。我们经常能在阅读代码时看到下面这样的代码：

有问号有感叹号，放的位置不一样作用也不一样，用的时候搞不清什么时候该用哪个，只好跟着xcode提示走，掉进坑里也不知道。要搞清楚这个问题先要明白Optional是什么。在Swift库中可以找到Optional的定义：

Optional其实是个泛型枚举，定义时的类型比如 Int? 等价于 Optional<Int>。它实现了NilLiteralConvertible协议，所以能被nil字面量赋值。当可选类型用nil赋值时，nil被转化成None，当用非nil赋值时，转化为Some(T)。Some(T)这种形式叫做相关值（Associated Values），可以这么理解，这是一种名叫Some，能存放T类型的盒子，我给它赋的值就放在这个盒子里保存。

可选类型相当于对nil或实际的值做了封装，所以使用Optional时需要将实际的值从Some(T)中取出，这个过程就叫解可选（unwrap）。

先来看看问号定义的可选类型：

 

问号定义的可选类型就是普通的Optional，常用的解可选方式有三种，如上图所示。

1. 先对opt进行判空，若不为空则用 opt! 进行强制解可选。“!”在这里的意思就是，我确定该值不为空，请直接取出实际值；
2. 用if let unwrap = opt 来解可选。这是Swift为解可选做的语法糖，叫做可选绑定。如果opt为nil则进入else分支，若不为nil则将实际值提取到unwrap，然后进入if分支；
3. 利用opt ?? 0解可选。“??”叫空合运算符（Nil Coalescing Operator），作用就是，如果opt为nil，表达式值取后面的默认值，否则表达式返回opt的实际值；

再来看看感叹号定义的可选类型：

 

感叹号定义的可选类型叫做隐式解可选类型。在概念上与问号定义的可选类型并没有什么区别，只是在使用形式上有些不同。

隐式解可选类型在用作右值时并不需要人为进行解可选，它默认由编译器进行强制解可选，相当于编译器自动在后面添加一个感叹号。这样在使用的时候就不用强制对空值进行处理，更方便一点，但是却十分危险，因为必须由人工保证opt_f在用到的地方必须不为nil，否则程序会crash。而人脑总不如机器保险，因此一般情况不建议使用隐式可选类型。

问号还有一种使用场景叫做可选链。先来看看这么一种情况：

 

我定义了一个Person类，类有father属性表示他的父亲，而孤儿可能不知道父亲是谁，因此father是个可选类型。现在来了一个需求，需要获取某个人曾祖父的名字，我们可能会写出如下代码：

 

看上去很不美观，写起来更费劲。针对这种情景，Swift做了优化，加入了可选链这种语法糖，上面的代码就能改写为：

用问号把方法调用或属性获取等连接起来，组成一条调用链。意思就是我不关心中间过程，只关心最后结果，如果中途任何环节返回了nil，就直接返回nil，否则返回最后结果。这样就能节省很多工作量，让代码看上去更美观，结构更清晰。需要注意的一点是，虽然name是确定的String类型，但是由于可选链上任一环节都可能返回nil，最后得到的是一个String？可选类型，所以还需要做一次解可选操作。

Swift的应用

与Cocoa交互

要用Swift写App首先需要了解的就是UI怎么写、系统功能怎么调用。由于Swift并没有重写系统功能库，只是对Cocoa进行了桥接，所以要调用系统功能就要与Cocoa的交互。Swift与Cocoa交互的细节非常多，但是并没有太大难度，因为Cocoa的使用与用Objective-C开发时没有太大不同，一般来说跟着Xcode的提示走基本都没有问题。需要注意的几点：

1. Swift没有发消息这种方式，所有方法调用和属性访问都是用点操作， alloc、init桥接成了swift中的构造器，使用时直接用class实例化的方式即可。
2. 一些常用类型在swift中都有对应，可以相互转换，通常情况建议使用swift的类型。
3. Object-C中有些机制比如 KVO等在swift中不支持，如果要使用，需要带上@objc、dynamic等标记。

多线程

Swift语言本身并没有多线程支持，因此要使用多线程还是要调用NSThread、GCD等：

此外，Object-C中一个很方便的代码互斥方式@synchronized在swift中不支持，因此要实现代码互斥需要自己使用锁。当然也可以模仿@synchronized自定义一个synchronized方法，利用尾部闭包造出原来的感觉：

单例

单例模式是移动开发中常见的一种模式，其一般要求是：

1. 只初始化一次；
2. 线程安全；

在Object-C中单例通常是用dispatch_once来实现的，在Swift中同样可以这么做。但是由于Swift中支持全局变量、常量的lazy初始化，我们可以简化单例的实现：

通过let定义单例实例常量来保证线程安全，通过全局常量的lazy初始化来保证单例只初始化一次。

ARC

Swift中的ARC原理与Object-C中一样，只不过在使用形式上有所不同。Swift中所有引用默认都是强引用，另外加入了两个ARC标记：

• weak：类似Object-C的weak，弱引用，引用失效后引用自动赋值为nil；
• unowned：类似Object-C中的unsafe_unretain，弱引用，引用失效后保留引用本身；

由于weak引用在使用过程中可能变为nil，所以weak引用必须是可选类型（Optional）。另外Swift对闭包捕获的变量的标记做了优化：

在Object-C中这种情况需要在闭包之外定义一个weak self，然后闭包捕获weak self。Swift中只需要把weak self写在闭包参数表之前的中括号中即可完成同样功能，这种方式代码结构更清晰，可读性更好。需要注意的是在闭包内self是weak的，是个可选类型，因此使用self时需要解可选。

Delegate

代理模式是开发中很常见的一种模式，它的实现原理与Object-C类似，也是通过协议来确定代理接口，用实现协议的实例来充当代理：

不同的地方在于，Object-C中delegate是id类型的，而swift中协议是一种基本类型，delegate可以直接定义为协议类型，这样能让代理的职责更明确。要注意的地方是delegate是weak的，所以必须使用可选类型，而且weak标记的必须是引用，所以protocol必须打上class标记，表示该协议只能被class实现，这样协议类型才能当做引用类型使用。

自定义操作符

Swift中可以自定义操作符，自定义一个操作符需要两个要素：

1. 操作符特性描述，包括：操作符位置 prefix、infix、postfix等，操作符的结合性left、right以及操作符的优先级；
2. 操作符功能函数，参数和返回值需要与操作符特性一致，比如 prefix的操作符接受一个参数，返回一个值；

比如我们可以定义一个笑脸操作符，他在字符串后面添加一个笑脸（^_^）：

函数式编程

在Swift中，函数是first-class，也就是说函数可以作为参数传入也可以作为返回值返回，也可以给变量赋值。函数式编程是一种很强大、很灵活的思想，在Object-C中也有block等函数式编程思想，但并不明显，在Swift中这一点得到了强化。

比如说可以实现一个函数工厂：

 

泛型编程

Swift中增加了泛型这个概念，泛型是一种很好的代码复用机制，用于将类型不同但实现相同的代码统一起来。泛型在Swift中应用非常广泛，你只要跳转到Swift的库文件就会发现类型、操作符、全局函数的定义中大量应用了泛型，因此不再做详细介绍。这里有一个小例子，利用操作符自定义、函数式和泛型在代码中实现管道机制：

总结

Swift有着更严格的类型和更规范的语义，针对容易造成BUG的点进行了优化，又加入了很多不错的语法糖，代码更简洁、更安全。它吸收了大量其他语言的优秀特性，可以实现一些强大灵活的设计模式，但也造成了其语法繁杂的缺点，增加了学习的难度。Swift本身的设计目标是高效、灵巧，但由于需要兼容Cocoa，导致其设计受到牵制，引入了一些有隐患的设计。由于这些特点，编写Swift代码其实很依赖IDE的辅助，但目前为止xcode的表现还不稳定，经常提示错误，再加上几乎每次xcode更新都伴随着Swift语法修改，Swift想要广泛应用于实际工程还有一段路要走，而Swift2.0的发布和Swift开源化，无疑将加快这个进程。