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V1.0	2020.02.14 星期五

前言

Swift作为一门开发语言，它也有自己的特点和对应的编程特点，接下来我们就一起看一下这门语言。让我们一起熟悉和学习它。感兴趣的可以看下面几篇。
1. Swift编程思想（一） —— 函数式编程简介（一）
2. Swift编程思想（二） —— 函数式编程简介（二）

开始

首先看下主要内容

在此面向协议的编程教程中，您将学习extensions，默认实现和其他将抽象添加到代码中的技术。

下面看下写作环境

Swift 5, iOS 13, Xcode 11

协议Protocols是Swift的基本功能。 它们在Swift标准库的结构中起着主导作用，并且是一种常见的抽象方法。 它们为某些其他语言提供的接口提供了类似的体验。

本教程将向您介绍称为面向协议的编程(protocol-oriented programming)的软件工程实践，这已成为Swift的基础。 如果您正在学习Swift，这确实是您需要掌握的东西！

在本教程中，您将了解：

• 面向对象的编程和面向协议的编程之间的区别。
• 具有默认实现的协议。
• 扩展Swift标准库。
• 使用泛型进一步扩展协议。

你在等什么？ 是时候启动您的Swift引擎了！

假设您正在开发赛车视频游戏。您希望玩家能够驾驶汽车，骑摩托车和驾驶飞机。他们甚至可以骑不同的鸟（因为这是视频游戏），您可以随心所欲地驾驶！这里的关键是可以驱动或操纵许多不同的“事物”。

此类应用程序的一种常见方法是面向对象的编程，您可以在其中封装所有逻辑，然后将其继承给其他类。基类中将包含“驾驶”和“飞行员”逻辑。

您可以通过为每种车辆创建类来开始对游戏进行编程。现在在鸟概念中使用大头针。稍后您将进行处理。

在编写代码时，您会注意到Car和Motorcycle共享一些功能，因此您创建了一个称为MotorVehicle的基类并将其添加到其中。然后，Car和Motorcycle将从MotorVehicle继承。您还设计了一个名为Aircraft的基类，Plane继承自该基类。

您认为，“这很好。”可是等等！您的赛车游戏设定为30XX年，有些汽车可以飞行。

现在，您面临困境。 Swift不支持多重继承。您的飞行汽车如何从MotorVehicle和Aircraft继承？您是否创建另一个合并了两个功能的基类？可能不是，因为没有干净简便的方法可以做到这一点。

谁能从这场灾难性的困境中拯救您的赛车游戏？面向协议的编程可以解救！

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Why Protocol-Oriented Programming?

协议允许您将相似的方法，函数和属性分组。 Swift可让您在类，结构和枚举类型上指定这些接口保证。 只有class类型可以使用基类和继承。

Swift中协议的优点是对象可以遵循多种协议。

以这种方式编写应用程序时，您的代码将变得更加模块化。 将协议视为功能的构建块。 通过使对象符合协议来添加新功能时，您无需构建全新的对象。 那很费时间。 而是，添加不同的构造块，直到对象准备就绪为止。

将基类转换为协议可以解决您的视频游戏难题。 使用协议，您可以创建同时符合MotorVehicle和Aircraft的FlyingCar类。 整洁吧？

是时候动手实践一下这个赛车概念了。

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Hatching the Egg

首先打开Xcode，然后创建一个名为SwiftProtocols.playground的新playground。 然后添加以下代码：

protocol Bird {
  var name: String { get }
  var canFly: Bool { get }
}

protocol Flyable {
  var airspeedVelocity: Double { get }
}

使用Command-Shift-Return建立playground，以确保其正确编译。

这段代码定义了一个简单的协议Bird，带有属性name和canFly。 然后，它定义了一个名为Flyable的协议，该协议具有airspeedVelocity属性。

在以前的协议时代，开发人员将以Flyable作为基类开始，然后依靠对象继承来定义Bird和其他任何飞行的事物。

但是在面向协议的编程中，一切都从协议开始。 此技术使您可以封装函数概念，而无需基类。

如您所见，这使整个系统在定义类型时更加灵活。

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Defining Protocol-Conforming Types

首先将以下结构定义添加到playground的底部：

struct FlappyBird: Bird, Flyable {
  let name: String
  let flappyAmplitude: Double
  let flappyFrequency: Double
  let canFly = true

  var airspeedVelocity: Double {
    3 * flappyFrequency * flappyAmplitude
  }
}

该代码定义了一个新的名为FlappyBird的结构，该结构同时符合Bird和Flyable协议。 它的airspeedVelocity是一个包含flappyFrequency和flappyAmplitude的计算属性。 由于不稳定，它会为canFly返回true。

接下来，将以下两个结构定义添加到playground的底部

struct Penguin: Bird {
  let name: String
  let canFly = false
}

struct SwiftBird: Bird, Flyable {
  var name: String { "Swift \(version)" }
  let canFly = true
  let version: Double
  private var speedFactor = 1000.0
  
  init(version: Double) {
    self.version = version
  }

  // Swift is FASTER with each version!
  var airspeedVelocity: Double {
    version * speedFactor
  }
}

企鹅Penguin是Bird，但它不会飞。 好东西，您没有采用继承方法让所有鸟类都可以飞行(Flyable)！

使用协议，您可以定义功能组件并使任何相关对象符合它们。

然后，您声明SwiftBird，但是在我们的游戏中有不同版本的SwiftBird。 version属性越高，由计算属性定义的airspeedVelocity越快。

但是，您会看到有冗余。 每种类型的Bird都必须声明其是否可以飞行canFly-即使系统中已经存在Flyable的概念。 几乎就像您需要一种定义协议方法的默认实现的方法一样。 嗯，这就是协议扩展的地方。

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Extending Protocols With Default Implementations

协议扩展允许您定义协议的默认行为。 要实现第一个，请在Bird协议定义下面插入以下内容：

extension Bird {
  // Flyable birds can fly!
  var canFly: Bool { self is Flyable }
}

这段代码定义了Bird的扩展。 它将canFly的默认行为设置为在类型符合Flyable协议时返回true。 换句话说，任何Flyable可飞鸟都不再需要显式声明它可以canFly。 它会像大多数鸟类一样飞翔。

现在从FlappyBird，Penguin和SwiftBird中删除let canFly =...。 再次构造playground。 您会注意到playground仍然可以成功构建，因为协议扩展现在可以满足该要求。

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Enums Can Play, Too

Swift中的枚举Enum类型比C和C ++的枚举功能强大得多。 它们采用许多传统上仅支持类或结构类型的功能，这意味着它们可以符合协议。

在playground的末尾添加以下枚举定义：

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!")
    }
  }
}

通过定义正确的属性，UnladenSwallow符合Bird和Flyable这两个协议。 因为它是这样的遵循者，所以它也可以使用canFly的默认实现。

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Overriding Default Behavior

您的UnladenSwallow类型通过遵循Bird协议自动收到canFly的实现。 但是，您希望UnladenSwallow.unknown为canFly返回false。

您可以覆盖默认实现吗？ 你打赌 回到playground的尽头并添加一些新代码：

extension UnladenSwallow {
  var canFly: Bool {
    self != .unknown
  }
}

现在，只有.african和.european才能为canFly返回true。 试试看！ 在playground的末尾添加以下代码：

UnladenSwallow.unknown.canFly         // false
UnladenSwallow.african.canFly         // true
Penguin(name: "King Penguin").canFly  // false

构建playground，您会注意到它显示了上面评论中给出的值。

这样，您就可以像在面向对象编程中使用虚拟方法(virtual methods)那样覆盖属性和方法。

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Extending Protocols

您还可以使自己的协议与Swift标准库中的其他协议保持一致，并定义默认行为。 将您的Bird协议声明替换为以下代码：

protocol Bird: CustomStringConvertible {
  var name: String { get }
  var canFly: Bool { get }
}

extension CustomStringConvertible where Self: Bird {
  var description: String {
    canFly ? "I can fly" : "Guess I'll just sit here :["
  }
}

符合CustomStringConvertible意味着您的类型需要具有description属性，以便在需要时将其自动转换为String。 您没有定义此属性到当前和将来的每种Bird类型，而是定义了协议扩展，CustomStringConvertible仅将其与Bird类型相关联。

在playground底部输入以下内容进行尝试：

UnladenSwallow.african

构建playground，您应该会在助手编辑器中看到I can fly的字样。 恭喜你！ 您已经扩展了协议。

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Effects on the Swift Standard Library

协议扩展无法用外壳抓一磅重的椰子，但是您已经知道，它们可以提供一种自定义和扩展命名类型功能的有效方法。 Swift团队还采用协议来改进Swift标准库。

将此代码添加到playground的末尾：

let numbers = [10, 20, 30, 40, 50, 60]
let slice = numbers[1...3]
let reversedSlice = slice.reversed()

let answer = reversedSlice.map { $0 * 10 }
print(answer)

您也许能够猜出答案，但是可能令人惊讶的是所涉及的类型。

例如，slice不是Array <Int>，而是ArraySlice <Int>。 这种特殊的包装器类型充当原始数组的视图，提供了一种快速有效的方法来对较大数组的各个部分执行操作。 同样，reversedSlice是ReversedCollection <ArraySlice <Int >>，这是另一种包装器类型，具有对原始数组的视图。

幸运的是，开发Swift标准库的向导将map函数定义为Sequence协议的扩展，所有Collection类型都遵循该协议。 这使您可以像在ReversedCollection上一样轻松地在Array上调用map，而不会注意到差异。 您很快就会借用这一重要的设计模式。

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Off to the Races

到目前为止，您已经定义了几种符合Bird的类型。 现在，您将在playground的尽头添加完全不同的内容：

class Motorcycle {
  init(name: String) {
    self.name = name
    speed = 200.0
  }

  var name: String
  var speed: Double
}

这个类与鸟类或飞行无关。 您只想将摩托车与企鹅竞赛。 现在该将这些古怪的赛车手带入起跑线了。

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Bringing It All Together

为了统一这些不同的类型，您需要一个通用的赛车协议。 得益于一种称为追溯建模(retroactive modeling)的好主意，您甚至可以在不触及原始模型定义的情况下进行管理。 只需将以下内容添加到您的playground：

// 1
protocol Racer {
  var speed: Double { get }  // speed is the only thing racers care about
}

// 2
extension FlappyBird: Racer {
  var speed: Double {
    airspeedVelocity
  }
}

extension SwiftBird: Racer {
  var speed: Double {
    airspeedVelocity
  }
}

extension Penguin: Racer {
  var speed: Double {
    42  // full waddle speed
  }
}

extension UnladenSwallow: Racer {
  var speed: Double {
    canFly ? airspeedVelocity : 0.0
  }
}

extension Motorcycle: Racer {}

// 3
let racers: [Racer] =
  [UnladenSwallow.african,
   UnladenSwallow.european,
   UnladenSwallow.unknown,
   Penguin(name: "King Penguin"),
   SwiftBird(version: 5.1),
   FlappyBird(name: "Felipe", flappyAmplitude: 3.0, flappyFrequency: 20.0),
   Motorcycle(name: "Giacomo")]

这是这样做的：

• 1） 首先，定义协议Racer。 该协议定义了您的游戏中可以竞争的所有内容。
• 2） 然后，使所有内容符合Racer，以便我们所有现有的类型都可以进行比赛。 某些类型（例如Motorcycle）微不足道。 其他，例如UnladenSwallow，则需要更多逻辑。 无论哪种方式，当您完成后，都会有许多一致的Racer类型。
• 3） 在所有类型都位于开始位置的情况下，您现在创建一个Array <Racer>，其中包含您所创建的每种类型的实例。

构建playground检查所有编译。

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Top Speed

是时候编写一个确定赛车手最高速度的函数了。 将以下代码添加到playground的末尾：

func topSpeed(of racers: [Racer]) -> Double {
  racers.max(by: { $0.speed < $1.speed })?.speed ?? 0.0
}

topSpeed(of: racers) // 5100

该函数使用Swift标准库函数max来找到速度最高的赛车并返回。 如果用户为赛车手传入一个空数组，则返回0.0。

建造playground，您会发现您先前创建的赛车手的最大速度确实为5100。

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Making It More Generic

假设Racers相当大，并且您只想找到一部分参与者的最高速度。 解决方案是将topSpeed（of :)更改为采用Sequence而不是具体Array的任何东西。

用以下函数替换现有的topSpeed（of :)实现：

// 1
func topSpeed<RacersType: Sequence>(of racers: RacersType) -> Double
    /*2*/ where RacersType.Iterator.Element == Racer {
  // 3
  racers.max(by: { $0.speed < $1.speed })?.speed ?? 0.0
}

这可能看起来有点吓人，但是它是如何分解的：

• 1） RacersType是此函数的通用类型。 它可以是符合Swift标准库的Sequence协议的任何类型。
• 2） where子句指定Sequence的Element类型必须符合Racer协议才能使用此功能。
• 3） 实际的函数主体与以前相同。

现在，将以下代码添加到playground的底部：

topSpeed(of: racers[1...3]) // 42

建立playground，您将看到输出为42的答案。 该函数现在适用于任何Sequence类型，包括ArraySlice。

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Making It More Swifty

这是一个秘密：您可以做得更好。 在`playground的结尾添加以下内容：

extension Sequence where Iterator.Element == Racer {
  func topSpeed() -> Double {
    self.max(by: { $0.speed < $1.speed })?.speed ?? 0.0
  }
}

racers.topSpeed()        // 5100
racers[1...3].topSpeed() // 42

从Swift标准库剧本中借用，您现在扩展了Sequence本身，使其具有topSpeed（）函数。 该函数很容易发现，仅在处理Sequence的Racer类型时才适用。

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Protocol Comparators

Swift协议的另一个功能是如何表示运算符要求，例如==的对象相等，或如何比较>和<的对象。 您已知道这笔交易-将以下代码添加到playground的底部：

protocol Score {
  var value: Int { get }
}

struct RacingScore: Score {
  let value: Int
}

拥有Score协议意味着您可以编写以相同方式对待所有分数的代码。 但是，通过使用不同的具体类型（例如RacingScore），您不会将这些分数与样式分数或可爱分数混为一谈。 谢谢，编译器！

您希望分数具有可比性，这样您就可以分辨出谁得分最高。 在Swift 3之前，开发人员需要添加全局运算符功能以符合这些协议。 今天，您可以将这些静态方法定义为模型的一部分。 为此，将Score和RacingScore的定义替换为以下内容：

protocol Score: Comparable {
  var value: Int { get }
}

struct RacingScore: Score {
  let value: Int
  
  static func <(lhs: RacingScore, rhs: RacingScore) -> Bool {
    lhs.value < rhs.value
  }
}

真好！ 您已经将RacingScore的所有逻辑封装在一个地方。 Comparable只需要您为小于运算符提供一个实现。 其余要比较的运算符（例如大于）具有Swift标准库基于小于运算符提供的默认实现。

在playground底部使用以下代码行测试新发现的操作符技能：

RacingScore(value: 150) >= RacingScore(value: 130) // true

建立playground，您会注意到答案是true。 您现在可以比较分数了！

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Mutating Functions

到目前为止，您实现的每个示例都演示了如何添加函数。 但是，如果您想让协议定义一些可以改变对象外观的东西，该怎么办？ 您可以通过在协议中使用可变方法来做到这一点。

在playground的底部，添加以下新协议：

protocol Cheat {
  mutating func boost(_ power: Double)
}

这定义了一种协议，可使您的类型作弊。 怎么样？ 通过增加您认为合适的任何东西。

接下来，使用以下代码在SwiftBird上创建一个符合Cheat的扩展：

extension SwiftBird: Cheat {
  mutating func boost(_ power: Double) {
    speedFactor += power
  }
}

在这里，您实现boost（_ :)并通过传入的power使speedFactor增加。您添加了mutating关键字，以使该结构体知道其值之一将在此函数中更改。

将以下代码添加到playground上，以了解其工作原理：

var swiftBird = SwiftBird(version: 5.0)
swiftBird.boost(3.0)
swiftBird.airspeedVelocity // 5015
swiftBird.boost(3.0)
swiftBird.airspeedVelocity // 5030

在这里，您已经创建了一个可变的SwiftBird，并将其速度提高了三倍，然后又提高了三倍。 构建playground，您应该注意到SwiftBird的airspeedVelocity随着每次增强而增加。

要继续学习有关协议的更多信息，请阅读Swift的官方文档official Swift documentation。

您可以在Apple的开发人员门户上观看有关面向协议的编程的WWDC精彩会议an excellent WWDC session。 它提供了对所有背后理论的深入探索。

与任何编程范例一样，很容易变得过于旺盛并将其用于所有事物。 克里斯·艾德霍夫（Chris Eidhof）的这篇有趣的博客文章blog post by Chris Eidhof提醒读者，他们应该提防银子弹解决方案。 不要在各处仅因为协议“而使用”。

后记

本篇主要讲述了基于Swift5.1的面向协议编程，感兴趣的给个赞或者关注~~~