蘋果的新程式語言 Swift 簡介

lucida發表於2014-06-04
蘋果Swift

　關於

　　這篇文章簡要介紹了蘋果於WWDC 2014釋出的程式語言——Swift。

　前言

　　在這裡我認為有必要提一下Brec Victor的Inventing on Principle，Swift程式設計環境的大部分概念都源自於Brec這個演講。

　　接下來進入正題。

　Swift是什麼？

　　Swift是蘋果於WWDC 2014釋出的程式語言，這裡引用The Swift Programming Language的原話：

Swift is a new programming language for iOS and OS X apps that builds on the best of C and Objective-C, without the constraints of C compatibility. Swift adopts safe programming patterns and adds modern features to make programming easier, more flexible and more fun. Swift’s clean slate, backed by the mature and much-loved Cocoa and Cocoa Touch frameworks, is an opportunity to imagine how software development works. Swift is the first industrial-quality systems programming language that is as expressive and enjoyable as a scripting language.

　　簡單的說：

  1. Swift用來寫iOS和OS X程式。（估計也不會支援其它屌絲系統）
  2. Swift吸取了C和Objective-C的優點，且更加強大易用。
  3. Swift可以使用現有的Cocoa和Cocoa Touch框架。
  4. Swift兼具編譯語言的高效能（Performance）和指令碼語言的互動性（Interactive）。

　Swift語言概覽

　　基本概念

　　注：這一節的程式碼源自The Swift Programming Language中的A Swift Tour。

　　Hello, world

　　類似於指令碼語言，下面的程式碼即是一個完整的Swift程式。

println("Hello, world")

　　變數與常量

　　Swift使用var宣告變數，let宣告常量

var myVariable = 42
myVariable = 50
let myConstant = 42

　　型別推導

　　Swift支援型別推導（Type Inference），所以上面的程式碼不需指定型別，如果需要指定型別：

let explicitDouble : Double = 70

　　Swift不支援隱式型別轉換（Implicitly casting），所以下面的程式碼需要顯式型別轉換（Explicitly casting）：

let label = "The width is "
let width = 94
let width = label + String(width)

　　字串格式化

　　Swift使用\(item)的形式進行字串格式化：

let apples = 3
let oranges = 5
let appleSummary = "I have \(apples) apples."
let appleSummary = "I have \(apples + oranges) pieces of fruit."

　　陣列和字典

　　Swift使用[]操作符宣告陣列（array）和字典（dictionary）：

var shoppingList = ["catfish", "water", "tulips", "blue paint"]
shoppingList[1] = "bottle of water"

var occupations = [
    "Malcolm": "Captain",
    "Kaylee": "Mechanic",
]
occupations["Jayne"] = "Public Relations"

　　一般使用初始化器（initializer）語法建立空陣列和空字典：

let emptyArray = String[]()
let emptyDictionary = Dictionary<String, Float>()

　　如果型別資訊已知，則可以使用[]宣告空陣列，使用[:]宣告空字典。

　　控制流

　　概覽

　　Swift的條件語句包含if和switch，迴圈語句包含for-in、for、while和do-while，迴圈/判斷條件不需要括號，但迴圈/判斷體（body）必需括號：

let individualScores = [75, 43, 103, 87, 12]
var teamScore = 0
for score in individualScores {
    if score > 50 {
        teamScore += 3
    } else {
        teamScore += 1
    }
}

　　可空型別

　　結合if和let，可以方便的處理可空變數（nullable variable）。對於空值，需要在型別宣告後新增?顯式標明該型別可空。

var optionalString: String? = "Hello"
optionalString == nil

var optionalName: String? = "John Appleseed"
var gretting = "Hello!"
if let name = optionalName {
    gretting = "Hello, \(name)"
}

　　靈活的switch

　　Swift中的switch支援各種各樣的比較操作：

let vegetable = "red pepper"
switch vegetable {
case "celery":
    let vegetableComment = "Add some raisins and make ants on a log."
case "cucumber", "watercress":
    let vegetableComment = "That would make a good tea sandwich."
case let x where x.hasSuffix("pepper"):
    let vegetableComment = "Is it a spicy \(x)?"
default:
    let vegetableComment = "Everything tastes good in soup."
}

　　其它迴圈

　　for-in除了遍歷陣列也可以用來遍歷字典：

let interestingNumbers = [
    "Prime": [2, 3, 5, 7, 11, 13],
    "Fibonacci": [1, 1, 2, 3, 5, 8],
    "Square": [1, 4, 9, 16, 25],
]
var largest = 0
for (kind, numbers) in interestingNumbers {
    for number in numbers {
        if number > largest {
            largest = number
        }
    }
}
largest

　　while迴圈和do-while迴圈：

var n = 2
while n < 100 {
    n = n * 2
}
n

var m = 2
do {
    m = m * 2
} while m < 100
m

　　Swift支援傳統的for迴圈，此外也可以通過結合..（生成一個區間）和for-in實現同樣的邏輯。

var firstForLoop = 0
for i in 0..3 {
    firstForLoop += i
}
firstForLoop

var secondForLoop = 0
for var i = 0; i < 3; ++i {
    secondForLoop += 1
}
secondForLoop

　　注意：Swift除了..還有...：..生成前閉後開的區間，而...生成前閉後閉的區間。

　　函式和閉包

　　函式

　　Swift使用func關鍵字宣告函式：

func greet(name: String, day: String) -> String {
    return "Hello \(name), today is \(day)."
}
greet("Bob", "Tuesday")

　　通過元組（Tuple）返回多個值：

func getGasPrices() -> (Double, Double, Double) {
    return (3.59, 3.69, 3.79)
}
getGasPrices()

　　支援帶有變長引數的函式：

func sumOf(numbers: Int...) -> Int {
    var sum = 0
    for number in numbers {
        sum += number
    }
    return sum
}
sumOf()
sumOf(42, 597, 12)

　　函式也可以巢狀函式：

func returnFifteen() -> Int {
    var y = 10
    func add() {
        y += 5
    }
    add()
    return y
}
returnFifteen()

　　作為頭等物件，函式既可以作為返回值，也可以作為引數傳遞：

func makeIncrementer() -> (Int -> Int) {
    func addOne(number: Int) -> Int {
        return 1 + number
    }
    return addOne
}
var increment = makeIncrementer()
increment(7)
func hasAnyMatches(list: Int[], condition: Int -> Bool) -> Bool {
    for item in list {
        if condition(item) {
            return true
        }
    }
    return false
}
func lessThanTen(number: Int) -> Bool {
    return number < 10
}
var numbers = [20, 19, 7, 12]
hasAnyMatches(numbers, lessThanTen)

　　閉包

　　本質來說，函式是特殊的閉包，Swift中可以利用{}宣告匿名閉包：

numbers.map({
    (number: Int) -> Int in
    let result = 3 * number
    return result
    })

　　當閉包的型別已知時，可以使用下面的簡化寫法：

numbers.map({ number in 3 * number })

　　此外還可以通過引數的位置來使用引數，當函式最後一個引數是閉包時，可以使用下面的語法：

sort([1, 5, 3, 12, 2]) { $0 > $1 }

　　類和物件

　　建立和使用類

　　Swift使用class建立一個類，類可以包含欄位和方法：

class Shape {
    var numberOfSides = 0
    func simpleDescription() -> String {
        return "A shape with \(numberOfSides) sides."
    }
}

　　建立Shape類的例項，並呼叫其欄位和方法。

var shape = Shape()
shape.numberOfSides = 7
var shapeDescription = shape.simpleDescription()

　　通過init構建物件，既可以使用self顯式引用成員欄位（name），也可以隱式引用（numberOfSides）。

class NamedShape {
    var numberOfSides: Int = 0
    var name: String

    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    func simpleDescription() -> String {
        return "A shape with \(numberOfSides) sides."
    }
}

　　使用deinit進行清理工作。

　　繼承和多型

　　Swift支援繼承和多型（override父類方法）：

class Square: NamedShape {
    var sideLength: Double

    init(sideLength: Double, name: String) {
        self.sideLength = sideLength
        super.init(name: name)
        numberOfSides = 4
    }

    func area() -> Double {
        return sideLength * sideLength
    }

    override func simpleDescription() -> String {
        return "A square with sides of length \(sideLength)."
    }
}
let test = Square(sideLength: 5.2, name: "my test square")
test.area()
test.simpleDescription()

 

　　注意：如果這裡的simpleDescription方法沒有被標識為override，則會引發編譯錯誤。

　　屬性

　　為了簡化程式碼，Swift引入了屬性（property），見下面的perimeter欄位：

class EquilateralTriangle: NamedShape {
    var sideLength: Double = 0.0

    init(sideLength: Double, name: String) {
        self.sideLength = sideLength
        super.init(name: name)
        numberOfSides = 3
    }

    var perimeter: Double {
    get {
        return 3.0 * sideLength
    }
    set {
        sideLength = newValue / 3.0
    }
    }

    override func simpleDescription() -> String {
        return "An equilateral triagle with sides of length \(sideLength)."
    }
}
var triangle = EquilateralTriangle(sideLength: 3.1, name: "a triangle")
triangle.perimeter
triangle.perimeter = 9.9
triangle.sideLength

　　注意：賦值器（setter）中，接收的值被自動命名為newValue。

　　willSet和didSet

　　EquilateralTriangle的構造器進行了如下操作：

  1. 為子型別的屬性賦值。
  2. 呼叫父型別的構造器。
  3. 修改父型別的屬性。

　　如果不需要計算屬性的值，但需要在賦值前後進行一些操作的話，使用willSet和didSet。

class TriangleAndSquare {
    var triangle: EquilateralTriangle {
    willSet {
        square.sideLength = newValue.sideLength
    }
    }
    var square: Square {
    willSet {
        triangle.sideLength = newValue.sideLength
    }
    }
    init(size: Double, name: String) {
        square = Square(sideLength: size, name: name)
        triangle = EquilateralTriangle(sideLength: size, name: name)
    }
}
var triangleAndSquare = TriangleAndSquare(size: 10, name: "another test shape")
triangleAndSquare.square.sideLength
triangleAndSquare.square = Square(sideLength: 50, name: "larger square")
triangleAndSquare.triangle.sideLength

　　從而保證triangle和square擁有相等的sideLength。

　　呼叫方法

　　Swift中，函式的引數名稱只能在函式內部使用，但方法的引數名稱除了在內部使用外還可以在外部使用（第一個引數除外），例如：

class Counter {
    var count: Int = 0
    func incrementBy(amount: Int, numberOfTimes times: Int) {
        count += amount * times
    }
}
var counter = Counter()
counter.incrementBy(2, numberOfTimes: 7)

　　注意Swift支援為方法引數取別名：在上面的程式碼裡，numberOfTimes面向外部，times面向內部。

　　?的另一種用途

　　使用可空值時，?可以出現在方法、屬性或下標前面。如果?前的值為nil，那麼?後面的表示式會被忽略，而原表示式直接返回nil，例如：

let optionalSquare: Square? = Square(sideLength: 2.5, name: "optional 
square")
let sideLength = optionalSquare?.sideLength

　　當optionalSquare為nil時，sideLength屬性呼叫會被忽略。

　　列舉和結構

　　列舉

　　使用enum建立列舉——注意Swift的列舉可以關聯方法：

enum Rank: Int {
    case Ace = 1
    case Two, Three, Four, Five, Six, Seven, Eight, Nine, Ten
    case Jack, Queen, King
        func simpleDescription() -> String {
        switch self {
            case .Ace:
                return "ace"
            case .Jack:
                return "jack"
            case .Queen:
                return "queen"
            case .King:
                return "king"
            default:
                return String(self.toRaw())
        }
    }
}
let ace = Rank.Ace
let aceRawValue = ace.toRaw()

　　使用toRaw和fromRaw在原始（raw）數值和列舉值之間進行轉換：

if let convertedRank = Rank.fromRaw(3) {
    let threeDescription = convertedRank.simpleDescription()
}

　　注意列舉中的成員值（member value）是實際的值（actual value），和原始值（raw value）沒有必然關聯。

　　一些情況下列舉不存在有意義的原始值，這時可以直接忽略原始值：

enum Suit {
    case Spades, Hearts, Diamonds, Clubs
        func simpleDescription() -> String {
        switch self {
            case .Spades:
                return "spades"
            case .Hearts:
                return "hearts"
            case .Diamonds:
                return "diamonds"
            case .Clubs:
                return "clubs"
        }
    }
}
let hearts = Suit.Hearts
let heartsDescription = hearts.simpleDescription()

　　除了可以關聯方法，列舉還支援在其成員上關聯值，同一列舉的不同成員可以有不同的關聯的值：

enum ServerResponse {
    case Result(String, String)
    case Error(String)
}

let success = ServerResponse.Result("6:00 am", "8:09 pm")
let failure = ServerResponse.Error("Out of cheese.")

switch success {
    case let .Result(sunrise, sunset):
        let serverResponse = "Sunrise is at \(sunrise) and sunset is at \(sunset)."
    case let .Error(error):
        let serverResponse = "Failure... \(error)"
}

　　結構

　　Swift使用struct關鍵字建立結構。結構支援構造器和方法這些類的特性。結構和類的最大區別在於：結構的例項按值傳遞（passed by value），而類的例項按引用傳遞（passed by reference）。

struct Card {
    var rank: Rank
    var suit: Suit
    func simpleDescription() -> String {
        return "The \(rank.simpleDescription()) of \(suit.simpleDescription())"
    }
}
let threeOfSpades = Card(rank: .Three, suit: .Spades)
let threeOfSpadesDescription = threeOfSpades.simpleDescription()

　　協議（protocol）和擴充套件（extension）

　　協議

　　Swift使用protocol定義協議：

protocol ExampleProtocol {
    var simpleDescription: String { get }
    mutating func adjust()
}

　　型別、列舉和結構都可以實現（adopt）協議：

class SimpleClass: ExampleProtocol {
    var simpleDescription: String = "A very simple class."
    var anotherProperty: Int = 69105
    func adjust() {
        simpleDescription += " Now 100% adjusted."
    }
}
var a = SimpleClass()
a.adjust()
let aDescription = a.simpleDescription

struct SimpleStructure: ExampleProtocol {
    var simpleDescription: String = "A simple structure"
    mutating func adjust() {
        simpleDescription += " (adjusted)"
    }
}
var b = SimpleStructure()
b.adjust()
let bDescription = b.simpleDescription

　　擴充套件

　　擴充套件用於在已有的型別上增加新的功能（比如新的方法或屬性），Swift使用extension宣告擴充套件：

extension Int: ExampleProtocol {
    var simpleDescription: String {
        return "The number \(self)"
    }
    mutating func adjust() {
        self += 42
    }
}
7.simpleDescription

　　泛型（generics）

　　Swift使用<>來宣告泛型函式或泛型型別：

func repeat<ItemType>(item: ItemType, times: Int) -> ItemType[] {
    var result = ItemType[]()
    for i in 0..times {
        result += item
    }
    return result
}
repeat("knock", 4)

　　Swift也支援在類、列舉和結構中使用泛型：

// Reimplement the Swift standard library's optional type
enum OptionalValue<T> {
    case None
    case Some(T)
}
var possibleInteger: OptionalValue<Int> = .None
possibleInteger = .Some(100)

　　有時需要對泛型做一些需求（requirements），比如需求某個泛型型別實現某個介面或繼承自某個特定型別、兩個泛型型別屬於同一個型別等等，Swift通過where描述這些需求：

func anyCommonElements <T, U where T: Sequence, U: Sequence, T.GeneratorType.Element: Equatable, T.GeneratorType.Element == U.GeneratorType.Element> (lhs: T, rhs: U) -> Bool {
    for lhsItem in lhs {
        for rhsItem in rhs {
            if lhsItem == rhsItem {
                return true
            }
        }
    }
    return false
}
anyCommonElements([1, 2, 3], [3])

　　Swift語言概覽就到這裡，有興趣的朋友請進一步閱讀The Swift Programming Language。

　　接下來聊聊個人對Swift的一些感受。

　個人感受

　　注意：下面的感受純屬個人意見，僅供參考。

　　大雜燴

　　儘管我接觸Swift不足兩小時，但很容易看出Swift吸收了大量其它程式語言中的元素，這些元素包括但不限於：

  1. 屬性（Property）、可空值（Nullable type）語法和泛型（Generic Type）語法源自C#。
  2. 格式風格與Go相仿（沒有句末的分號，判斷條件不需要括號）。
  3. Python風格的當前例項引用語法（使用self）和列表字典宣告語法。
  4. Haskell風格的區間宣告語法（比如1..3，1...3）。
  5. 協議和擴充套件源自Objective-C（自家產品隨便用）。
  6. 列舉型別很像Java（可以擁有成員或方法）。
  7. class和struct的概念和C#極其相似。

　　注意這裡不是說Swift是抄襲——實際上程式語言能玩的花樣基本就這些，況且Swift選的都是在我看來相當不錯的特性。

　　而且，這個大雜燴有一個好處——就是任何其它程式語言的開發者都不會覺得Swift很陌生——這一點很重要。

　　拒絕隱式（Refuse implicity）

　　Swift去除了一些隱式操作，比如隱式型別轉換和隱式方法過載這兩個坑，乾的漂亮。

　　Swift的應用方向

　　我認為Swift主要有下面這兩個應用方向：

　　教育

　　我指的是程式設計教育。現有程式語言最大的問題就是互動性奇差，從而導致學習曲線陡峭。相信Swift及其互動性極強的程式設計環境能夠打破這個局面，讓更多的人——尤其是青少年，學會程式設計。

　　這裡有必要再次提到Brec Victor的Inventing on Principle，看了這個視訊你就會明白一個互動性強的程式設計環境能夠帶來什麼。

　　應用開發

　　現有的iOS和OS X應用開發均使用Objective-C，而Objective-C是一門及其繁瑣（verbose）且學習曲線比較陡峭的語言，如果Swift能夠提供一個同現有Obj-C框架的簡易互操作介面，我相信會有大量的程式設計師轉投Swift；與此同時，Swift簡易的語法也會帶來相當數量的其它平臺開發者。

　　總之，上一次某家大公司大張旗鼓的推出一門程式語言及其程式設計平臺還是在2000年（微軟推出C#），將近15年之後，蘋果推出Swift——作為開發者，我很高興能夠見證一門程式語言的誕生。

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