本文「打造強大的BaseModel」的第四篇，《打造強大的BaseModel（1）：讓Model自我描述》、《打造強大的BaseModel（2）：讓Model實現自動對映，將字典轉化成Model》、《打造強大的BaseModel（3）：讓Model實現自動歸檔》。如果你沒有看過前面三篇文章的話，建議在看這篇文章之前先去看看，熟悉一下iOS Runtime的一些東西以及純Swift型別和Objc型別的異同。
而這篇文章則討論了Swift的反射功能，與iOS Runtime不一樣，Swift的反射用了另一套API，實現機制也完全不一樣，倒是和目前其他的面嚮物件語言有些相似，比如C#和Java。不過Swift作為一門很新的語言，目前正在高速發展中，其反射功能和和主流的高階語言還沒法比，但是我相信Apple會在將來大大加強Swift的反射功能，以追上目前主流語言的腳步。
iOS Runtime目前存在的問題
關於iOS Runtime的文章有很多，一搜就能找出一大堆，但是大多數都是介紹什麼是iOS Runtime及怎麼使用Runtime。其實基於Objc的Runtime是iOS開發的黑魔法，甚至可以是說奇技淫巧，比如神奇的Method Swizzle可以交換任何iOS的系統方法，在裡面加上自己定義的一些功能。再比如訊息轉發機制，又比如說一些位於中的方法，比如class_copyIvarList等方法，可以動態獲取一個類裡面所有的方法和屬性，還有就是動態給一個類新增屬性和方法。Objc的Runtime是如此的強大，再加上KVC和KVO這兩個利器，可以實現很多你根本就想不到的功能，給iOS開發帶來極大的便捷。
使用iOS Runtime好處非常多，但缺點也是顯而易見的，主要有下面幾個：
- 基於Objc的Runtime不是型別安全的，需要開發者保證所有資料都是正確的型別。
- Runtime還是需要進行資料型別的檢查，影響了執行效率。
- Apple推出全新的Swift語言後，單純的Swift型別不再相容原先的Objc的Runtime，
其中前面兩個問題影響不大，關鍵在於第三個。基於Swift作為一門靜態語言，所有資料的型別都是在編譯時就確定好了的，但是Apple為了讓Swift相容Objc，讓Swift也使用了Runtime。這顯然會拖累Swift的執行效率，和Apple所宣稱Swift具有超越Objective-C的效能的觀點完全不符。而Swift在將來是會慢慢替代 Objective-C的成為iOS或者OSX開發的主流語言，所以為了效能，我們應該儘量使用原生的Swift資料型別，避免讓Runtime進行Swift型別->Objc型別的隱式轉換。
所以目前的問題是使用Swift原生的資料型別和想要使用Objc的Runtime有了衝突，那麼Swift語言裡有沒有類似於Objc的Runtime的一套機制，讓Swift資料型別也能實現Objc的Runtime的一些功能呢？
很遺憾，這個答案是NO，Swift目前只有有限的反射功能，完全不能和Objc的Runtime相比。
什麼是反射
反射是一種計算機處理方式。是程式可以訪問、檢測和修改它本身狀態或行為的一種能力。
上面的話來自百度百科。使用反射有什麼用，看一些iOS Runtime的文章應該會很明白。下面再列舉一下
- 動態地建立物件和屬性，
- 動態地獲取一個類裡面所有的屬性，方法。
- 獲取它的父類，或者是實現了什麼樣的介面(協議)
- 獲取這些類和屬性的訪問限制(Public 或者 Private)
- 動態地獲取執行中物件的屬性值，同時也能給它賦值(KVC)
- 動態呼叫例項方法或者類方法
- 動態的給類新增方法或者屬性，還可以交換方法(只限於Objective-C)
上面的一系列功能的細節和計算機語言的不同而不同。對於Objective-C來說，位於中的一系列方法就是完成這些功能的，嚴格來說Runtime並不是反射。而Swift真正擁有了反射功能，但是功能非常弱，目前只能訪問和檢測它本身，還不能修改。
Swift的反射
Swift的反射機制是基於一個叫Mirror的Stuct來實現的。具體的操作方式為：首先建立一個你想要反射的類的例項，再傳給Mirror的構造器來例項化一個Mirror物件，最後使用這個Mirror來獲取你想要的東西。
首先我們來寫一些測試用的類
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protocol Drive{ func run() } public class Tire{ //輪胎 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?//汽車品牌 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{ //貨運集團 private var trunks = { return [Trunk]() }() var country:String? var turnover:Float? } //一箇中國的貨運集團 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) //列印出 Mirror for TranGroup print(mirrorTran.subjectType) //列印出 TranGroup print(mirrorTran.displayStyle) //Optional(Swift.Mirror.DisplayStyle.Struct)，是個Struct型別 print(mirrorTran.superclassMirror()) //nil，因為沒有父類 for (key,value) in mirrorTran.children{ print("(key) : (value)") } //列印結果 Optional("trunks") : [DemoConsole.Trunk] Optional("country") : Optional("China") Optional("turnover") : Optional(1.23457e+08) |
可以看出，和第一篇文章一樣，列印出個每個屬性和其值。不同的是，對於自定義物件，不能自動打出裡面的屬性內容。
在利用Swift的反射來改進BaseModel之前，讓我們來看看Mirror裡面都有什麼東西吧
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public init(reflecting subject: Any) //構造器 public typealias Child = (label: String?, value: Any) public typealias Children = AnyForwardCollection public enum DisplayStyle { case Struct case Class case Enum case Tuple case Optional case Collection case Dictionary case Set } public enum AncestorRepresentation { case Generated /// 為所有 ancestor class 生成預設 mirror。 case Customized(() -> Mirror)/// 使用最近的 ancestor 的 customMirror() 實現來給它建立一個 mirror。 case Suppressed /// 禁用所有 ancestor class 的行為。Mirror 的 superclassMirror() 返回值為 nil。 } public let subjectType: Any.Type public let children: Children public let displayStyle: Mirror.DisplayStyle? @warn_unused_result public func superclassMirror() -> Mirror? |
一個一個來看
- 第一個是構造器，它傳入的引數型別是Any型別。說明Mirror支援對任意型別的反射。
- 下面定義了兩個typealias，分別是Child和Children，Child是個元組(label: String?, value: Any)，label是指屬性名，是個可空值，因為不是所有支援反射的資料結構都包含有名字的子節點。 struct 會以屬性的名字做為 label，但是 Collection 只有下標，沒有名字。Tuple 同樣也可能沒有給它們的條目指定名字。是Value是個Any，也就是說屬性可以是任意型別。
- DisplayStyle是個enum，它會告訴你物件的型別。這裡面其他囊括了所有Cocoa的型別，唯一的例外是個Closure，或者Block。
- AncestorRepresentation也是個enum，這個enum用來定義被反射的物件的父類應該如何被反射。也就是說，這隻應用於 class 型別的物件。預設情況（正如你所見）下 Swift 會為每個父類生成額外的 mirror。然而，如果你需要做更復雜的操作，你可以使用 AncestorRepresentation enum 來定義父類被反射的細節。具體都有什麼樣的型別看上面的註釋。
- subjectType是個Any.Type，從上面列印出來的東西可以看出，它應該是AnyClass的名稱,不同的是AnyClass是AnyObject.Type.後面可以寫程式碼驗證
- children是個AnyForwardCollection型別，也就是個Child的集合。AnyForwardCollection是個什麼玩意呢，Apple是這麼說的
123456/// 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`.
這個確實有點難以理解，我試著翻譯過來：一個型別可擦除的包裝器，適用於任何支援向前遍歷的集合，前向遍歷操作任意一個有著相同“元素”型別的底層集合，隱藏底層集合型別的細節。翻譯過來還是不明白什麼意思，也許需要大神指點，我只好把它看作一個可以遍歷的普通集合算了。 - displayStyle是DisplayStyle enum，表示反射的物件屬於什麼樣的型別
- superclassMirror()是獲取父類的Mirror，如果沒有父類，則為nil
下面看看用各種型別來看看Mirror的各個屬性可以列印出什麼
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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() //列印結果 **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") : 111 Optional(".1") : 222 mirror: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則轉化成了正確的型別。其他所有型別都正確在獲取並列印出來了。
Mirror類還有一個些其他的構造器，還有一些擴充套件，可能一些特殊場合會用到，這裡就省略了，總之來說，Swift的反射可以用在以下場景
- 遍歷Turple
- 對類做分析，獲取屬性和值
- 執行時分析物件的一至性
總體來說，因為功能比較弱，使用場景也比較窄。遠遠比不上Objc的Runtime，更別說Java和C#了。
但是相對於Objc的Runtime，Swift的反射是可以獲取全部屬性的，而且API相對於Objc也簡單許多。有時侯，可以用來代替Runtime中獲取所有屬性名的方法
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func getSelfPropertySwift()->[String]{ var selfProperties = [String]() let mir = Mirror(reflecting: self.dynamicType.init()) for (key,_) in mir.children{ selfProperties.append(key!)//這裡可以獲取所有的屬性，但是隻有和Objc相容的型別才能做KVC操作 } return selfProperties } |
可以用這個來重寫description方法,程式碼看起來要簡潔不少。但是—–這個根本就沒法用。
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var dict = [String:AnyObject]() let mir = Mirror(reflecting: self.dynamicType.init()) for (key,value) in mir.children{ if let obj = value as? AnyObject{ //注意字典只能儲存AnyObject型別。 dict[key!] = obj } } return "(self.dynamicType):(dict)" |
Mirror中的children無法識別複雜型別，對於自定義型別，或者是沒有賦值的可空型別，獲取的value是nil，這樣也就無法像第一篇文章中那樣正確地列印出各種個屬性名和值，我的如意算盤落空了。
總結
就目前而言，怪異的API，功能的缺失，讓Swift的反射功能難堪大用。我們之所以要用反射，就是要利用基於反射動態程式設計的特性，實現在執行時動態地給屬性賦值，動態呼叫方法等。不知道是Apple認為Objc的Runtime功能已經足夠強大好用，還是認為Swift的安全更重要，目前在Swift2.2版本反射還是根本沒法用。我希望未來Apple可以好好的加強Swift的反射，參考一下C#和Java的機制，設計出更強大更好用的反射功能
打造強大的BaseModel系列文章到此就完結了，在寫這些文章的過程中，我發現自己對iOS的Runtime有了更深的理解，也明白了Swift和Objc是怎麼相互操作的，可見寫文章的最大收穫還是自己。所以我還會寫更多的iOS開發技巧系列文章，請大家期待。