SwiftUI學習（一）

總覽

如果你想要入門 SwiftUI 的使用，那 Apple 這次給出的官方教程絕對給力。這個教程提供了非常詳盡的步驟和說明，網頁的互動也是一流，是覺得值得看和動手學習的參考。

不過，SwiftUI 中有一些值得注意的細節在教程裡並沒有太詳細提及，也可能造成一些困惑。這篇文章以我的個人觀點對教程的某些部分進行了補充說明，希望能在大家跟隨教程學習 SwiftUI 的時候有點幫助。這篇文章的推薦閱讀方式是，一邊參照 SwiftUI 教程實際動手進行實現，一邊在到達對應步驟時參照本文加深理解。在下面每段內容前我標註了對應的教程章節和連結，以供參考。

在開始學習 SwiftUI 之前，我們需要大致瞭解一個問題：為什麼我們會需要一個新的 UI 框架。

為什麼需要 SwiftUI

UIKit 面臨的挑戰

對於 Swift 開發者來說，昨天的 WWDC 19 首日 Keynote 和 Platforms State of the Union 上最引人注目的內容自然是 SwiftUI 的公佈了。從 iOS SDK 2.0 開始，UIKit 已經伴隨廣大 iOS 開發者經歷了接近十年的風風雨雨。UIKit 的思想繼承了成熟的 AppKit 和 MVC，在初出時，為 iOS 開發者提供了良好的學習曲線。

UIKit 提供的是一套符合直覺的，基於控制流的命令式的程式設計方式。最主要的思想是在確保 View 或者 View Controller 生命週期以及使用者互動時，相應的方法 (比如 viewDidLoad 或者某個 target-action 等) 能夠被正確呼叫，從而構建使用者介面和邏輯。不過，不管是從使用的便利性還是穩定性來說，UIKit 都面臨著巨大的挑戰。我個人勉強也能算是 iOS 開發的“老司機”了，但是「掉到 UIKit 的坑裡」這件事，也幾乎還是我每天的日常。UIKit 的基本思想要求 View Controller 承擔絕大部分職責，它需要協調 model，view 以及使用者互動。這帶來了巨大的 side effect 以及大量的狀態，如果沒有妥善安置，它們將在 View Controller 中混雜在一起，同時作用於 view 或者邏輯，從而使狀態管理愈發複雜，最後甚至不可維護而導致專案失敗。不僅是作為開發者我們自己寫的程式碼，UIKit 本身內部其實也經常受困於可變狀態，各種奇怪的 bug 也頻頻出現。

宣告式的介面開發方式

近年來，隨著程式設計技術和思想的進步，使用宣告式或者函式式的方式來進行介面開發，已經越來越被接受並逐漸成為主流。最早的思想大概是來源於 Elm，之後這套方式被 React 和 Flutter 採用，這一點上 SwiftUI 也幾乎與它們一致。總結起來，這些 UI 框架都遵循以下步驟和原則：

1. 使用各自的 DSL 來描述「UI 應該是什麼樣子」，而不是用一句句的程式碼來指導「要怎樣構建 UI」。

   比如傳統的 UIKit，我們會使用這樣的程式碼來新增一個 “Hello World” 的標籤，它負責“建立 label”，“設定文字”，“將其新增到 view 上”：

    func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        let label = UILabel()
        label.text = "Hello World"
        view.addSubview(label)
        // 省略了佈局的程式碼
    }
   
   

   而相對起來，使用 SwiftUI 我們只需要告訴 SDK 我們需要一個文字標籤：

    var body: some View {
        Text("Hello World")
    }
   
   

2. 接下來，框架內部讀取這些 view 的宣告，負責將它們以合適的方式繪製渲染。

   注意，這些 view 的宣告只是純資料結構的描述，而不是實際顯示出來的檢視，因此這些結構的建立和差分對比並不會帶來太多效能損耗。相對來說，將描述性的語言進行渲染繪製的部分是最慢的，這部分工作將交由框架以黑盒的方式為我們完成。

3. 如果 View 需要根據某個狀態 (state) 進行改變，那我們將這個狀態儲存在變數中，並在宣告 view 時使用它：

    @State var name: String = "Tom"
    var body: some View {
        Text("Hello \(name)")
    }
   
   

   關於程式碼細節可以先忽略，我們稍後會更多地解釋這方面的內容。

4. 狀態發生改變時，框架重新呼叫宣告部分的程式碼，計算出新的 view 宣告，並和原來的 view 進行差分，之後框架負責對變更的部分進行高效的重新繪製。

SwiftUI 的思想也完全一樣，而且實際處理也不外乎這幾個步驟。使用描述方式開發，大幅減少了在 app 開發者層面上出現問題的機率。

一些細節解讀

官方教程中對宣告式 UI 的程式設計思想有深刻的體現。另外，SwiftUI 中也採用了非常多 Swift 5.1 的新特性，會讓習慣了 Swift 4 或者 5 的開發者“耳目一新”。接下來，我會分幾個話題，對官方教程的一些地方進行解釋和探索。

教程 1 - Creating and Combining Views

Section 1 - Step 3: SwiftUI app 的啟動

建立 app 之後第一件好奇的事情是，SwiftUI app 是怎麼啟動的。

教程示例 app 在 AppDelegate 中通過 application(_:configurationForConnecting:options) 返回了一個名為 “Default Configuration” 的 UISceneConfiguration 例項：

func application(
    _ application: UIApplication,
    configurationForConnecting connectingSceneSession: UISceneSession,
    options: UIScene.ConnectionOptions) -> UISceneConfiguration
{
    return UISceneConfiguration(name: "Default Configuration", sessionRole: connectingSceneSession.role)
}

這個名字的 Configuration 在 Info.plist 的 “UIApplicationSceneManifest -> UISceneConfigurations” 中進行了定義，指定了 Scene Session Delegate 類為 $(PRODUCT_MODULE_NAME).SceneDelegate。這部分內容是 iOS 13 中新加入的通過 Scene 管理 app 生命週期的方式，以及多視窗支援部分所需要的程式碼。這部分不是我們今天的話題。在 app 完成啟動後，控制權被交接給 SceneDelegate，它的 scene(_:willConnectTo:options:) 將會被呼叫，進行 UI 的配置：

func scene(
        _ scene: UIScene,
        willConnectTo session: UISceneSession,
        options connectionOptions: UIScene.ConnectionOptions)
    {
        let window = UIWindow(frame: UIScreen.main.bounds)
        window.rootViewController = UIHostingController(rootView: ContentView())
        self.window = window
        window.makeKeyAndVisible()
    }

這部分內容就是標準的 iOS app 啟動流程了。UIHostingController 是一個 UIViewController 子類，它將負責接受一個 SwiftUI 的 View 描述並將其用 UIKit 進行渲染 (在 iOS 下的情況)。UIHostingController 就是一個普通的 UIViewController，因此完全可以做到將 SwiftUI 建立的介面一點點整合到已有的 UIKit app 中，而並不需要從頭開始就是基於 SwiftUI 的構建。

由於 Swift ABI 已經穩定，SwiftUI 是一個搭載在使用者 iOS 系統上的 Swift 框架。因此它的最低支援的版本是 iOS 13，可能想要在實際專案中使用，還需要等待一兩年時間。

Section 1 - Step 4: 關於 some View

struct ContentView: View {
    var body: some View {
        Text("Hello World")
    }
}

一眼看上去可能會對 some 比較陌生，為了講明白這件事，我們先從 View 說起。

View 是 SwiftUI 的一個最核心的協議，代表了一個螢幕上元素的描述。這個協議中含有一個 associatedtype：

public protocol View : _View {
    associatedtype Body : View
    var body: Self.Body { get }
}

這種帶有 associatedtype 的協議不能作為型別來使用，而只能作為型別約束使用：

// Error
func createView() -> View {

}

// OK
func createView<T: View>() -> T {

}

這樣一來，其實我們是不能寫類似這種程式碼的：

// Error，含有 associatedtype 的 protocol View 只能作為型別約束使用
struct ContentView: View {
    var body: View {
        Text("Hello World")
    }
}

想要 Swift 幫助自動推斷出 View.Body 的型別的話，我們需要明確地指出 body 的真正的型別。在這裡，body 的實際型別是 Text：

struct ContentView: View {
    var body: Text {
        Text("Hello World")
    }
}

當然我們可以明確指定出 body 的型別，但是這帶來一些麻煩：

1. 每次修改 body 的返回時我們都需要手動去更改相應的型別。
2. 新建一個 View 的時候，我們都需要去考慮會是什麼型別。
3. 其實我們只關心返回的是不是一個 View，而對實際上它是什麼型別並不感興趣。

some View 這種寫法使用了 Swift 5.1 的 Opaque return types 特性。它向編譯器作出保證，每次 body 得到的一定是某一個確定的，遵守 View 協議的型別，但是請編譯器“網開一面”，不要再細究具體的型別。返回型別確定單一這個條件十分重要，比如，下面的程式碼也是無法通過的：

let someCondition: Bool

// Error: Function declares an opaque return type, 
// but the return statements in its body do not have 
// matching underlying types.
var body: some View {
    if someCondition {
        // 這個分支返回 Text
        return Text("Hello World")
    } else {
        // 這個分支返回 Button，和 if 分支的型別不統一
        return Button(action: {}) {
            Text("Tap me")
        }
    }
}

這是一個編譯期間的特性，在保證 associatedtype protocol 的功能的前提下，使用 some 可以抹消具體的型別。這個特性用在 SwiftUI 上簡化了書寫難度，讓不同 View 宣告的語法上更加統一。

Section 2 - Step 1: 預覽 SwiftUI

SwiftUI 的 Preview 是 Apple 用來對標 RN 或者 Flutter 的 Hot Reloading 的開發工具。由於 IBDesignable 的效能上的慘痛教訓，而且得益於 SwiftUI 經由 UIKit 的跨 Apple 平臺的特性，Apple 這次選擇了直接在 macOS 上進行渲染。因此，你需要使用搭載有 SwiftUI.framework 的 macOS 10.15 才能夠看到 Xcode Previews 介面。

Xcode 將對程式碼進行靜態分析 (得益於 SwiftSyntax 框架)，找到所有遵守 PreviewProvider 協議的型別進行預覽渲染。另外，你可以為這些預覽提供合適的資料，這甚至可以讓整個介面開發流程不需要實際執行 app 就能進行。

筆者自己嘗試下來，這套開發方式帶來的效率提升相比 Hot Reloading 要更大。Hot Reloading 需要你有一個大致介面和準備相應資料，然後執行 app，停在要開發的介面，再進行調整。如果資料狀態發生變化，你還需要 restart app 才能反應。SwiftUI 的 Preview 相比起來，不需要執行 app 並且可以提供任何的 dummy 資料，在開發效率上更勝一籌。

經過短短一天的使用，Option + Command + P 這個重新整理 preview 的快捷鍵已經深入到我的肌肉記憶中了。

Section 3 - Step 5: 關於 ViewBuilder

建立 Stack 的語法很有趣：

VStack(alignment: .leading) {
    Text("Turtle Rock")
        .font(.title)
    Text("Joshua Tree National Park")
        .font(.subheadline)
}

一開始看起來好像我們給出了兩個 Text，似乎是構成的是一個類似陣列形式的 [View]，但實際上並不是這麼一回事。這裡呼叫了 VStack 型別的初始化方法：

public struct VStack<Content> where Content : View {
    init(
        alignment: HorizontalAlignment = .center, 
        spacing: Length? = nil, 
        content: () -> Content)
}

前面的 alignment 和 spacing 沒啥好說，最後一個 content 比較有意思。看簽名的話，它是一個 () -> Content 型別，但是我們在建立這個 VStack 時所提供的程式碼只是簡單列舉了兩個 Text，而並沒有實際返回一個可用的 Content。

這裡使用了 Swift 5.1 的另一個新特性：Funtion builders。如果你實際觀察 VStack 的這個初始化方法的簽名，會發現 content 前面其實有一個 @ViewBuilder 標記：

init(
    alignment: HorizontalAlignment = .center, 
    spacing: Length? = nil, 
    @ViewBuilder content: () -> Content)

而 ViewBuilder 則是一個由 @_functionBuilder 進行標記的 struct：

@_functionBuilder public struct ViewBuilder { /* */ }

使用 @_functionBuilder 進行標記的型別 (這裡的 ViewBuilder)，可以被用來對其他內容進行標記 (這裡用 @ViewBuilder 對 content 進行標記)。被用 function builder 標記過的 ViewBuilder 標記以後，content 這個輸入的 function 在被使用前，會按照 ViewBuilder 中合適的 buildBlock 進行 build 後再使用。如果你閱讀 ViewBuilder的文件，會發現有很多接受不同個數引數的 buildBlock 方法，它們將負責把閉包中一一列舉的 Text 和其他可能的 View 轉換為一個 TupleView，並返回。由此，content 的簽名 () -> Content 可以得到滿足。

實際上構建這個 VStack 的程式碼會被轉換為類似下面這樣：

// 等效虛擬碼，不能實際編譯。
VStack(alignment: .leading) { viewBuilder -> Content in
    let text1 = Text("Turtle Rock").font(.title)
    let text2 = Text("Joshua Tree National Park").font(.subheadline)
    return viewBuilder.buildBlock(text1, text2)
}

當然這種基於 funtion builder 的方式是有一定限制的。比如 ViewBuilder 就只實現了最多十個引數的 buildBlock，因此如果你在一個 VStack 中放超過十個 View 的話，編譯器就會不太高興。不過對於正常的 UI 構建，十個引數應該足夠了。如果還不行的話，你也可以考慮直接使用 TupleView 來用多元組的方式合併 View：

TupleView<(Text, Text)>(
    (Text("Hello"), Text("Hello"))
)

除了按順序接受和構建 View 的 buildBlock 以外，ViewBuilder 還實現了兩個特殊的方法：buildEither 和 buildIf。它們分別對應 block 中的 if...else 的語法和 if 的語法。也就是說，你可以在 VStack 裡寫這樣的程式碼：

var someCondition: Bool

VStack(alignment: .leading) {
    Text("Turtle Rock")
        .font(.title)
    Text("Joshua Tree National Park")
        .font(.subheadline)
    if someCondition {
        Text("Condition")
    } else {
        Text("Not Condition")
    }
}

其他的命令式的程式碼在 VStack 的 content 閉包裡是不被接受的，下面這樣也不行：

VStack(alignment: .leading) {
    // let 語句無法通過 function builder 建立合適的輸出
    let someCondition = model.condition
    if someCondition {
        Text("Condition")
    } else {
        Text("Not Condition")
    }
}

到目前為止，只有以下三種寫法能被接受 (有可能隨著 SwiftUI 的發展出現別的可接受寫法)：

• 結果為 View 的語句
• if 語句
• if...else... 語句

Section 4 - Step 7: 鏈式呼叫修改 View 的屬性

教程到這一步的話，相信大家已經對 SwiftUI 的超強表達能力有所感悟了。

var body: some View {
    Image("turtlerock")
        .clipShape(Circle())
        .overlay(
            Circle().stroke(Color.white, lineWidth: 4))
        .shadow(radius: 10)
}

可以試想一下，在 UIKit 中要動手擼一個這個效果的困難程度。我大概可以保證，99% 的開發者很難在不借助文件或者 copy paste 的前提下完成這些事情，但是在 SwiftUI 中簡直信手拈來。在建立 View 之後，用鏈式呼叫的方式，可以將 View 轉換為一個含有變更後內容的物件。這麼說比較抽象，我們可以來看一個具體的例子。比如簡化一下上面的程式碼：

let image: Image = Image("turtlerock")
let modified: _ModifiedContent<Image, _ShadowEffect> = image.shadow(radius: 10)

image 通過一個 .shadow 的 modifier，modified 變數的型別將轉變為 _ModifiedContent<Image, _ShadowEffect>。如果你檢視 View 上的 shadow 的定義，它是這樣的：

extension View {
    func shadow(
        color: Color = Color(.sRGBLinear, white: 0, opacity: 0.33), 
        radius: Length, x: Length = 0, y: Length = 0) 
    -> Self.Modified<_ShadowEffect>
}

Modified 是 View 上的一個 typealias，在 struct Image: View 的實現裡，我們有：

public typealias Modified<T> = _ModifiedContent<Self, T>

_ModifiedContent 是一個 SwiftUI 的私有型別，它儲存了待變更的內容，以及用來實施變更的 Modifier：

struct _ModifiedContent<Content, Modifier> {
    var content: Content
    var modifier: Modifier
}

在 Content 遵守 View，Modifier 遵守 ViewModifier 的情況下，_ModifiedContent 也將遵守 View，這是我們能夠通過 View 的各個 modifier extension 進行鏈式呼叫的基礎：

extension _ModifiedContent : _View 
    where Content : View, Modifier : ViewModifier 
{
}

在 shadow 的例子中，SwiftUI 內部會使用 _ShadowEffect 這個 ViewModifier，並把 image 自身和 _ShadowEffect例項存放到 _ModifiedContent 裡。不論是 image 還是 modifier，都只是對未來實際檢視的描述，而不是直接對渲染進行的操作。在最終渲染前，ViewModifier 的 body(content: Self.Content) -> Self.Body 將被呼叫，以給出最終渲染層所需要的各個屬性。

更具體來說，_ShadowEffect 是一個滿足 EnvironmentalModifier 協議的型別，這個協議要求在使用前根據使用環境將自身解析為具體的 modifier。

其他的幾個修改 View 屬性的鏈式呼叫與 shadow 的原理幾乎一致。

小結

上面是對 SwiftUI 教程的第一部分進行的一些說明，在之後的一篇文章裡，我會對剩餘的幾個教程中有意思的部分再做些解釋。

雖然公開還只有一天，但是 SwiftUI 已經經常被用來和 Flutter 等框架進行比較。試用下來，在 view 的描述表現力上和與 app 的結合方面，SwiftUI 要勝過 Flutter 和 Dart 的組合很多。Swift 雖然開源了，但是 Apple 對它的掌控並沒有減弱。Swift 5.1 的很多特性幾乎可以說都是為了 SwiftUI 量身定製的，我們已經在本文中看到了一些例子，比如 Opaque return types 和 Function builder 等。在接下來對後面幾個教程的解讀中，我們還會看到更多這方面的內容。

另外，Apple 在背後使用 Combine.framework 這個響應式程式設計框架來對 SwiftUI.framework 進行驅動和資料繫結，相比於現有的 RxSwift/RxCocoa 或者是 ReactiveSwift 的方案來說，得到了語言和編譯器層級的大力支援。如果有機會，我想我也會對這方面的內容進行一些探索和介紹。