為文字字串新增特性或者語法糖在各種程式語言中都很普遍。就拿大家都很熟悉的 C 語言舉例，C 字串本質是一個字元陣列（characters array），但是每次輸入字串的時候不用輸入 ['h','e','l','l','o'] ，直接打 hello 就可以了，因為這個操作編譯器幫你做了。
更高階的語言比如 Swift 處理字串就不僅僅是當做字元陣列了，String 是一個完整的型別，並且有各種特性。我們先來看一下 String 的一個特性：substrings。
簡單的看一下 Strings
首先粗略的瞭解一下字串的實現。下面的程式碼來自標準庫中 String.swift：
public struct String {
public var _core: _StringCore
}
複製程式碼當然也有一些其他初始化設定，不過在宣告裡只有這一個儲存屬性！祕密一定都在 StringCore.swift 裡：
public struct _StringCore {
public var _baseAddress: UnsafeMutableRawPointer?
var _countAndFlags: UInt
public var _owner: AnyObject?
}
複製程式碼在這個型別裡還有很多其他東西，不過我們還是隻關注儲存屬性：
- Base address — 一個指向內部儲存的指標
- Count — 字串長度，UInt 型別，在一個 64 位的系統中，意味著有 62（64 - 2） 位的空間可以表示長度。這是一個非常大的數字。所以字串的長度不太可能溢位。
- Flags — 兩個 bits 用來做標誌。第一位表示是否被 _StringBuffer 持有；第二位表示編碼格式是 ASCII 還是 UTF-16。 _StringCore 的真實情況比這裡提到的要複雜的多，但是通過上面的內容可以讓我們更容易理解字串的一些資訊：字串有一些內部儲存和儲存的大小（underlying storage and size）。
Substrings
Swift 中要怎麼建立一個 substring？最簡單的方式就是通過下標從 string 取一段：
let str = "Hello Swift!"
let slice = str[str.startIndex..<str.index(str.startIndex, offsetBy: 5)]
// "Hello"
複製程式碼雖然很簡單，但是程式碼看起來不太優雅?。
String 的索引不是直觀的整型，所以擷取時的位置索引需要利用 startIndex 和 index(_:offsetBy:)獲取。如果是從字串開始位置擷取，可以省略掉 startIndex ：
let withPartialRange = str[..<str.index(str.startIndex, offsetBy: 5)]
// still "Hello"
複製程式碼或者用 collection 中的這個方法：
let slice = str.prefix(5)
// still "Hello"
複製程式碼要記住字串也是 collection ，所以你可以用集合下的方法，比如 prefix()，suffix()， dropFirst() 等。
Substring 的內部原理
substring 一個神奇的地方是他們重用了父 string 的記憶體。你可以把 substring 理解為父 string 的其中一段。
舉個例子，如果從一個 8000 個字元的字串中擷取 100 個字元，並不需要重新初始化 100 個字元的記憶體空間。 這也意味著你可能不小心就把父 string 的生命週期延長了。如果有一大段字串，然後你只是擷取了一小段，只要擷取的小段字串沒有釋放，大段的字串也不會被釋放。 Substring 內部到底是怎麼做到的呢？
public struct Substring {
internal var _slice: RangeReplaceableBidirectionalSlice<String>
複製程式碼內部的 _slice 屬性儲存著所有關於父字串的資訊：
// Still inside Substring
internal var _wholeString: String {
return _slice._base
}
public var startIndex: Index { return _slice.startIndex }
public var endIndex: Index { return _slice.endIndex }
複製程式碼計算屬性 _wholeString（返回整個父字串），startIndex 和 endIndex 都是通過內部的 _slice 返回。 也可以看出 slice 是如何引用父字串的。
Substring 轉換為 String
最後程式碼裡可能有很多 substring，但是函式的引數型別需要的是 string。Substring 轉換到 string 的過程也很簡單：
let string = String(substring)
複製程式碼因為 substrings 和它的父字串共享同一個記憶體空間，猜測建立一個新字串應該會初始化一片新的儲存空間。那麼 string 的初始化到底過程是怎樣的呢。
extension String {
public init(_ substring: Substring) {
// 1
let x = substring._wholeString
// 2
let start = substring.startIndex
let end = substring.endIndex
// 3
let u16 = x._core[start.encodedOffset..<end.encodedOffset]
// 4A
if start.samePosition(in: x.unicodeScalars) != nil
&& end.samePosition(in: x.unicodeScalars) != nil {
self = String(_StringCore(u16))
}
// 4B
else {
self = String(decoding: u16, as: UTF16.self)
}
}
}
複製程式碼- 建立一個對原有父字串的引用
- 獲取 substring 在父字串中的開始和結束位置
- 獲取 UTF-16 格式的 substring 內容。_core 是 _StringCore 的一個例項。
- 判斷匹配的 unicode 編碼，生成一個新的字串例項 把 substring 轉換成 string 的步驟非常簡單，但是你可能要考慮是不是一需要這樣做。是不是進行 substring 操作的時候都要求型別是 string？如果對 substring 的操作都需要轉成 string，那麼輕量級的 substring 也就失去了意義。?
StringProtocol
StringProtocol 上場！StringProtocol 真是面向協議程式設計的一個優秀代表。StringProtocol 抽象了字串的場景功能，比如 uppercased(), lowercased()，還有 comparable、collection 等。String 和 Substring 都宣告瞭 StringProtocol。
也就是說你可以直接使用 == 對 substring 和 string 進行判等，不需要型別轉換：
let helloSwift = "Hello Swift"
let swift = helloSwift[helloSwift.index(helloSwift.startIndex, offsetBy: 6)...]
// comparing a substring to a string ?
swift == "Swift" // true
複製程式碼也可以遍歷 substring，或者從 substring 擷取子字串。
在標準庫裡也有一小部分函式使用 StringProtocol 型別作為引數。比如把一個字串轉換為整型就是：init(text: StringProtocol)。
雖然你可能不關心是 string 和 substring，但是使用 StringProtocol 作為引數型別，呼叫者就不用進行型別轉換，對他們會友好很多。
總結
- 字串還是那個常見的字串。
- Substring 是字串的一部分，和父字串共享同一塊記憶體空間，並且記錄了自己的開始和結束位置。
- String 和 Substring 都宣告實現了 StringProtocol。StringProtocol 包含了一個字串的基本屬性和功能。
是不是覺得自己也可以自定義字串型別，實現 StringProtocol ？
/// Do not declare new conformances to `StringProtocol`. Only the `String` and
/// `Substring` types in the standard library are valid conforming types.
public protocol StringProtocol
複製程式碼但是蘋果爸爸表示了拒絕。