Swift 泛型

前言

• 在 Swift 语言中，泛型可以说是用的最广最强大的特性之一，因为在 Swift 语言本身的语言底层大量的使用了泛型。

• 泛型使得同样的操作可以应用于不同的数据类型。

  • 泛型编程的实现是我们程序在另一种抽象层次上的提升。
  • 类是现实世界事物的抽象，而泛型则是现实世界行为的抽象。

1、节点泛型

• Swift 中的泛型同其它语言相同，用一对尖括号 < > 来声明泛型，尖括号中通常使用 T、U、V 等这样的大写字母来表示 “节点” 类型。

• 使用泛型作为参数的函数叫做泛型函数。

  • 泛型函数在声明时使用节点类型命名来替代实际的类型名，并在泛型函数名后面插入节点类型的声明。

  • 节点类型在定义时不表示任何具体类型，在函数被调用时会根据传入的实际类型来指定自身的类型。

    func 函数名<T>(参数名1: T, 参数名2: T, ...) -> T {
        
        函数体 .....
        
        return 返回值
    }

• 1）如果函数的列表中只有一个字母，如 T，虽然具体的类型不需要指定，但是函数中每个节点类型的参数（函数参数或返回值类型）必须是相同类型的。

  func show<T>(para1: T, para2: T) {
      print("\(para1)" + " \(para2)")
  }

  // 在调用时两个参数必须是相同的
  show(para1: 1, para2: 2)                        // 1 2
  show(para1: "xiaoming", para2: "xiaobai")       // xiaoming xiaobai

• 2）如果要定义多个不同类型的泛型，则需要在尖括号中加入多个节点 <T, U, V ...>。

  func show<T, U>(para1: T, para2: U) {
      print("\(para1)" + " \(para2)")
  }

  // 在调用时两个参数可以不同
  show(para1: "xiaoming", para2: 18) // xiaoming 18

• 3）你还可以对节点进行一些限制，比如要求泛型遵守某些协议。

  // Swift 中数组的判等函数
  public func ==<Element: Equatable>(lhs: [Element], rhs: [Element]) -> Bool {...}

  • Element 是使用节点声明的，它代表一个泛型，可以看到这里的泛型名是 Element，相比上面的 T、U、V 等要长的多。这是因为此处的 Element 不仅仅是一个占位符的作用，它还声明了这个泛型代表数组中的元素类型，具有具体的意义。

• 4）有时候节点中的泛型需要有更多的限制，需要使用 where 子句来补充约束条件。

  • 在 Swift 3.0 之前。

    func anyCommonElements<T: SequenceType, U: SequenceType where
        T.Generator.Element: Equatable,
        T.Generator.Element == U.Generator.Element>(lhs: T, _ rhs: U) -> Bool {
        ...
    }

  • 在 Swift 3.0 及之后 where 子句被移动到了参数列表的后面。

    func anyCommonElements<T: SequenceType, U: SequenceType>(lhs: T, _ rhs: U) -> Bool 
        where
            T.Generator.Element: Equatable,
            T.Generator.Element == U.Generator.Element{
        ...
    }

2、泛型协议

• 1）除了节点式声明泛型外，还有其它方式声明一个泛型，比如使用关键字 associatedtype（关联类型）（Swift 3.0 之前是 typealias 关键字）。

  protocol SomeProtocol {
      
      associatedtype Element
      
      func elementMethod1(element: Element)
      func elementMethod2(element: Element)
  }

  • 这里虽然没有出现节点语法，但上面的协议确实是个不折不扣的泛型协议，Element 起到了占位符的作用，指示了某种类型。
  • 根据协议的规则，协议 SomeProtocol 的遵守者必须实现上面两个方法，Element 隐式的约束了两个方法的参数必须是相同类型的。
  • 不用刻意指定 Element 的具体类型，编译器会根据实现方法时传入的参数类型确定 Element 的具体类型。
  • 在实现的时候不能直接用 Element，Element 只能存在于具体实现之前。泛型协议依靠遵守协议中协议方法的的具体实现来明确泛型的类型。

  • 协议的遵守者如果遵守了多个协议，那么这些协议的关联类型名称不能重复，否则编译器会报错。

    struct TestStruct: SomeProtocol {
        
        func elementMethod1(element: String) {
            print("elementFromMethod1: \(element)")
        }
        
        func elementMethod2(element: String) {
            print("elementFromMethod2: \(element)")
        }
    }

    TestStruct().elementMethod1(element: "qwert")   // elementFromMethod1: qwert
    TestStruct().elementMethod2(element: "asdfg")   // elementFromMethod2: asdfg

• 2）类似于 associatedtype 的还有 Self 关键字，代表了协议遵守者本身的的类型，适用于 “比较” 这类方法，其必须传入另一个相同类型的参数才有意义。

  protocol CanCompare {
      
      func isBigger(other: Self) -> Bool
  }

  struct BoxInt: CanCompare {
      
      var intValue: Int
      
      func isBigger(other: BoxInt) -> Bool {
          return self.intValue > other.intValue
      }
  }

  BoxInt(intValue: 3).isBigger(other: BoxInt(intValue: 2))    // true

3、泛型对象

• 关联类型和 Self 关键字都是在协议层面的泛型，此外还有对象层面的泛型，比如我们常用的数组就是对象层面的泛型定义的，效果相同。

• 如果不使用协议，一个泛型对象风格的结构体定义如下。

  struct TestStruct<T: Comparable> {
      
      func elementMethod1(element: T) {
          print("elementFromMethod1: \(element)")
      }
  
      func elementMethod2(element: T) {
          print("elementFromMethod2: \(element)")
      }
  }

• 泛型应该用在声明中，调用时版本中的泛型已经被 “特化” 成具体的泛型。泛型对象通过构造器初始化时明确明确泛型的类型，这些类型都是具体的。

• 如果在实现时 “嵌套” 一个泛型，那么会导致泛型无法特化。比如数组本身是泛型的，在声明数组类型时传入了另一个泛型，那么你将无法初始化该数组。

  let test = TestStruct<Int>()
  test.elementMethod1(1)

4、泛型方法

• 方法中的泛型使用节点表示法，作用域只在本方法内。

  struct TestStruct {
      
      func elementMethod1<T: Comparable>(element: T) {
          print("elementFromMethod1: \(element)")
      }
      
      func elementMethod2<T: Comparable>(element: T) {
          print("elementFromMethod2: \(element)")
      }
  }

• 这样同一个实例的相同方法就可以接受不同的参数类型了。

  let test = TestStruct()
  test.elementMethod1(element: 1)
  test.elementMethod1(element: "abc")

5、协议中的 where 关键字

• where 关键字可以与 for-in 循环配合实现筛选，where 同样可以用在协议扩展中，使得定义在协议扩展中的方法可以对某些遵守者 “隐身”，而对另一些遵守者 “可见”。

• 协议的遵守者如果遵守了多个协议，那么这些协议的关联类型名称不能重复，否则编译器会报错。

  protocol SomeProtocol {
  
      associatedtype OwnElement
  
      func elementMethod1(element: OwnElement)
      func elementMethod2(element: OwnElement)
  }

• 1）where 关键字可以与 Self 关键字配合，在协议扩展中定义一个新方法，指定当协议的遵守者是集合类型时，必须打印出遵守者的元素个数。

  extension SomeProtocol where Self: Collection {
      
      func showCount() {
          print(self.count)
      }
  }

  • where 的限制是强制的，他是一个编译器强制的开关。虽然在协议的扩展中并不能知晓会有哪些对象遵守了该协议，但是一旦使用了 where，那么就表明在扩展的作用域中 where 后面的语句默认实现了。

  • Array 类型已经遵守了 Collection 协议，所以如果让 Array 同时遵守 SomeProtocol，那么它就能获得 showCount 方法。

    extension Array: SomeProtocol {
        
        func elementMethod1(element: String) {
            print("elementFromMethod1: \(element)")
        }
        
        func elementMethod2(element: String) {
            print("elementFromMethod2: \(element)")
        }
    }

    [1, 2, 3].showCount()       // 3

• 2）where 所指定的力度范围还可以继续缩小，可以使用 where 限定协议中的关联类型。

  extension SomeProtocol where OwnElement: SignedNumeric {
      
      func showElement() {
          print(OwnElement.self)
      }
  }