原创|使用教程|编辑:龚雪|2014-06-19 09:33:07.000|阅读 4438 次
概述:本文为Swift编程语言中文教程第二十一部分,讲解协议(Protocol),内容包括:Swift协议的语法(Protocol Syntax)、属性要求(Property Requirements)、协议类型(Protocols as Types)、协议的继承(Protocol Inheritance)等。Swift是苹果公司在WWDC2014发布的一门编程语言,与Objective-C相比,对学习新手比较友好。慧都控件网根据官方教程以及网上中文资源整理了Swift编程语言中文教程,希望帮助想要学习Swift的朋友,由于技术有限,可能有不足的地方,希望大家指正。
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Protocol(协议)用于统一方法和属性的名称,而不实现任何功能。协议能够被类,枚举,结构体实现,满足协议要求的类,枚举,结构体被称为协议的遵循者。
遵循者需要提供协议指定的成员,如属性,方法,操作符,下标等。
协议的定义与类,结构体,枚举的定义非常相似,如下所示:
protocol SomeProtocol { // 协议内容 }
在类,结构体,枚举的名称后加上协议名称,中间以冒号:分隔即可实现协议;实现多个协议时,各协议之间用逗号,分隔,如下所示:
struct SomeStructure: FirstProtocol, AnotherProtocol { // 结构体内容 }
当某个类含有父类的同时并实现了协议,应当把父类放在所有的协议之前,如下所示:
class SomeClass: SomeSuperClass, FirstProtocol, AnotherProtocol { // 类的内容 }
协议能够要求其遵循者必须含有一些特定名称和类型的实例属性(instance property)或类属性 (type property),也能够要求属性具有(设置权限)settable 和(访问权限)gettable,但它不要求属性是存储型属性(stored property)还是计算型属性(calculate property)。
如果协议要求属性具有设置权限和访问权限,那常量存储型属性或者只读计算型属性都无法满足此要求。如果协议只要求属性具有访问权限,那任何类型的属性都可以满足此要求,无论这些属性是否具有设置权限。
通常前置var关键字将属性声明为变量。在属性声明后写上{ get set }表示属性为可读写的。{ get }用来表示属性为可读的。即使你为可读的属性实现了setter方法,它也不会出错。
protocol SomeProtocol { var musBeSettable : Int { get set } var doesNotNeedToBeSettable: Int { get } }
在协议中定义类属性 (type property)时使用class前缀关键字,即使在结构体或者枚举中类属性是要求使用static前缀关键字:
protocol AnotherProtocol { class var someTypeProperty: Int { get set } } protocol FullyNamed { var fullName: String { get } }
FullyNamed协议含有fullName属性。因此其遵循者必须含有一个名为fullName,类型为String的可读属性。
struct Person: FullyNamed{ var fullName: String } let john = Person(fullName: "John Appleseed") //john.fullName 为 "John Appleseed"
Person结构体含有一个名为fullName的存储型属性,完整的遵循了协议。(若协议未被完整遵循,编译时则会报错)。
如下所示,Startship类遵循了FullyNamed协议:
class Starship: FullyNamed { var prefix: String? var name: String init(name: String, prefix: String? = nil ) { self.anme = name self.prefix = prefix } var fullName: String { return (prefix ? prefix ! + " " : " ") + name } } var ncc1701 = Starship(name: "Enterprise", prefix: "USS") // ncc1701.fullName == "USS Enterprise"
Starship类将fullName实现为可读的计算型属性。它的每一个实例都有一个名为name的必备属性和一个名为prefix的可选属性。 当prefix存在时,将prefix插入到name之前来为Starship构建fullName。
协议能够要求其遵循者必备某些特定的实例方法和类方法。协议方法的声明与普通方法声明相似,但它不需要方法内容。
注意: 协议方法支持变长参数(variadic parameter),不支持默认参数(default parameter)。
前置class关键字表示协议中的成员为类成员;当协议用于被枚举或结构体遵循时,则使用static关键字。如下所示: 像类属性的要求一样,协议中定义类方法时也总是使用class关键字,即使类方法在枚举或结构体中实现时要求使用static关键字
protocol SomeProtocol { class func someTypeMethod() } protocol RandomNumberGenerator { func random() -> Double }
RandomNumberGenerator协议要求其遵循者必须拥有一个名为random, 返回值类型为Double的实例方法。(我们假设随机数在[0,1]区间内)。
LinearCongruentialGenerator类遵循了RandomNumberGenerator协议,并提供了一个叫做线性同余生成器(linear congruential generator)的伪随机数算法。
class LinearCongruentialGenerator: RandomNumberGenerator { var lastRandom = 42.0 let m = 139968.0 let a = 3877.0 let c = 29573.0 func random() -> Double { lastRandom = ((lastRandom * a + c) % m) return lastRandom / m } } let generator = LinearCongruentialGenerator() println("Here's a random number: \(generator.random())") // 输出 : "Here's a random number: 0.37464991998171" println("And another one: \(generator.random())") // 输出 : "And another one: 0.729023776863283"
能在方法或函数内部改变实例类型的方法称为突变方法。在值类型(Value Type)(译者注:特指结构体和枚举)中的的函数前缀加上mutating关键字来表示该函数允许改变该实例和其属性的类型。 这一变换过程在实例方法(Instance Methods)章节中有详细描述。
(译者注:类中的成员为引用类型(Reference Type),可以方便的修改实例及其属性的值而无需改变类型;而结构体和枚举中的成员均为值类型(Value Type),修改变量的值就相当于修改变量的类型,而Swift默认不允许修改类型,因此需要前置mutating关键字用来表示该函数中能够修改类型)
注意: 用class实现协议中的mutating方法时,不用写mutating关键字;用结构体,枚举实现协议中的mutating方法时,必须写mutating关键字。
如下所示,Togglable协议含有toggle函数。根据函数名称推测,toggle可能用于切换或恢复某个属性的状态。mutating关键字表示它为突变方法:
protocol Togglable { mutating func toggle() }
当使用枚举或结构体来实现Togglabl协议时,必须在toggle方法前加上mutating关键字。
如下所示,OnOffSwitch枚举遵循了Togglable协议,On,Off两个成员用于表示当前状态
enum OnOffSwitch: Togglable { case Off, On mutating func toggle() { switch self { case Off: self = On case On: self = Off } } } var lightSwitch = OnOffSwitch.Off lightSwitch.toggle() //lightSwitch 现在的值为 .On
协议本身不实现任何功能,但你可以将它当做类型来使用。
使用场景:
注意: 协议类型应与其他类型(Int,Double,String)的写法相同,使用驼峰式
class Dice { let sides: Int let generator: RandomNumberGenerator init(sides: Int, generator: RandomNumberGenerator) { self.sides = sides self.generator = generator } func roll() -> Int { return Int(generator.random() * Double(sides)) +1 } }
这里定义了一个名为 Dice的类,用来代表桌游中的N个面的骰子。
Dice含有sides和generator两个属性,前者用来表示骰子有几个面,后者为骰子提供一个随机数生成器。由于后者为RandomNumberGenerator的协议类型。所以它能够被赋值为任意遵循该协议的类型。
此外,使用构造器(init)来代替之前版本中的setup操作。构造器中含有一个名为generator,类型为RandomNumberGenerator的形参,使得它可以接收任意遵循RandomNumberGenerator协议的类型。
roll方法用来模拟骰子的面值。它先使用generator的random方法来创建一个[0-1]区间内的随机数种子,然后加工这个随机数种子生成骰子的面值。
如下所示,LinearCongruentialGenerator的实例作为随机数生成器传入Dice的构造器
var d6 = Dice(sides: 6,generator: LinearCongruentialGenerator()) for _ in 1...5 { println("Random dice roll is \(d6.roll())") } //输出结果 //Random dice roll is 3 //Random dice roll is 5 //Random dice roll is 4 //Random dice roll is 5 //Random dice roll is 4
委托是一种设计模式,它允许类或结构体将一些需要它们负责的功能交由(委托)给其他的类型。
委托模式的实现很简单: 定义协议来封装那些需要被委托的函数和方法, 使其遵循者拥有这些被委托的函数和方法。
委托模式可以用来响应特定的动作或接收外部数据源提供的数据,而无需要知道外部数据源的类型。
下文是两个基于骰子游戏的协议:
protocol DiceGame { var dice: Dice { get } func play() } protocol DiceGameDelegate { func gameDidStart(game: DiceGame) func game(game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll:Int) func gameDidEnd(game: DiceGame) }
DiceGame协议可以在任意含有骰子的游戏中实现,DiceGameDelegate协议可以用来追踪DiceGame的游戏过程。
如下所示,SnakesAndLadders是Snakes and Ladders(译者注:控制流章节有该游戏的详细介绍)游戏的新版本。新版本使用Dice作为骰子,并且实现了DiceGame和DiceGameDelegate协议
class SnakesAndLadders: DiceGame { let finalSquare = 25 let dic = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator()) var square = 0 var board: Int[] init() { board = Int[](count: finalSquare + 1, repeatedValue: 0) board[03] = +08; board[06] = +11; borad[09] = +09; board[10] = +02 borad[14] = -10; board[19] = -11; borad[22] = -02; board[24] = -08 } var delegate: DiceGameDelegate? func play() { square = 0 delegate?.gameDidStart(self) gameLoop: while square != finalSquare { let diceRoll = dice.roll() delegate?.game(self,didStartNewTurnWithDiceRoll: diceRoll) switch square + diceRoll { case finalSquare: break gameLoop case let newSquare where newSquare > finalSquare: continue gameLoop default: square += diceRoll square += board[square] } } delegate?.gameDIdEnd(self) } }
游戏的初始化设置(setup)被SnakesAndLadders类的构造器(initializer)实现。所有的游戏逻辑被转移到了play方法中。
注意: 因为delegate并不是该游戏的必备条件,delegate被定义为遵循DiceGameDelegate协议的可选属性
DicegameDelegate协议提供了三个方法用来追踪游戏过程。被放置于游戏的逻辑中,即play()方法内。分别在游戏开始时,新一轮开始时,游戏结束时被调用。
因为delegate是一个遵循DiceGameDelegate的可选属性,因此在play()方法中使用了可选链来调用委托方法。 若delegate属性为nil, 则委托调用优雅地失效。若delegate不为nil,则委托方法被调用
如下所示,DiceGameTracker遵循了DiceGameDelegate协议
class DiceGameTracker: DiceGameDelegate { var numberOfTurns = 0 func gameDidStart(game: DiceGame) { numberOfTurns = 0 if game is SnakesAndLadders { println("Started a new game of Snakes and Ladders") } println("The game is using a \(game.dice.sides)-sided dice") } func game(game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll: Int) { ++numberOfTurns println("Rolled a \(diceRoll)") } func gameDidEnd(game: DiceGame) { println("The game lasted for \(numberOfTurns) turns") } }
DiceGameTracker实现了DiceGameDelegate协议的方法要求,用来记录游戏已经进行的轮数。 当游戏开始时,numberOfTurns属性被赋值为0;在每新一轮中递加;游戏结束后,输出打印游戏的总轮数。
gameDidStart方法从game参数获取游戏信息并输出。game在方法中被当做DiceGame类型而不是SnakeAndLadders类型,所以方法中只能访问DiceGame协议中的成员。
DiceGameTracker的运行情况,如下所示:
let tracker = DiceGameTracker() let game = SnakesAndLadders() game.delegate = tracker game.play() // Started a new game of Snakes and Ladders // The game is using a 6-sided dice // Rolled a 3 // Rolled a 5 // Rolled a 4 // Rolled a 5 // The game lasted for 4 turns
即便无法修改源代码,依然可以通过扩展(Extension)来扩充已存在类型(译者注: 类,结构体,枚举等)。扩展可以为已存在的类型添加属性,方法,下标,协议等成员。详情请在扩展章节中查看。
注意: 通过扩展为已存在的类型遵循协议时,该类型的所有实例也会随之添加协议中的方法
TextRepresentable协议含有一个asText,如下所示:
protocol TextRepresentable { func asText() -> String }
通过扩展为上一节中提到的Dice类遵循TextRepresentable协议
extension Dice: TextRepresentable { cun asText() -> String { return "A \(sides)-sided dice" } }
从现在起,Dice类型的实例可被当作TextRepresentable类型:
let d12 = Dice(sides: 12,generator: LinearCongruentialGenerator()) println(d12.asText()) // 输出 "A 12-sided dice"
SnakesAndLadders类也可以通过扩展的方式来遵循协议:
extension SnakeAndLadders: TextRepresentable { func asText() -> String { return "A game of Snakes and Ladders with \(finalSquare) squares" } } println(game.asText()) // 输出 "A game of Snakes and Ladders with 25 squares"
当一个类型已经实现了协议中的所有要求,却没有声明时,可以通过扩展来补充协议声明:
struct Hamster { var name: String func asText() -> String { return "A hamster named \(name)" } } extension Hamster: TextRepresentabl {}
从现在起,Hamster的实例可以作为TextRepresentable类型使用
let simonTheHamster = Hamster(name: "Simon") let somethingTextRepresentable: TextRepresentabl = simonTheHamester println(somethingTextRepresentable.asText()) // 输出 "A hamster named Simon"
注意: 即时满足了协议的所有要求,类型也不会自动转变,因此你必须为它做出明显的协议声明
协议类型可以被集合使用,表示集合中的元素均为协议类型:
let things: TextRepresentable[] = [game,d12,simoTheHamster]
如下所示,things数组可以被直接遍历,并调用其中元素的asText()函数:
for thing in things { println(thing.asText()) } // A game of Snakes and Ladders with 25 squares // A 12-sided dice // A hamster named Simon
thing被当做是TextRepresentable类型而不是Dice,DiceGame,Hamster等类型。因此能且仅能调用asText方法
协议能够继承一到多个其他协议。语法与类的继承相似,多个协议间用逗号,分隔
protocol InheritingProtocol: SomeProtocol, AnotherProtocol { // 协议定义 }
如下所示,PrettyTextRepresentable协议继承了TextRepresentable协议
protocol PrettyTextRepresentable: TextRepresentable { func asPrettyText() -> String }
遵循``PrettyTextRepresentable协议的同时,也需要遵循TextRepresentable`协议。
如下所示,用扩展为SnakesAndLadders遵循PrettyTextRepresentable协议:
extension SnakesAndLadders: PrettyTextRepresentable { func asPrettyText() -> String { var output = asText() + ":\n" for index in 1...finalSquare { switch board[index] { case let ladder where ladder > 0: output += "▲ " case let snake where snake < 0: output += "▼ " default: output += "○ " } } return output } }
在for in中迭代出了board数组中的每一个元素:
任意SankesAndLadders的实例都可以使用asPrettyText()方法。
println(game.asPrettyText()) // A game of Snakes and Ladders with 25 squares: // ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ▲ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ▼ ○ ▼ ○
一个协议可由多个协议采用protocol<SomeProtocol, AnotherProtocol>这样的格式进行组合,称为协议合成(protocol composition)。
举个例子:
protocol Named { var name: String { get } } protocol Aged { var age: Int { get } } struct Person: Named, Aged { var name: String var age: Int } func wishHappyBirthday(celebrator: protocol<Named, Aged>) { println("Happy birthday \(celebrator.name) - you're \(celebrator.age)!") } let birthdayPerson = Person(name: "Malcolm", age: 21) wishHappyBirthday(birthdayPerson) // 输出 "Happy birthday Malcolm - you're 21!
Named协议包含String类型的name属性;Aged协议包含Int类型的age属性。Person结构体遵循了这两个协议。
wishHappyBirthday函数的形参celebrator的类型为protocol<Named,Aged>。可以传入任意遵循这两个协议的类型的实例
注意: 协议合成并不会生成一个新协议类型,而是将多个协议合成为一个临时的协议,超出范围后立即失效。
使用is检验协议一致性,使用as将协议类型向下转换(downcast)为的其他协议类型。检验与转换的语法和之前相同(详情查看类型检查):
@objc protocol HasArea { var area: Double { get } }
注意: @objc用来表示协议是可选的,也可以用来表示暴露给Objective-C的代码,此外,@objc型协议只对类有效,因此只能在类中检查协议的一致性。详情查看Using Siwft with Cocoa and Objectivei-c。
class Circle: HasArea { let pi = 3.1415927 var radius: Double var area:≈radius } init(radius: Double) { self.radius = radius } } class Country: HasArea { var area: Double init(area: Double) { self.area = area } }
Circle和Country都遵循了HasArea协议,前者把area写为计算型属性(computed property),后者则把area写为存储型属性(stored property)。
如下所示,Animal类没有实现任何协议
class Animal { var legs: Int init(legs: Int) { self.legs = legs } }
Circle,Country,Animal并没有一个相同的基类,所以采用AnyObject类型的数组来装载在它们的实例,如下所示:
let objects: AnyObject[] = [ Circle(radius: 2.0), Country(area: 243_610), Animal(legs: 4) ]
如下所示,在迭代时检查object数组的元素是否遵循了HasArea协议:
for object in objects { if let objectWithArea = object as? HasArea { println("Area is \(objectWithArea.area)") } else { println("Something that doesn't have an area") } } // Area is 12.5663708 // Area is 243610.0 // Something that doesn't have an area
当数组中的元素遵循HasArea协议时,通过as?操作符将其可选绑定(optional binding)到objectWithArea常量上。
objects数组中元素的类型并不会因为向下转型而改变,当它们被赋值给objectWithArea时只被视为HasArea类型,因此只有area属性能够被访问。
可选协议含有可选成员,其遵循者可以选择是否实现这些成员。在协议中使用@optional关键字作为前缀来定义可选成员。
可选协议在调用时使用可选链,详细内容在可选链章节中查看。
像someOptionalMethod?(someArgument)一样,你可以在可选方法名称后加上?来检查该方法是否被实现。可选方法和可选属性都会返回一个可选值(optional value),当其不可访问时,?之后语句不会执行,并返回nil。
注意: 可选协议只能在含有@objc前缀的协议中生效。且@objc的协议只能被类遵循。
Counter类使用CounterDataSource类型的外部数据源来提供增量值(increment amount),如下所示:
@objc protocol CounterDataSource { @optional func incrementForCount(count: Int) -> Int @optional var fixedIncrement: Int { get } }
CounterDataSource含有incrementForCount的可选方法和fiexdIncrement的可选属性。
注意: CounterDataSource中的属性和方法都是可选的,因此可以在类中声明但不实现这些成员,尽管技术上允许这样做,不过最好不要这样写。
Counter类含有CounterDataSource?类型的可选属性dataSource,如下所示:
@objc class Counter { var count = 0 var dataSource: CounterDataSource? func increment() { if let amount = dataSource?.incrementForCount?(count) { count += amount } else if let amount = dataSource?.fixedIncrement? { count += amount } } }
count属性用于存储当前的值,increment方法用来为count赋值。
increment方法通过可选链,尝试从两种可选成员中获取count。
在调用incrementForCount方法后,Int型可选值通过可选绑定(optional binding)自动拆包并赋值给常量amount。
当incrementForCount不能被调用时,尝试使用可选属性``fixedIncrement来代替。
ThreeSource实现了CounterDataSource协议,如下所示:
class ThreeSource: CounterDataSource { let fixedIncrement = 3 }
使用ThreeSource作为数据源开实例化一个Counter:
var counter = Counter() counter.dataSource = ThreeSource() for _ in 1...4 { counter.increment() println(counter.count) } // 3 // 6 // 9 // 12
TowardsZeroSource实现了CounterDataSource协议中的incrementForCount方法,如下所示:
class TowardsZeroSource: CounterDataSource { func incrementForCount(count: Int) -> Int { if count == 0 { return 0 } else if count < 0 { return 1 } else { return -1 } } }
下边是执行的代码:
counter.count = -4 counter.dataSource = TowardsZeroSource() for _ in 1...5 { counter.increment() println(counter.count) } // -3 // -2 // -1 // 0 // 0
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