Swift(二十五)泛型

泛型代码可以让你写出根据自我需求定义、适用于任何类型的,灵活且可重用的函数和类型。它可以让你避免重复的代码,用一种清晰和抽象的方式来表达代码的意图。

泛型是 Swift 强大特征中的其中一个,许多 Swift 标准库是通过泛型代码构建出来的。事实上,泛型的使用贯穿了整本语言手册,只是你没有发现而已。例如,Swift 的数组和字典类型都是泛型集。你可以创建一个Int数组,也可创建一个String数组,或者甚至于可以是任何其他 Swift 的类型数据数组。同样的,你也可以创建存储任何指定类型的字典(dictionary),而且这些类型可以是没有限制的。
定义一个交换量贩int值得方法, 注意inout关键字,代表函数内部可以修改函数外部的参数值

func swapTwoInts(_ a: inout Int, _ b: inout Int) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

var someInt = 3
var anotherInt = 107
swapTwoInts(&someInt, &anotherInt)
print("someInt is now \(someInt), and anotherInt is now \(anotherInt)")
// Prints "someInt is now 107, and anotherInt is now 3"

该swapTwoInts(::)功能是有用的,但它只能与所用Int的值。如果你想交换两个String值,或两个Double值,你必须写更多的功能,如swapTwoStrings(::)与swapTwoDoubles(::)如下功能:

func swapTwoStrings(_ a: inout String, _ b: inout String) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

func swapTwoDoubles(_ a: inout Double, _ b: inout Double) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

您可能已经注意到swapTwoInts(::),swapTwoStrings(::)和swapTwoDoubles(::)功能是相同的。唯一的区别是该值的,他们接受的类型(Int,String,和Double)。

但实际应用中通常需要一个用处更强大并且尽可能的考虑到更多的灵活性单个函数,可以用来交换两个任何类型值,很幸运的是,泛型代码帮你解决了这种问题。(一个这种泛型函数后面已经定义好了。)

注意: 在所有三个函数中,a和b的类型是一样的。如果a和b不是相同的类型,那它们俩就不能互换值。Swift 是类型安全的语言,所以它不允许一个String类型的变量和一个Double类型的变量互相交换值。如果一定要做,Swift 将报编译错误。

泛型函数

泛型函数可以工作于任何类型,这里是一个上面swapTwoInts函数的泛型版本,用于交换两个值:

func swapTwoValues<T>(_ a: inout T, _ b: inout T) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

swapTwoValues函数主体和swapTwoInts函数是一样的,它只在第一行稍微有那么一点点不同于swapTwoInts,如下所示:

func swapTwoInts(_ a: inout Int, _ b: inout Int)

func swapTwoValues<T>(_ a: inout T, _ b: inout T)

这个函数的泛型版本使用了占位类型名字(通常此情况下用字母T来表示)来代替实际类型名(如In、String或Doubl)。占位类型名没有提示T必须是什么类型,但是它提示了a和b必须是同一类型T,而不管T表示什么类型。只有swapTwoValues函数在每次调用时所传入的实际类型才能决定T所代表的类型。

另外一个不同之处在于这个泛型函数名后面跟着的展位类型名字(T)是用尖括号括起来的()。这个尖括号告诉 Swift 那个T是swapTwoValues函数所定义的一个类型。因为T是一个占位命名类型,Swift 不会去查找命名为T的实际类型。

swapTwoValues函数除了要求传入的两个任何类型值是同一类型外,也可以作为swapTwoInts函数被调用。每次swapTwoValues被调用,T所代表的类型值都会传给函数。

var someInt = 3 
var anotherInt = 107 
swapTwoValues(&someInt, &anotherInt) 
// someInt is now 107, and anotherInt is now 3 
 
var someString = "hello" 
var anotherString = "world" 
swapTwoValues(&someString, &anotherString) 
// someString is now "world", and anotherString is now "hello" 

泛型类型

通常在泛型函数中,Swift 允许你定义你自己的泛型类型。这些自定义类、结构体和枚举作用于任何类型,如同Array和Dictionary的用法。
这里展示了如何写一个非泛型版本的栈,Int值型的栈:

struct IntStack {
    var items = [Int]()
//入栈
    mutating func push(_ item: Int) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Int {
//出栈
        return items.removeLast()
    }
}

上面所展现的IntStack类型只能用于Int值,不过,其对于定义一个泛型Stack类(可以处理任何类型值的栈)是非常有用的。

struct Stack<Element> {
    var items = [Element]()
    mutating func push(_ item: Element) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Element {
        return items.removeLast()
    }
}

注意到Stack的泛型版本基本上和非泛型版本相同,但是泛型版本的占位类型参数为Element代替了实际Int类型。这种类型参数包含在一对尖括号里(< Element >),紧随在结构体名字后面。
T定义了一个名为“某种类型Element”的节点提供给后来用。这种将来类型可以在结构体的定义里任何地方表示为“ Element”。在这种情况下,Element在如下三个地方被用作节点:

  • 创建一个名为items的属性,使用空的Element类型值数组对其进行初始化;
  • 指定一个包含一个参数名为item的push方法,该参数必须是Element类型;
  • 指定一个pop方法的返回值,该返回值将是一个Element类型值。

当创建一个新单例并初始化时, 通过用一对紧随在类型名后的尖括号里写出实际指定栈用到类型,创建一个Stack实例,同创建Array和Dictionary一样:
您创建一个新的Stack写入存储在尖括号内堆栈中的类型实例。例如,创建一个新的字符串堆栈,你写的Stack<String>():

var stackOfStrings = Stack<String>()
stackOfStrings.push("uno")
stackOfStrings.push("dos")
stackOfStrings.push("tres")
stackOfStrings.push("cuatro")
// the stack now contains 4 strings
入栈

从弹出堆栈中删除一个值,并返回最高值,"cuatro":

let fromTheTop = stackOfStrings.pop()
// fromTheTop is equal to "cuatro", and the stack now contains 3 strings

这里的堆栈看起来如何弹出它的最高值后:

出栈

扩展泛型类型

下面的例子扩展了通用的Stack类型添加一个只读属性来计算所谓的topItem,它返回堆栈顶部的项目,而不从栈中弹出它:

extension Stack {
    var topItem: Element? {
        return items.isEmpty ? nil : items[items.count - 1]
    }
}

该topItem属性返回类型的可选值Element。如果堆栈是空的,topItem返回nil; 如果栈不为空,topItem将返回在最后一个项目items数组。

请注意,这个扩展没有定义类型参数列表。相反,Stack类型的现有类型的参数名,Element时,在扩展中用于指示可选类型的topItem计算属性。

在topItem计算财产现在可以与任何使用Stack实例来访问,而没有删除它查询其顶部的项目:

if let topItem = stackOfStrings.topItem {
    print("The top item on the stack is \(topItem).")
}
// Prints "The top item on the stack is tres."

类型约束

swapTwoValues函数和Stack类型可以作用于任何类型,不过,有的时候对使用在泛型函数和泛型类型上的类型强制约束为某种特定类型是非常有用的。类型约束指定了一个必须继承自指定类的类型参数,或者遵循一个特定的协议或协议构成。
类型约束语法
你可以写一个在一个类型参数名后面的类型约束,通过冒号分割,来作为类型参数链的一部分。这种作用于泛型函数的类型约束的基础语法如下所示(和泛型类型的语法相同):

func someFunction<T: SomeClass, U: SomeProtocol>(someT: T, someU: U) { 
    // function body goes here 
} 

上面这个假定函数有两个类型参数。第一个类型参数T,有一个需要T必须是SomeClass子类的类型约束;第二个类型参数U,有一个需要U必须遵循SomeProtocol协议的类型约束。

类型约束行为
这里有个名为findStringIndex的非泛型函数,该函数功能是去查找包含一给定String值的数组。若查找到匹配的字符串,findStringIndex函数返回该字符串在数组中的索引值(Int),反之则返回nil:

func findIndex(ofString valueToFind: String, in array: [String]) -> Int? {
    for (index, value) in array.enumerated() {
        if value == valueToFind {
            return index
        }
    }
    return nil
}

findStringIndex函数可以作用于查找一字符串数组中的某个字符串:

let strings = ["cat", "dog", "llama", "parakeet", "terrapin"]
if let foundIndex = findIndex(ofString: "llama", in: strings) {
    print("The index of llama is \(foundIndex)")
}
// Prints "The index of llama is 2"

如果只是针对字符串而言查找在数组中的某个值的索引,用处不是很大,不过,你可以写出相同功能的泛型函数findIndex,用某个类型T值替换掉提到的字符串。

func findIndex<T>(of valueToFind: T, in array:[T]) -> Int? {
    for (index, value) in array.enumerated() {
        if value == valueToFind {
            return index
        }
    }
    return nil
}

上面所写的函数不会编译。这个问题的位置在等式的检查上,“if value == valueToFind”。不是所有的 Swift 中的类型都可以用等式符(==)进行比较。例如,如果你创建一个你自己的类或结构体来表示一个复杂的数据模型,那么 Swift 没法猜到对于这个类或结构体而言“等于”的意思。正因如此,这部分代码不能可能保证工作于每个可能的类型T,当你试图编译这部分代码时估计会出现相应的错误。

不过,所有的这些并不会让我们无从下手。Swift 标准库中定义了一个Equatable协议,该协议要求任何遵循的类型实现等式符(==)和不等符(!=)对任何两个该类型进行比较。所有的 Swift 标准类型自动支持Equatable协议。

任何Equatable类型都可以安全的使用在findIndex函数中,因为其保证支持等式操作。为了说明这个事实,当你定义一个函数时,你可以写一个Equatable类型约束作为类型参数定义的一部分:

func findIndex<T: Equatable>(of valueToFind: T, in array:[T]) -> Int? {
    for (index, value) in array.enumerated() {
        if value == valueToFind {
            return index
        }
    }
    return nil
}

findIndex中这个单个类型参数写做:T: Equatable,也就意味着“任何T类型都遵循Equatable协议”。

findIndex函数现在则可以成功的编译过,并且作用于任何遵循Equatable的类型,如Double或String:

let doubleIndex = findIndex(of: 9.3, in: [3.14159, 0.1, 0.25])
// doubleIndex is an optional Int with no value, because 9.3 is not in the array
let stringIndex = findIndex(of: "Andrea", in: ["Mike", "Malcolm", "Andrea"])
// stringIndex is an optional Int containing a value of 2
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