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# 协议
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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,(*译者注: 协议在其他语言中也称作`接口(Interface)`*).`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`.
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`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.
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## 协议的语法
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`协议`的定义与`类,结构体,枚举`的定义非常相似,如下所示:
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protocol SomeProtocol {
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// 协议内容
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}
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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:
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struct SomeStructure: FirstProtocol, AnotherProtocol {
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// 结构体内容
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}
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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:
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class SomeClass: SomeSuperClass, FirstProtocol, AnotherProtocol {
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// 类的内容
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}
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## 属性要求
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`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)`,也能够要求属性的`(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)`.
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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.
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protocol SomeProtocol {
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var musBeSettable : Int { get set }
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var doesNotNeedToBeSettable: Int { get }
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}
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用`类`来实现`协议`时,使用`class`关键字来表示该属性为类成员;用`结构体`或`枚举`实现`协议`时,则使用`static`关键字来表示:
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protocol AnotherProtocol {
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class var someTypeProperty: Int { get set }
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}
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protocol FullyNamed {
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var fullName: String { get }
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}
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`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.
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struct Person: FullyNamed{
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var fullName: String
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}
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let john = Person(fullName: "John Appleseed")
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//john.fullName 为 "John Appleseed"
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`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*).
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如下所示,`Startship`类`遵循`了`FullyNamed`协议:
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class Starship: FullyNamed {
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var prefix: String?
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var name: String
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init(name: String, prefix: Stirng? = nil ) {
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self.anme = name
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self.prefix = prefix
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}
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var fullName: String {
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return (prefix ? prefix ! + " " : " ") + name
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}
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}
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var ncc1701 = Starship(name: "Enterprise", prefix: "USS")
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// ncc1701.fullName == "USS Enterprise"
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`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`
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## 方法要求
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`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.
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> 笔记: 协议方法支持`变长参数(variadic parameter)`,不支持`默认参数(default parameter)`.
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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:
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protocol SomeProtocol {
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class func someTypeMethod()
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}
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protocol RandomNumberGenerator {
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func random() -> Double
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}
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`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).
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`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.
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class LinearCongruentialGenerator: RandomNumberGenerator {
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var lastRandom = 42.0
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let m = 139968.0
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let a = 3877.0
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let c = 29573.0
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func random() -> Double {
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lastRandom = ((lastRandom * a + c) % m)
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return lastRandom / m
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}
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}
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let generator = LinearCongruentialGenerator()
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println("Here's a random number: \(generator.random())")
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// 输出 : "Here's a random number: 0.37464991998171"
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println("And another one: \(generator.random())")
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// 输出 : "And another one: 0.729023776863283"
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## 突变方法要求
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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[Modifyting Value Types from Within Instance Methods](1)章节中有详细描述.
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(*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*)
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> 注意: 用`类`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.
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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`:
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protocol Togglable {
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mutating func toggle()
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}
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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.
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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
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enum OnOffSwitch: Togglable {
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case Off, On
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mutating func toggle() {
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switch self {
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case Off:
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self = On
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case On:
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self = Off
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}
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}
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}
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var lightSwitch = OnOffSwitch.Off
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lightSwitch.toggle()
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//lightSwitch 现在的值为 .On
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## 协议类型
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`协议`本身不实现任何功能,但你可以将它当做`类型`来使用.
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使用场景:
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* 作为函数,方法或构造器中的参数类型,返回值类型
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* 作为常量,变量,属性的类型
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* 作为数组,字典或其他容器中的元素类型
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> 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
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class Dice {
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let sides: Int
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let generator: RandomNumberGenerator
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init(sides: Int, generator: RandomNumberGenerator) {
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self.sides = sides
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self.generator = generator
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}
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func roll() -> Int {
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return Int(generator.random() * Double(sides)) +1
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}
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}
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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.
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`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.
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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.
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`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.
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如下所示,`LinearCongruentialGenerator`的实例作为随机数生成器传入`Dice`的`构造器`
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var d6 = Dice(sides: 6,generator: LinearCongruentialGenerator())
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for _ in 1...5 {
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println("Random dice roll is \(d6.roll())")
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}
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//输出结果
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//Random dice roll is 3
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//Random dice roll is 5
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//Random dice roll is 4
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//Random dice roll is 5
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//Random dice roll is 4
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## 委托(代理)模式
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委托是一种设计模式(*译者注: 想起了那年 UITableViewDelegate 中的奔跑,那是我逝去的Objective-C...*),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.
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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`.
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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.
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下文是两个基于骰子游戏的协议:
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protocol DiceGame {
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var dice: Dice { get }
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func play()
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}
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protocol DiceGameDelegate {
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func gameDidStart(game: DiceGame)
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func game(game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll:Int)
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func gameDidEnd(game: DiceGame)
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}
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`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
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如下所示,`SnakesAndLadders`是`Snakes and Ladders`(译者注:[Control Flow](2)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
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class SnakesAndLadders: DiceGame {
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let finalSquare = 25
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let dic = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator())
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var square = 0
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var board: Int[]
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init() {
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board = Int[](count: finalSquare + 1, repeatedValue: 0)
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board[03] = +08; board[06] = +11; borad[09] = +09; board[10] = +02
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borad[14] = -10; board[19] = -11; borad[22] = -02; board[24] = -08
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}
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var delegate: DiceGameDelegate?
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func play() {
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square = 0
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delegate?.gameDidStart(self)
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gameLoop: while square != finalSquare {
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let diceRoll = dice.roll()
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delegate?.game(self,didStartNewTurnWithDiceRoll: diceRoll)
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switch square + diceRoll {
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case finalSquare:
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break gameLoop
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case let newSquare where newSquare > finalSquare:
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continue gameLoop
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default:
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square += diceRoll
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square += board[square]
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}
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}
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delegate?.gameDIdEnd(self)
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}
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}
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游戏的`初始化设置(setup)`被为`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.
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> 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
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`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.
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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
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如下所示,`DiceGameTracker`遵循了`DiceGameDelegate`协议
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class DiceGameTracker: DiceGameDelegate {
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var numberOfTurns = 0
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func gameDidStart(game: DiceGame) {
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numberOfTurns = 0
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if game is SnakesAndLadders {
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println("Started a new game of Snakes and Ladders")
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}
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println("The game is using a \(game.dice.sides)-sided dice")
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}
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func game(game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll: Int) {
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++numberOfTurns
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println("Rolled a \(diceRoll)")
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}
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func gameDidEnd(game: DiceGame) {
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println("The game lasted for \(numberOfTurns) turns")
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}
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}
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`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.
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`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.
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`DiceGameTracker`的运行情况,如下所示:
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“let tracker = DiceGameTracker()
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let game = SnakesAndLadders()
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game.delegate = tracker
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game.play()
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// Started a new game of Snakes and Ladders
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// The game is using a 6-sided dice
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// Rolled a 3
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// Rolled a 5
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// Rolled a 4
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// Rolled a 5
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// The game lasted for 4 turns”
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## 在扩展中添加协议成员
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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](4)章节中查看.
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> 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
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`TextRepresentable`协议含有一个`asText`,如下所示:
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protocol TextRepresentable {
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func asText() -> String
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}
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通过`扩展`为上一节中提到的`Dice`类遵循`TextRepresentable`协议
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extension Dice: TextRepresentable {
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cun asText() -> String {
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return "A \(sides)-sided dice"
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}
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}
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从现在起,`Dice`类型的实例可被当作`TextRepresentable`类型:
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let d12 = Dice(sides: 12,generator: LinearCongruentialGenerator())
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println(d12.asText())
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// 输出 "A 12-sided dice"
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`SnakesAndLadders`类也可以通过`扩展`的方式来遵循协议:
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extension SnakeAndLadders: TextRepresentable {
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func asText() -> String {
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return "A game of Snakes and Ladders with \(finalSquare) squares"
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}
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}
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println(game.asText())
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// 输出 "A game of Snakes and Ladders with 25 squares"
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## 通过延展补充协议声明
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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:
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struct Hamster {
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var name: String
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func asText() -> String {
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return "A hamster named \(name)"
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}
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}
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extension Hamster: TextRepresentabl {}
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从现在起,`Hamster`的实例可以作为`TextRepresentable`类型使用
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let simonTheHamster = Hamster(name: "Simon")
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let somethingTextRepresentable: TextRepresentabl = simonTheHamester
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println(somethingTextRepresentable.asText())
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|
// 输出 "A hamster named Simon"
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> 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
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## 集合中的协议类型
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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:
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let things: TextRepresentable[] = [game,d12,simoTheHamster]
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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:
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for thing in things {
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println(thing.asText())
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}
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// A game of Snakes and Ladders with 25 squares
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// A 12-sided dice
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// A hamster named Simon
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`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
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## 协议的继承
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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
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protocol InheritingProtocol: SomeProtocol, AnotherProtocol {
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// 协议定义
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}
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如下所示,`PrettyTextRepresentable`协议继承了`TextRepresentable`协议
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protocol PrettyTextRepresentable: TextRepresentable {
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func asPrettyText() -> String
|
|
}
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`遵循``PrettyTextRepresentable`协议的同时,也需要`遵循`TextRepresentable`协议.
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如下所示,用`扩展`为`SnakesAndLadders`遵循`PrettyTextRepresentable`协议:
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extension SnakesAndLadders: PrettyTextRepresentable {
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func asPrettyText() -> String {
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var output = asText() + ":\n"
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for index in 1...finalSquare {
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switch board[index] {
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case let ladder where ladder > 0:
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output += "▲ "
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case let snake where snake < 0:
|
|
output += "▼ "
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default:
|
|
output += "○ "
|
|
}
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|
}
|
|
return output
|
|
}
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|
}
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在`for in`中迭代出了`board`数组中的每一个元素:
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* 当从数组中迭代出的元素的值大于0时,用`▲`表示
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* 当从数组中迭代出的元素的值小于0时,用`▼`表示
|
|
* 当从数组中迭代出的元素的值等于0时,用`○`表示
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任意`SankesAndLadders`的实例都可以使用`asPrettyText()`方法.
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println(game.asPrettyText())
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// A game of Snakes and Ladders with 25 squares:
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// ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ▲ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ▼ ○ ▼ ○
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## 协议合成
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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)`.
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举个栗子:
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protocol Named {
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var name: String { get }
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}
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protocol Aged {
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var age: Int { get }
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}
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struct Person: Named, Aged {
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var name: String
|
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var age: Int
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}
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func wishHappyBirthday(celebrator: protocol<Named, Aged>) {
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println("Happy birthday \(celebrator.name) - you're \(celebrator.age)!")
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}
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let birthdayPerson = Person(name: "Malcolm", age: 21)
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wishHappyBirthday(birthdayPerson)
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// 输出 "Happy birthday Malcolm - you're 21!
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`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.
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`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
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> 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.
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## 检验协议的一致性
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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[Typy Casting章节](5)*):
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* `is`操作符用来检查实例是否`遵循`了某个`协议`.
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* `as?`返回一个可选值,当实例`遵循`协议时,返回该协议类型;否则返回`nil`
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* `as`用以强制向下转型.
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@objc protocol HasArea {
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var area: Double { get }
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}
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> 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](6)*.
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class Circle: HasArea {
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let pi = 3.1415927
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var radius: Double
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var area: Double { return pi * radius * radius }
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init(radius: Double) { self.radius = radius }
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}
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class Country: HasArea {
|
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var area: Double
|
|
init(area: Double) { self.area = area }
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}
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`Circle`和`Country`都遵循了`HasArea`协议,前者把`area`写为`计算型属性`,后者则把`area`写为`存储型属性`
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如下所示,Animal类没有实现任何协议
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class Animal {
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var legs: Int
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init(legs: Int) { self.legs = legs }
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}
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`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他们的实例,如下所示:
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let objects: AnyObject[] = [
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Circle(radius: 2.0),
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Country(area: 243_610),
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Animal(legs: 4)
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]
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如下所示,在迭代时检查`object`数组的元素是否`遵循`了`HasArea`协议:
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for object in objects {
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if let objectWithArea = object as? HasArea {
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println("Area is \(objectWithArea.area)")
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} else {
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println("Something that doesn't have an area")
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}
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}
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// Area is 12.5663708
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// Area is 243610.0
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// Something that doesn't have an area
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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.
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`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.
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## 可选协议要求
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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.
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可选协议在调用时使用`可选链`,详细内容在[Optional Chaning](7)章节中查看.
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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`
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> 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
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`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:
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@objc protocol CounterDataSource {
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@optional func incrementForCount(count: Int) -> Int
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@optional var fixedIncrement: Int { get }
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}
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`CounterDataSource`含有`incrementForCount`的`可选方法`和`fiexdIncrement`的`可选属性`.
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> 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.
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`Counter`类含有`CounterDataSource?`类型的可选属性`dataSource`,如下所示:
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@objc class Counter {
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var count = 0
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var dataSource: CounterDataSource?
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func increment() {
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if let amount = dataSource?.incrementForCount?(count) {
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count += amount
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} else if let amount = dataSource?.fixedIncrement? {
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count += amount
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}
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}
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}
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`count`属性用于存储当前的值,`increment`方法用来为`count`赋值.
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`increment`方法通过`可选链`,尝试从两种`可选成员`中获取`count`.
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1. 由于`dataSource`可能为`nil`,因此在`dataSource`后边加上了`?`标记来表明只在`dataSource`非空时才去调用incrementForCount`方法.
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2. 即使`dataSource`存在,但是也无法保证其是否实现了`incrementForCount`方法,因此在`incrementForCount`方法后边也加有`?`标记
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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`.
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当`incrementForCount`不能被调用时,尝试使用`可选属性``fixedIncrement`来代替.
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`ThreeSource`实现了`CounterDataSource`协议,如下所示:
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class ThreeSource: CounterDataSource {
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let fixedIncrement = 3
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}
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使用`ThreeSource`作为数据源开实例化一个`Counter`:
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var counter = Counter()
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counter.dataSource = ThreeSource()
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for _ in 1...4 {
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counter.increment()
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println(counter.count)
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}
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// 3
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// 6
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// 9
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// 12
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`TowardsZeroSource`实现了`CounterDataSource`协议中的`incrementForCount`方法,如下所示:
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class TowardsZeroSource: CounterDataSource {
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func incrementForCount(count: Int) -> Int {
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if count == 0 {
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return 0
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} else if count < 0 {
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return 1
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} else {
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return -1
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}
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}
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}
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下边是执行的代码:
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counter.count = -4
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counter.dataSource = TowardsZeroSource()
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for _ in 1...5 {
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counter.increment()
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println(counter.count)
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}
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// -3
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// -2
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// -1
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// 0
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// 0
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[1]:http://baidu.com
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[2]:http://baidu.com
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[3]:http://baidu.com
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[4]:http://baidu.com
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[5]:http://baidu.com
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[6]:http://baidu.com
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[7]:http://baidu.com
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