The Swift Programming Language--语言指南--协议

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。

 

协议的语法

协议的定义与类，结构体，枚举的定义非常相似，如下所示：

1. protocol SomeProtocol {
2. // 协议内容
3. }

 

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：

1. struct SomeStructure: FirstProtocol, AnotherProtocol {
2. // 结构体内容
3. }

 

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：

1. class SomeClass: SomeSuperClass, FirstProtocol, AnotherProtocol {
2. // 类的内容
3. }

 

属性要求

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)。

 

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。

1. protocol SomeProtocol {
2. var musBeSettable : Int { get set }
3. var doesNotNeedToBeSettable: Int { get }
4. }

 

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：

1. protocol AnotherProtocol {
2. class var someTypeProperty: Int { get set }
3. }
4. protocol FullyNamed {
5. var fullName: String { get }
6. }

 

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。

1. struct Person: FullyNamed{
2. var fullName: String
3. }
4. let john = Person(fullName: "John Appleseed")
5. //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：

1. class Starship: FullyNamed {
2. var prefix: String?
3. var name: String
4. init(name: String, prefix: String? = nil ) {
5. self.anme = name
6. self.prefix = prefix
7. }
8. var fullName: String {
9. return (prefix ? prefix ! + " " : " ") + name
10. }
11. }
12. var ncc1701 = Starship(name: "Enterprise", prefix: "USS")
13. // 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。

 

方法要求

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：

1. protocol SomeProtocol {
2. class func someTypeMethod()
3. }
4. protocol RandomNumberGenerator {
5. func random() -> Double
6. }

 

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。

1. class LinearCongruentialGenerator: RandomNumberGenerator {
2. var lastRandom = 42.0
3. let m = 139968.0
4. let a = 3877.0
5. let c = 29573.0
6. func random() -> Double {
7. lastRandom = ((lastRandom * a + c) % m)
8. return lastRandom / m
9. }
10. }
11. let generator = LinearCongruentialGenerator()
12. println("Here's a random number: \(generator.random())")
13. // 输出 : "Here's a random number: 0.37464991998171"
14. println("And another one: \(generator.random())")
15. // 输出 : "And another one: 0.729023776863283"

  

突变方法要求

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：

1. protocol Togglable {
2. mutating func toggle()
3. }

 

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

1. enum OnOffSwitch: Togglable {
2. case Off, On
3. mutating func toggle() {
4. switch self {
5. case Off:
6. self = On
7. case On:
8. self = Off
9. }
10. }
11. }
12. var lightSwitch = OnOffSwitch.Off
13. lightSwitch.toggle()
14. //lightSwitch 现在的值为 .On

 

协议类型

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： 

1. 作为函数，方法或构造器中的参数类型，返回值类型

2. 作为常量，变量，属性的类型

3. 作为数组，字典或其他容器中的元素类型

 

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

 

1. class Dice {
2. let sides: Int
3. let generator: RandomNumberGenerator
4. init(sides: Int, generator: RandomNumberGenerator) {
5. self.sides = sides
6. self.generator = generator
7. }
8. func roll() -> Int {
9. return Int(generator.random() * Double(sides)) +1
10. }
11. }

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

1. var d6 = Dice(sides: 6,generator: LinearCongruentialGenerator())
2. for _ in 1...5 {
3. println("Random dice roll is \(d6.roll())")
4. }
5. //输出结果
6. //Random dice roll is 3
7. //Random dice roll is 5
8. //Random dice roll is 4
9. //Random dice roll is 5
10. //Random dice roll is 4

  

委托(代理)模式

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：

1. protocol DiceGame {
2. var dice: Dice { get }
3. func play()
4. }
5. protocol DiceGameDelegate {
6. func gameDidStart(game: DiceGame)
7. func game(game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll:Int)
8. func gameDidEnd(game: DiceGame)
9. }

 

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

1. class SnakesAndLadders: DiceGame {
2. let finalSquare = 25
3. let dic = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator())
4. var square = 0
5. var board: Int[]
6. init() {
7. board = Int[](count: finalSquare + 1, repeatedValue: 0)
8. board[03] = +08; board[06] = +11; borad[09] = +09; board[10] = +02
9. borad[14] = -10; board[19] = -11; borad[22] = -02; board[24] = -08
10. }
11. var delegate: DiceGameDelegate?
12. func play() {
13. square = 0
14. delegate?.gameDidStart(self)
15. gameLoop: while square != finalSquare {
16. let diceRoll = dice.roll()
17. delegate?.game(self,didStartNewTurnWithDiceRoll: diceRoll)
18. switch square + diceRoll {
19. case finalSquare:
20. break gameLoop
21. case let newSquare where newSquare > finalSquare:
22. continue gameLoop
23. default:
24. square += diceRoll
25. square += board[square]
26. }
27. }
28. delegate?.gameDIdEnd(self)
29. }
30. }

 

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

1. class DiceGameTracker: DiceGameDelegate {
2. var numberOfTurns = 0
3. func gameDidStart(game: DiceGame) {
4. numberOfTurns = 0
5. if game is SnakesAndLadders {
6. println("Started a new game of Snakes and Ladders")
7. }
8. println("The game is using a \(game.dice.sides)-sided dice")
9. }
10. func game(game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll: Int) {
11. ++numberOfTurns
12. println("Rolled a \(diceRoll)")
13. }
14. func gameDidEnd(game: DiceGame) {
15. println("The game lasted for \(numberOfTurns) turns")
16. }
17. }

 

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：

1. “let tracker = DiceGameTracker()
2. let game = SnakesAndLadders()
3. game.delegate = tracker
4. game.play()
5. // Started a new game of Snakes and Ladders
6. // The game is using a 6-sided dice
7. // Rolled a 3
8. // Rolled a 5
9. // Rolled a 4
10. // Rolled a 5
11. // The game lasted for 4 turns”

  

在扩展中添加协议成员

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：

1. protocol TextRepresentable {
2. func asText() -> String
3. }

 

通过扩展为上一节中提到的Dice类遵循TextRepresentable协议

1. extension Dice: TextRepresentable {
2. cun asText() -> String {
3. return "A \(sides)-sided dice"
4. }
5. }

 

从现在起，Dice类型的实例可被当作TextRepresentable类型：

1. let d12 = Dice(sides: 12,generator: LinearCongruentialGenerator())
2. println(d12.asText())
3. // 输出 "A 12-sided dice"let d12 = Dice(sides: 12,generator: LinearCongruentialGenerator())
4. println(d12.asText())
5. // 输出 "A 12-sided dice"let d12 = Dice(sides: 12,generator: LinearCongruentialGenerator())
6. println(d12.asText())
7. // 输出 "A 12-sided dice"

 

SnakesAndLadders类也可以通过扩展的方式来遵循协议：

1. extension SnakeAndLadders: TextRepresentable {
2. func asText() -> String {
3. return "A game of Snakes and Ladders with \(finalSquare) squares"
4. }
5. }
6. println(game.asText())
7. // 输出 "A game of Snakes and Ladders with 25 squares"

  

通过延展补充协议声明

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：

1. struct Hamster {
2. var name: String
3. func asText() -> String {
4. return "A hamster named \(name)"
5. }
6. }
7. extension Hamster: TextRepresentabl {}

 

从现在起，Hamster的实例可以作为TextRepresentable类型使用

1. let simonTheHamster = Hamster(name: "Simon")
2. let somethingTextRepresentable: TextRepresentabl = simonTheHamester
3. println(somethingTextRepresentable.asText())
4. // 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

 

集合中的协议类型

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：

1. 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：

1. for thing in things {
2. println(thing.asText())
3. }
4. // A game of Snakes and Ladders with 25 squares
5. // A 12-sided dice
6. // 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

 

协议的继承

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

1. protocol InheritingProtocol: SomeProtocol, AnotherProtocol {
2. // 协议定义
3. }
4. 如下所示，PrettyTextRepresentable协议继承了TextRepresentable协议
5. protocol PrettyTextRepresentable: TextRepresentable {
6. func asPrettyText() -> String
7. }

 

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：

1. extension SnakesAndLadders: PrettyTextRepresentable {
2. func asPrettyText() -> String {
3. var output = asText() + ":\n"
4. for index in 1...finalSquare {
5. switch board[index] {
6. case let ladder where ladder > 0:
7. output += "▲ "
8. case let snake where snake < 0:
9. output += "▼ "
10. default:
11. output += "○ "
12. }
13. }
14. return output
15. }
16. }

 

在for in中迭代出了board数组中的每一个元素：

当从数组中迭代出的元素的值大于0时，用▲表示。

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。

 

任意SankesAndLadders的实例都可以使用asPrettyText()方法。

1. println(game.asPrettyText())
2. // A game of Snakes and Ladders with 25 squares:
3. // ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ▲ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ▼ ○ ▼ ○

  

协议合成

一个协议可由多个协议采用protocol这样的格式进行组合，称为协议合成(protocol composition)。

 

举个例子：

1. protocol Named {
2. var name: String { get }
3. }
4. protocol Aged {
5. var age: Int { get }
6. }
7. struct Person: Named, Aged {
8. var name: String
9. var age: Int
10. }
11. func wishHappyBirthday(celebrator: protocol) {
12. println("Happy birthday \(celebrator.name) - you're \(celebrator.age)!")
13. }
14. let birthdayPerson = Person(name: "Malcolm", age: 21)
15. wishHappyBirthday(birthdayPerson)
16. // 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。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。

 

检验协议的一致性

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)：

1. is操作符用来检查实例是否遵循了某个协议。

2. 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

3. as用以强制向下转换型。

1. @objc protocol HasArea {
2. var area: Double { get }
3. }

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。

 

1. class Circle: HasArea {
2. let pi = 3.1415927
3. var radius: Double
4. var area:≈radius }
5. init(radius: Double) { self.radius = radius }
6. }
7. class Country: HasArea {
8. var area: Double
9. init(area: Double) { self.area = area }
10. }

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

1. class Animal {
2. var legs: Int
3. init(legs: Int) { self.legs = legs }
4. }

 

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：

1. let objects: AnyObject[] = [
2. Circle(radius: 2.0),
3. Country(area: 243_610),
4. Animal(legs: 4)
5. ]

 

如下所示，在迭代时检查object数组的元素是否遵循了HasArea协议：

1. for object in objects {
2. if let objectWithArea = object as? HasArea {
3. println("Area is \(objectWithArea.area)")
4. } else {
5. println("Something that doesn't have an area")
6. }
7. }
8. // Area is 12.5663708
9. // Area is 243610.0
10. // 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。

  

可选协议要求

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：

1. @objc protocol CounterDataSource {
2. @optional func incrementForCount(count: Int) -> Int
3. @optional var fixedIncrement: Int { get }
4. }

 

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：

1. @objc class Counter {
2. var count = 0
3. var dataSource: CounterDataSource?
4. func increment() {
5. if let amount = dataSource?.incrementForCount?(count) {
6. count += amount
7. } else if let amount = dataSource?.fixedIncrement? {
8. count += amount
9. }
10. }
11. }

 

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。

 

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。

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。

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：

1. class ThreeSource: CounterDataSource {
2. let fixedIncrement = 3
3. }

 

使用ThreeSource作为数据源开实例化一个Counter：

1. var counter = Counter()
2. counter.dataSource = ThreeSource()
3. for _ in 1...4 {
4. counter.increment()
5. println(counter.count)
6. }
7. // 3
8. // 6
9. // 9
10. // 12

 

TowardsZeroSource实现了CounterDataSource协议中的incrementForCount方法，如下所示：

1. class TowardsZeroSource: CounterDataSource {
2. func incrementForCount(count: Int) -> Int {
3. if count == 0 {
4. return 0
5. } else if count < 0 {
6. return 1
7. } else {
8. return -1
9. }
10. }
11. }

 

下边是执行的代码：

1. counter.count = -4
2. counter.dataSource = TowardsZeroSource()
3. for _ in 1...5 {
4. counter.increment()
5. println(counter.count)
6. }
7. // -3
8. // -2
9. // -1
10. // 0
11. // 0