【Swift 3.1】22 - 协议 (Protocols)
自从苹果2014年发布Swift，到现在已经两年多了，而Swift也来到了3.1版本。去年利用工作之余，共花了两个多月的时间把官方的Swift编程指南看完。现在整理一下笔记，回顾一下以前的知识。有需要的同学可以去看官方文档>>。
协议为方法、属性和其他适合特定任务或功能定义了一个蓝图。类、结构和枚举都可以遵循协议来对一些特殊要求提供真实的实现。
协议语法 (Protocol Syntax)
语法如下：
protocol SomeProtocol {
// protocol definition goes here
}
遵循一个或多个协议：
struct SomeStructure: FirstProtocol, AnotherProtocol {
// structure definition goes here
}
如果一个类有父类，那么把父类放在最前面，协议放后面：
class SomeClass: SomeSuperclass, FirstProtocol, AnotherProtocol {
// class definition goes here
}
属性要求 (Property Requirements)
协议可以要求遵循它的类型提供有特定名字和类型的实例属性或者类属性。协议没有要求这些属性一定得是存储属性或者计算属性，它指定了属性的名字和类型，还指定了属性是只读或者是可读可写。
如果协议要求了属性必须是可读可写，那么实现这个协议时不能把属性定义为常量存储属性或者只读计算属性；如果协议要求一个属性必须是可读的，那么实现这个协议时可以把属性定义为任何种类的属性，也可以是可写的。
协议的属性都定义为变量属性，使用var关键字：
protocol SomeProtocol {
var mustBeSettable: Int { get set }
var doesNotNeedToBeSettable: Int { get }
}
使用static定义类型属性：
protocol AnotherProtocol {
static var someTypeProperty: Int { get set }
}
下面是一个例子：
protocol FullyNamed {
var fullName: String { get }
}
遵循FullyNamed协议：
struct Person: FullyNamed {
var fullName: String
}
let john = Person(fullName: "John Appleseed")
// john.fullName is "John Appleseed"
下面是一个更复杂的遵循FullyNamed协议的例子：
class Starship: FullyNamed {
var prefix: String?
var name: String
init(name: String, prefix: String? = nil) {
self.name = name
self.prefix = prefix
}
var fullName: String {
return (prefix != nil ? prefix! + " " : "") + name
}
}
var ncc1701 = Starship(name: "Enterprise", prefix: "USS")
// ncc1701.fullName is "USS Enterprise"
方法要求 (Method Requirements)
协议可以定义一些特定类型的实例方法和类型方法来让遵循它的类型去实现。定义协议方法和定义正常的方法一样，不过协议方法没有方法体。允许使用可变参数，但是参数不能有默认值。
使用static来定义类型方法：
protocol SomeProtocol {
static func someTypeMethod()
}
下面是一个RandomNumberGenerator协议：
protocol RandomNumberGenerator {
func random() -> Double
}
下面是遵循RandomNumberGenerator协议的一个类：
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).truncatingRemainder(dividingBy:m))
return lastRandom / m
}
}
let generator = LinearCongruentialGenerator()
print("Here's a random number: \(generator.random())")
// Prints "Here's a random number: 0.37464991998171"
print("And another one: \(generator.random())")
// Prints "And another one: 0.729023776863283"
Mutating 方法要求 (Mutating Method Requirements)
有时候我们需要在方法中改变实例。在方法前面加上mutating来表示这个方法可以修改实例或者实例的属性。
注意：如果把协议的实例方法标记为mutating，在遵循这个协议的类中实现mutating方法无需加上mutating关键字。mutating只适用于结构和枚举类型。
下面是一个Togglable协议：
protocol Togglable {
mutating func toggle()
}
下面是遵循Togglable协议的枚举OnOffSwitch：
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 is now equal to .on
初始化器要求 (Initializer Requirements)
协议可以指定遵循这个协议的类型初始化器：
protocol SomeProtocol {
init(someParameter: Int)
}
Class实现协议的初始化器要求 (Class Implementation of Protocol Initializer Requirements)
我们可以实现协议的初始化器并作为类的指定初始化器或者便利初始化器，不管是哪一种初始化器，都需要用require标记：
class SomeClass: SomeProtocol {
required init(someParameter: Int) {
// initializer implementation goes here
}
}
required关键字保证了遵循这个协议的类的所有子类有一个对协议指定的初始化器有明确的实现，这样子类也遵循这个协议。
注意：如果类对协议指定的初始化器的实现用final标记，那就无需再用required标记，因为final标记的初始化器是不能被继承的。
如果一个子类重写了父类的指定初始化器，并重写后的初始化器刚好匹配协议指定的初始化器，那么这个初始化器需要用required和override标记。
protocol SomeProtocol {
init()
}
class SomeSuperClass {
init() {
// initializer implementation goes here
}
}
class SomeSubClass: SomeSuperClass, SomeProtocol {
// "required" from SomeProtocol conformance; "override" from SomeSuperClass
required override init() {
// initializer implementation goes here
}
}
可能失败的初始化器要求 (Failable Initializer Requirements)
协议可以定义可能失败的初始化器要求。在遵循这个协议的类型中，可以用可能失败的初始化器或者正常的初始化器来实现协议的可能失败的初始化器；可以用隐式强制解包可能失败的初始化器或者正常的初始化器来实现协议的正常的初始化器。
协议作为类型 (Protocols as Types)
协议实际上是不实现任何功能的。尽管如此，我们创建的任何协议，都可以是一个完全成熟的类型。
因为协议是一个类型，所以我们可以在很多地方用到协议：
- 作为方法和初始化器的参数类型或返回值类型
- 作为常量、变量或者属性的类型
- 作为数组、字典或者其他集合的元素类型
下面是一个例子：
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
}
}
generator属性是RandomNumberGenerator类型，所以我们可以把任何遵循RandomNumberGenerator协议的类型实例赋给它，没有其他太多要求，只要这个实例的类型遵循了RandomNumberGenerator协议。
var d6 = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator())
for _ in 1...5 {
print("Random dice roll is \(d6.roll())")
}
// 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
代理 (Delegation)
代理是一种设计模式，使用代理可以把一个类或结构把它们负责的任务转移给另外一个类型的实例去做。代理模式是通过定义协议实现的，这个协议封装了代理需要做的工作。代理模式可以用来响应一些特定的行为，或者从外部资源获取数据，但是不需要知道外部资源的基本类型。
下面是骰子游戏需要的两个协议：
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协议可以用于涉及到骰子的游戏；DiceGameDelegate协议可以用于跟踪DiceGame的过程。
下面是一个Snakes和Ladders的游戏：
class SnakesAndLadders: DiceGame {
let finalSquare = 25
let dice = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator())
var square = 0
var board: [Int]
init() {
board = Array(repeating: 0, count: finalSquare + 1)
board[03] = +08; board[06] = +11; board[09] = +09; board[10] = +02
board[14] = -10; board[19] = -11; board[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)
}
}
SnakesAndLadders遵循了DiceGame协议。
下面是DiceGameTracker，遵循了DiceGameDelegate协议：
class DiceGameTracker: DiceGameDelegate {
var numberOfTurns = 0
func gameDidStart(_ game: DiceGame) {
numberOfTurns = 0
if game is SnakesAndLadders {
print("Started a new game of Snakes and Ladders")
}
print("The game is using a \(game.dice.sides)-sided dice")
}
func game(_ game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll: Int) {
numberOfTurns += 1
print("Rolled a \(diceRoll)")
}
func gameDidEnd(_ game: DiceGame) {
print("The game lasted for \(numberOfTurns) turns")
}
}
DiceGameTracker实现了DiceGameDelegate协议的所有方法。
下面是DiceGameTracker的使用情况：
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
使用扩展遵循协议 (Adding Protocol Conformance with an Extension)
可以使用扩展来遵循一个协议，不必访问已存在类型的源代码。
注意：当在一个类型的扩展遵循了协议，这个类型会自动遵循这个协议。
例如下面这个协议TextRepresentable：
protocol TextRepresentable {
var textualDescription: String { get }
}
可以通过扩展Dice来遵循TextRepresentable协议：
extension Dice: TextRepresentable {
var textualDescription: String {
return "A \(sides)-sided dice"
}
}
同样地，可以通过扩展SnakesAndLadders来遵循TextRepresentable协议：
extension SnakesAndLadders: TextRepresentable {
var textualDescription: String {
return "A game of Snakes and Ladders with \(finalSquare) squares"
}
}
print(game.textualDescription)
// Prints "A game of Snakes and Ladders with 25 squares"
使用扩展声明遵循协议 (Declaring Protocol Adoption with an Extension)
如果一个类型已经实现了协议的所有要求，但是没有声明它已经遵循了这个协议，可以使用空扩展来实现：
struct Hamster {
var name: String
var textualDescription: String {
return "A hamster named \(name)"
}
}
extension Hamster: TextRepresentable {}
协议类型集合 (Collections of Protocol Types)
协议可以作为集合元素的类型，例如：
let things: [TextRepresentable] = [game, d12, simonTheHamster]
便利数组的元素，然后打印元素各自的textualDescription：
for thing in things {
print(thing.textualDescription)
}
// A game of Snakes and Ladders with 25 squares
// A 12-sided dice
// A hamster named Simon
注意：thing常量是TextRepresentable类型，不是Dice、DiceGame或者Hamster，即使实际上是其中的一种类型。尽管如此，因为thing是TextRepresentable类型，并且它有textualDescription属性，所以我们可以直接访问thing.textualDescription。
协议继承 (Protocol Inheritance)
一个协议可以继承一个或多个协议，语法如下：
protocol InheritingProtocol: SomeProtocol, AnotherProtocol {
// protocol definition goes here
}
下面是一个例子：
protocol PrettyTextRepresentable: TextRepresentable {
var prettyTextualDescription: String { get }
}
SnakesAndLadders类遵循PrettyTextRepresentable协议：
extension SnakesAndLadders: PrettyTextRepresentable {
var prettyTextualDescription: String {
var output = textualDescription + ":\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
}
}
这个扩展提供了prettyTextualDescription的实现。是PrettyTextRepresentable类型的任何东西都必须是TextRepresentable类型，所以prettyTextualDescription的实现始于TextRepresentable的属性textualDescription。
打印prettyTextualDescription属性，结果如下：
print(game.prettyTextualDescription)
// A game of Snakes and Ladders with 25 squares:
// ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ▲ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ▼ ○ ▼ ○
只适用于Class类型的协议 (Class-Only Protocols)
我们可以使用class关键字来限制一个协议能被class类型遵循，class必须放在最前面：
protocol SomeOnlyProtocol: class, SomeInheritantedProtocol {
// class-only protocol definition goes here
}
协议组合 (Protocol Composition)
要求一个类型一次性遵循多个协议是非常有用的。使用SomeProtocol & AnotherProtocol来组合协议，我们想要组合多少个就组合多少个，只要使用&隔开即可。
下面是一个例子：
protocol Named {
var name: String { get }
}
protocol Aged {
var age: Int { get }
}
struct Person: Named, Aged {
var name: String
var age: Int
}
func wishHappyBirthday(to celebrator: Named & Aged) {
print("Happy birthday, \(celebrator.name), you're \(celebrator.age)!")
}
let birthdayPerson = Person(name: "Malcolm", age: 21)
wishHappyBirthday(to: birthdayPerson)
// Prints "Happy birthday, Malcolm, you're 21!"
celebrator的参数类型是Named & Aged，意味着这个参数要同时遵循Named和Aged协议。不管具体类型是什么，只要遵循这两个协议即可。
注意：协议组合并不是定义了一个新的、永久的协议类型。他们只是一个结合了多个协议要求的暂时本地协议。
检查协议一致性 (Checking for Protocol Conformance)
使用is和as来检查协议的一致性，并且转型到一个具体的协议：
- 如果一个实例遵循了一个协议，
is运算符返回true，否则返回false -
as?向下转型运算符返回一个协议的可选类型，如果实例不遵循那个协议，返回nil -
as!向下转型运算符强制向下转型到那个协议，如果转型不成功，出发运行时错误
例如下面这个例子：
protocol HasArea {
var area: Double { get }
}
class Circle: HasArea {
let pi = 3.1415927
var radius: Double
var area: Double { return pi * radius * radius }
init(radius: Double) { self.radius = radius }
}
class Country: HasArea {
var area: Double
init(area: Double) { self.area = area }
}
下面是一个不遵循HasArea协议的类Animal:
class Animal {
var legs: Int
init(legs: Int) { self.legs = legs }
}
创建三个实例，并把他们放入[AnyObject]类型的数组中：
let objects: [AnyObject] = [
Circle(radius: 2.0),
Country(area: 243_610),
Animal(legs: 4)
]
便利这个数组，使用as?向下转型：
for object in objects {
if let objectWithArea = object as? HasArea {
print("Area is \(objectWithArea.area)")
} else {
print("Something that doesn't have an area")
}
}
// Area is 12.5663708
// Area is 243610.0
// Something that doesn't have an area
可选协议要求 (Optional Protocol Requirements)
我们可以定义可选协议要求，这些可选的要求不一定要有对应的实现。使用optional关键字来定义可选的协议要求。协议和协议要求都必须使用@objc属性标记。注意：@objc协议只能被继承于OC的类或者其他@objc类采用。不能被结构和枚举采用。
当我们在使用可选要求的方法或者属性时，他的类型自动变为可选类型。例如(Int) -> String变成((Int) -> String)?。
可以使用可选链来调用可选类型协议的要求。
@objc protocol CounterDataSource {
@objc optional func increment(forCount count: Int) -> Int
@objc optional var fixedIncrement: Int { get }
}
class Counter {
var count = 0
var dataSource: CounterDataSource?
func increment() {
if let amount = dataSource?.increment?(forCount: count) {
count += amount
} else if let amount = dataSource?.fixedIncrement {
count += amount
}
}
}
increment()使用可选链来尝试调用increment(forCount:)。
下面对CounterDataSource的简单实现，实现了fixedIncrement属性：
class ThreeSource: NSObject, CountDataSource {
let fixedIncrement = 3
}
创建一个Counter实例：
var counter = Counter()
counter.dataSource = ThreeSource()
for _ in 1...4 {
counter.increment()
print(counter.count)
}
// 3
// 6
// 9
// 12
下面是一个更复杂的类TowardsZeroSource：
@objc class TowardsZeroSource: NSObject, CounterDataSource {
func increment(forCount count: Int) -> Int {
if count == 0 {
return 0
} else if count < 0 {
return 1
} else {
return -1
}
}
}
创建一个TowardsZeroSource实例：
counter.count = -4
counter.dataSource = TowardsZeroSource()
for _ in 1...5 {
counter.increment()
print(counter.count)
}
// -3
// -2
// -1
// 0
// 0
协议扩展 (Protocol Extensions)
协议可以被扩展以提供属性和方法实现，这可以允许我们定义协议的行为。
例如，扩展之前的RandomNumberGenerator协议：
extension RandomNumberGenerator {
func RandomBool() -> Bool {
return random() > 0.5
}
}
创建了协议的扩展以后，所有遵循这个协议的类型自动获得这个扩展方法的实现，无需做任何修改：
let generator = LinearCongruentialGenerator()
print("Here's a random number: \(generator.random())")
// Prints "Here's a random number: 0.37464991998171"
print("And here's a random Boolean: \(generator.randomBool())")
// Prints "And here's a random Boolean: true"
提供默认实现 (Providing Default Implementations)
我们可以使用协议扩展来提供默认的实现给原有协议定义的方法和属性。如果遵循了这个协议的类型提供了自己的实现，那么将会使用这个类型自己的实现，而不是使用扩展的实现。
注意：扩展提供了默认实现的协议要求不同于可选协议要求，虽然遵循这个协议的类型都不需要提供自己的实现，但是有默认实现的要求可以直接被调用，而不用使用可选绑定。
例如，继承于TextRepresentable的PrettyTextRepresentable协议，可以通扩展来提供prettyTextualDescription属性的默认实现：
extension PrettyTextRepresentable {
var prettyTextualDescription: String {
return textualDescription
}
}
向协议扩展添加约束 (Adding Constraint to Protocol Extensions)
当定义一个协议的扩展时，可以指定一些约束来要求遵循这个协议的类型必须满足这些约束条件才能访问扩展里定义的属性和方法。使用where语句来添加约束。
例如，定义一个Collection协议的扩展，并限定元素遵循TextRepresentable协议的集合才可以访问扩展里的属性和方法：
extension Collection where Iterator.Element: TextRepresentable {
var textualDescription: String {
let itemsAsText = self.map { $0.textualDescription }
return "[" + itemsAsText.joined(separator: ", ") + "]"
}
}
之前的Hamster结构遵循了TextRepresentable协议：
let murrayTheHamster = Hamster(name: "Murray")
let morganTheHamster = Hamster(name: "Morgan")
let mauriceTheHamster = Hamster(name: "Maurice")
let hamsters = [murrayTheHamster, morganTheHamster, mauriceTheHamster]
因为Array遵循了Collection协议，并且里面的元素遵循TextRepresentable协议，所以hamsters能直接使用textualDescription属性：
print(hamsters.textualDescription)
// Prints "[A hamster named Murray, A hamster named Morgan, A hamster named Maurice]"
注意：如果有多个有限制的协议扩展为同一个方法或属性提供了实现，并且有一个类型遵循了这些协议，Swift将会使用对应最专用限制的实现。
第二十二部分完。下个部分：【Swift 3.1】23 - 泛型 (Generics)
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