最全的 Swift 4 新特性解析

作者: SwiftFun | 来源:发表于2017-06-09 20:59 被阅读2400次

WWDC 2017 带来了很多惊喜。Swift 4 也伴随着 Xcode 9 测试版来到了我们的面前，很多强大的新特性非常值得我们期待在正式项目中去使用它。因为 Swift 4 是开源的，如果你关注 swift-evolution 这个项目的话，就应该已经提前了解到它的新特性了。本文参考了 WWDC 2017 以及各种资料，从语法、字符串、标准库、构建过程等方面，把 Swift 4 的这些新特性一一列举出来做介绍和分析，让他们毫无保留地展现在你眼前。

一、语法改进

extension 中可以访问 private 的属性

考虑以下代码：

struct Date: Equatable, Comparable {
    private let secondsSinceReferenceDate: Double
    static func ==(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
        return lhs.secondsSinceReferenceDate == rhs.secondsSinceReferenceDate
    }
    static func <(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
        return lhs.secondsSinceReferenceDate < rhs.secondsSinceReferenceDate
    }
}

上面代码定义了一个 Date 结构体，并实现 Equatable 和 Comparable 协议。为了让代码更清晰，可读性更好，一般会把对协议的实现放在单独的 extension 中，这也是一种非常符合 Swift 风格的写法，如下：

struct Date {
    private let secondsSinceReferenceDate: Double
}
extension Date: Equatable {
    static func ==(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
        return lhs.secondsSinceReferenceDate == rhs.secondsSinceReferenceDate
    }
}
extension Date: Comparable {
    static func <(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
        return lhs.secondsSinceReferenceDate < rhs.secondsSinceReferenceDate
    }
}

但是在 Swift 3 中，编译就报错了，因为 extension 中无法获取到 secondsSinceReferenceDate 属性，因为它是 private 的。于是在 Swift 3 中，必须把 private 改为 fileprivate。

struct Date {
    fileprivate let secondsSinceReferenceDate: Double
}
...

但是如果用 fileprivate，属性的作用域就会比我们需要的更大，可能会不小心造成属性的滥用。

在 Swift 4 中，private 的属性的作用域扩大到了 extension 中，并且被限定在了 struct 和 extension 内部，这样就不需要再改成 fileprivate 了，这是最好的结果。

类型和协议的组合类型

考虑以下代码：

protocol Shakeable {
    func shake()
}

extension UIButton: Shakeable { /* ... */ }
extension UISlider: Shakeable { /* ... */ }

func shakeEm(controls: [???]) {
    for control in controls where control.state.isEnabled {
    }
    control.shake()
}

在 Swift 3 中，这里的 ??? 应该写什么呢？如果写 UIControl，那么 control.shake() 就会报错；如果写 Shakeable，那么 control.state.isEnabled 就会报错。其实我们也可以这样写：

func shakeEm(controls: [UIControl]) {
    for control in controls where control.isEnabled {
        if control is Shakeable {
            (control as! Shakeable).shake()
        }
    }
}

这样写虽然可以跑通了，但是很丑陋。

在 Swift 4 中，可以把类型和协议用 & 组合在一起作为一个类型使用，就可以像下面这样写了：

protocol Shakeable {
    func shake()
}

extension UIButton: Shakeable { /* ... */ }
extension UISlider: Shakeable { /* ... */ }

func shakeEm(controls: [UIControl & Shakeable]) {
    for control in controls where control.state.isEnabled {
        control.shake()
    }
}

把它声明为了 UIControl & Shakeable 类型。OK，圆满解决。

PS:
这个代码例子是 WWDC 2017 的 PPT 中的，上面的代码有点问题，control.state.isEnabled 这句代码中，state 是没有 isEnabled 这个属性的，改为 control.isEnabled 就可以了。看来苹果的工程师做 PPT 有时候还是不太严谨。

另外，iOS SDK 中的 API 也用这个特性做了优化，例如：

// Objective-C API
@interface NSCandidateListTouchBarItem<CandidateType> : NSTouchBarItem
@property (nullable, weak) NSView <NSTextInputClient> *client;
@end

这个 API 的 Objective-C 版本是没有问题的，可以知道 client 属性既是一个 NSView，又符合 NSTextInputClient 协议。然而它对应的 Swift 3 版本为：

class NSCandidateListTouchBarItem<CandidateType: AnyObject> : NSTouchBarItem {
    var client: NSView?
}

仅仅是一个 NSView 类型 /(ㄒoㄒ)/~~

在 Swift 4 中，这类 API 做了优化，改成了：

class NSCandidateListTouchBarItem<CandidateType: AnyObject> : NSTouchBarItem {
    var client: (NSView & NSTextInputClient)?
}

这样类型的声明就更加严谨了。

Associated Type 可以追加 Where 约束语句

在 Swift 4 中可以在 associatedtype 后面声明的类型后追加 where 语句

associatedtype Element where <xxx>

看下面是 Swift 4 标准库中 Sequence 中 Element 的声明：

protocol Sequence {
    associatedtype Element where Self.Element == Self.Iterator.Element
    // ...
}

它限定了 Sequence 中 Element 这个类型必须和 Iterator.Element 的类型一致。

通过 where 语句可以对类型添加更多的约束，使其更严谨，避免在使用这个类型时做多余的类型判断。

新的 Key Paths 语法

先来看看 Swift 3 中 Key Paths 的写法：

@objcMembers class Kid: NSObject {
    dynamic var nickname: String = ""
    dynamic var age: Double = 0.0
    dynamic var friends: [Kid] = []
}

var ben = Kid(nickname: "Benji", age: 5.5)

let kidsNameKeyPath = #keyPath(Kid.nickname)

let name = ben.valueForKeyPath(kidsNameKeyPath)
ben.setValue("Ben", forKeyPath: kidsNameKeyPath)

Swift 4 中创建一个 KeyPath 用 \ 作为开头：

\Kid.nickname

当编译器可以推导出类型时，可以省略基础类型部分：

\.nickname

上面的代码在 Swift 4 中就可以这样写：

struct Kid {
    var nickname: String = ""
    var age: Double = 0.0
    var friends: [Kid] = []
}

var ben = Kid(nickname: "Benji", age: 8, friends: [])

let name = ben[keyPath: \Kid.nickname]
ben[keyPath: \Kid.nickname] = "BigBen"

相比 Swift 3，Swift 4 的 Key Paths 具有以下优势：

类型可以定义为 class、struct
定义类型时无需加上 @objcMembers、dynamic 等关键字
性能更好
类型安全和类型推断，例如 ben.valueForKeyPath(kidsNameKeyPath) 返回的类型是 Any，ben[keyPath: \Kid.nickname] 直接返回 String 类型
可以在所有值类型上使用

下标支持泛型

有时候会写一些数据容器，Swift 支持通过下标来读写容器中的数据，但是如果容器类中的数据类型定义为泛型，以前的下标语法就只能返回 Any，在取出值后需要用 as? 来转换类型。Swift 4 定义下标也可以使用泛型了。

struct GenericDictionary<Key: Hashable, Value> {
    private var data: [Key: Value]
    
    init(data: [Key: Value]) {
        self.data = data
    }
    
    subscript<T>(key: Key) -> T? {
        return data[key] as? T
    }
}

let dictionary = GenericDictionary(data: ["Name": "Xiaoming"])

let name: String? = dictionary["Name"] // 不需要再写 as? String

二、字符串

Unicode 字符串在计算 count 时的正确性改善

在 Unicode 中，有些字符是由几个其它字符组成的，比如 é 这个字符，它可以用 \u{E9} 来表示，也可以用 e 字符和上面一撇字符组合在一起表示 \u{65}\u{301}。

考虑以下代码：

var family = "👩"
family += "\u{200D}👩"
family += "\u{200D}👧" 
family += "\u{200D}👦"

print(family)
print(family.characters.count)

这个 family 是一个由多个字符组合成的字符，打印出来的结果为 👩‍👩‍👧‍👦。上面的代码在 Swift 3 中打印的 count 数是 4，在 Swift 4 中打印出的 count 是 1。

更快的字符处理速度

Swift 4 的字符串优化了底层实现，对于英语、法语、德语、西班牙语的处理速度提高了 3.5 倍。

对于简体中文、日语的处理速度提高了 2.5 倍。

去掉 characters

Swift 3 中的 String 需要通过 characters 去调用的属性方法，在 Swift 4 中可以通过 String 对象本身直接调用，例如：

let values = "one,two,three..."
var i = values.characters.startIndex

while let comma = values.characters[i...<values.characters.endIndex].index(of: ",") {
    if values.characters[i..<comma] == "two" {
        print("found it!")
    }
    i = values.characters.index(after: comma)
}

Swift 4 可以把上面代码中的所有的 characters 都去掉，修改如下：

let values = "one,two,three..."
var i = values.startIndex

while let comma = values[i...<values.endIndex].index(of: ",") {
    if values[i..<comma] == "two" {
        print("found it!")
    }
    i = values.index(after: comma)
}

One-sided Slicing

Swift 4 新增了一个语法糖 ... 可以对字符串进行单侧边界取子串。

Swift 3:

let values = "abcdefg"
let startSlicingIndex = values.index(values.startIndex, offsetBy: 3)
let subvalues = values[startSlicingIndex..<values.endIndex]
// defg

Swift 4:

let values = "abcdefg"
let startSlicingIndex = values.index(values.startIndex, offsetBy: 3)
let subvalues = values[startSlicingIndex...] // One-sided Slicing
// defg

String 当做 Collection 来用

Swift 4 中 String 可以当做 Collection 来用，并不是因为 String 实现了 Collection 协议，而是 String 本身增加了很多 Collection 协议中的方法，使得 String 在使用时看上去就是个 Collection。例如：

翻转字符串：

let abc: String = "abc"
print(String(abc.reversed()))
// cba

遍历字符：

let abc: String = "abc"
for c in abc {
    print(c)
}
/*
a
b
c
*/

Map、Filter、Reduce:

// map
let abc: String = "abc"
_ = abc.map {
    print($0.description)
}

// filter
let filtered = abc.filter { $0 == "b" }

// reduce
let result = abc.reduce("1") { (result, c) -> String in
    print(result)
    print(c)
    return result + String(c)
}
print(result)

Substring

在 Swift 中，String 的背后有个 Owner Object 来跟踪和管理这个 String，String 对象在内存中的存储由内存其实地址、字符数、指向 Owner Object 指针组成。Owner Object 指针指向 Owner Object 对象，Owner Object 对象持有 String Buffer。当对 String 做取子字符串操作时，子字符串的 Owner Object 指针会和原字符串指向同一个对象，因此子字符串的 Owner Object 会持有原 String 的 Buffer。当原字符串销毁时，由于原字符串的 Buffer 被子字符串的 Owner Object 持有了，原字符串 Buffer 并不会释放，造成极大的内存浪费。

在 Swift 4 中，做取子串操作的结果是一个 Substring 类型，它无法直接赋值给需要 String 类型的地方。必须用 String(<substring>) 包一层，系统会通过复制创建出一个新的字符串对象，这样原字符串在销毁时，原字符串的 Buffer 就可以完全释放了。

let big = downloadHugeString()
let small = extractTinyString(from: big)

mainView.titleLabel.text = small // Swift 4 编译报错

mainView.titleLabel.text = String(small) // 编译通过

多行字符串字面量

Swift 3 中写很长的字符串只能写在一行。

func tellJoke(name: String, character: Character) {
    let punchline = name.filter { $0 != character }
    let n = name.count - punchline.count
    let joke = "Q: Why does \(name) have \(n) \(character)'s in their name?\nA: I don't know, why does \(name) have \(n) \(character)'s in their name?\nQ: Because otherwise they'd be called \(punchline)."
    print(joke)
}
tellJoke(name: "Edward Woodward", character: "d")

字符串中间有换行只能通过添加 \n 字符来代表换行。

Swift 4 可以把字符串写在一对 """ 中，这样字符串就可以写成多行。

func tellJoke(name: String, character: Character) {
    let punchline = name.filter { $0 != character }
    let n = name.count - punchline.count
    let joke = """
        Q: Why does \(name) have \(n) \(character)'s in their name?
        A: I don't know, why does \(name) have \(n) \(character)'s in their name?
        Q: Because otherwise they'd be called \(punchline).
        """
    print(joke)
}
tellJoke(name: "Edward Woodward", character: "d")

三、Swift 标准库

Encoding and Decoding

当需要将一个对象持久化时，需要把这个对象序列化，往常的做法是实现 NSCoding 协议，写过的人应该都知道实现 NSCoding 协议的代码写起来很痛苦，尤其是当属性非常多的时候。几年前有一个工具能自动生成 Objective-C 的实现 NSCoding 协议代码，当时用着还不错，但后来这个工具已经没有人维护很久了，而且不支持 Swift。

Swift 4 中引入了 Codable 帮我们解决了这个问题。

struct Language: Codable {
    var name: String
    var version: Int
}

我们想将这个 Language 对象的实例持久化，只需要让 Language 符合 Codable 协议即可，Language 中不用写别的代码。符合了 Codable 协议以后，可以选择把对象 encode 成 JSON 或者 PropertyList。

Encode 操作如下：

let swift = Language(name: "Swift", version: 4)
if let encoded = try? JSONEncoder().encode(swift) {
    // 把 encoded 保存起来
}

Decode 操作如下：

if let decoded = try? JSONDecoder().decode(Language.self, from: encoded) {
    print(decoded.name)
}

Sequence 改进

Swift 3:

protocol Sequence {
    associatedtype Iterator: IteratorProtocol
    func makeIterator() -> Iterator
}

Swift 4:

protocol Sequence {
    associatedtype Element
    associatedtype Iterator: IteratorProtocol where Iterator.Element == Element
    func makeIterator() -> Iterator
}

由于 Swift 4 中的 associatedtype 支持追加 where 语句，所以 Sequence 做了这样的改进。
Swift 4 中获取 Sequence 的元素类型可以不用 Iterator.Element，而是直接取 Element。

SubSequence 也做了修改：

protocol Sequence {
    associatedtype SubSequence: Sequence 
        where SubSequence.SubSequence == SubSequence,
              SubSequence.Element == Element
}

通过 where 语句的限定，保证了类型正确，避免在使用 Sequence 时做一些不必要的类型判断。

Collection 也有一些类似的修改。

Protocol-oriented integers

整数类型符合的协议有修改，新增了 FixedWidthInteger 等协议，具体的协议继承关系如下：

                +-------------+   +-------------+
        +------>+   Numeric   |   | Comparable  |
        |       |   (+,-,*)   |   | (==,<,>,...)|
        |       +------------++   +---+---------+
        |                     ^       ^
+-------+------------+        |       |
|    SignedNumeric   |      +-+-------+-----------+
|     (unary -)      |      |    BinaryInteger    |
+------+-------------+      |(words,%,bitwise,...)|
       ^                    ++---+-----+----------+
       |         +-----------^   ^     ^---------------+
       |         |               |                     |
+------+---------++    +---------+---------------+  +--+----------------+
|  SignedInteger  |    |  FixedWidthInteger      |  |  UnsignedInteger  |
|                 |    |(endianness,overflow,...)|  |                   |
+---------------+-+    +-+--------------------+--+  +-+-----------------+
                ^        ^                    ^       ^
                |        |                    |       |
                |        |                    |       |
               ++--------+-+                +-+-------+-+
               |Int family |-+              |UInt family|-+
               +-----------+ |              +-----------+ |
                 +-----------+                +-----------+

Dictionary and Set enhancements

这里简单列一下 Dictionary 和 Set 增强了哪些功能：

通过 Sequence 来初始化
可以包含重复的 Key
Filter 的结果的类型和原类型一致
Dictionary 的 mapValues 方法
Dictionary 的默认值
Dictionary 可以分组
Dictionary 可以翻转

NSNumber bridging and Numeric types

let n = NSNumber(value: 999)
let v = n as? UInt8 // Swift 4: nil, Swift 3: 231

在 Swift 4 中，把一个值为 999 的 NSNumber 转换为 UInt8 后，能正确的返回 nil，而在 Swift 3 中会不可预料的返回 231。

MutableCollection.swapAt(::)

MutableCollection 现在有了一个新方法 swapAt(::) 用来交换两个位置的值，例如：

var mutableArray = [1, 2, 3, 4]
mutableArray.swapAt(1, 2)
print(mutableArray)
// 打印结果：[1, 3, 2, 4]

四、构建过程改进

New Build System

Xcode 9 引入了 New Build System，可在 Xcode 9 的 File -> Project Settings... 中选择开启。

预编译 Bridging Headers 文件

对于 Swift 和 Objective-C 混合的项目，Swift 调用 Objective-C 时，需要建立一个 Bridging Headers 文件，然后把 Swift 要调用的 Objective-C 类的头文件都写在里面，编译器会读取 Bridging Headers 中的头文件，然后生成一个庞大的 Swift 文件，文件内容是这些头文件内的 API 的 Swift 版本。然后编译器会在编译每一个 Swift 文件时，都要编译一遍这个庞大的 Swift 文件的内容。

有了预编译 Bridging Headers 以后，编译器会在预编译阶段把 Bridging Headers 编译一次，然后插入到每个 Swift 文件中，这样就大大提高了编译速度。

苹果宣称 Xcode 9 和 Swift 4 对于 Swift 和 Objective-C 混合编译的速度提高了 40%。

Indexing 可以在编译的同时进行

用 Swift 开发项目时，近几个版本的 Xcode 进行 Indexing 的速度慢的令人发指。Xcode 9 和 Swift 4 在这方面做了优化，可以在编译的同时进行 Indexing，一般编译结束后 Indexing 也会同时完成。

COW Existential Containers

Swift 中有个东西叫 Existential Containers，它用来保存未知类型的值，它的内部是一个 Inline value buffer，如果 Inline value buffer 中的值占用空间很大时，这个值会被分配在堆上，然而在堆上分配内存是一个性能比较慢的操作。

Swift 4 中为了优化性能引入了 COW Existential Containers，这里的 COW 就代表 "Copy-On-Write"，当存在多个相同的值时，他们会共用 buffer 上的空间，直到某个值被修改时，这个被修改的值才会被拷贝一份并分配内存空间。

移除未调用的协议实现

struct Date {
    private let secondsSinceReferenceDate: Double
}

extension Date: Equatable {
    static func ==(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
        return lhs.secondsSinceReferenceDate == rhs.secondsSinceReferenceDate
    }
}

extension Date: Comparable {
    static func <(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
        return lhs.secondsSinceReferenceDate < rhs.secondsSinceReferenceDate
    }
}

看上面例子，Date 实现了 Equatable 和 Comparable 协议。编译时如果编译器发现没有任何地方调用了对 Date 进行大小比较的方法，编译器会移除 Comparable 协议的实现，来达到减小包大小的目的。

减少隐式 @objc 自动推断

在项目中想把 Swift 写的 API 暴露给 Objective-C 调用，需要增加 @objc。在 Swift 3 中，编译器会在很多地方为我们隐式的加上 @objc，例如当一个类继承于 NSObject，那么这个类的所有方法都会被隐式的加上 @objc。

class MyClass: NSObject {
    func print() { ... } // 包含隐式的 @objc
    func show() { ... } // 包含隐式的 @objc
}

这样很多并不需要暴露给 Objective-C 也被加上了 @objc。大量 @objc 会导致二进制文件大小的增加。

在 Swift 4 中，隐式 @objc 自动推断只会发生在很少的当必须要使用 @objc 的情况，比如：

复写父类的 Objective-C 方法
符合一个 Objective-C 的协议

其它大多数地方必须手工显示的加上 @objc。

减少了隐式 @objc 自动推断后，Apple Music app 的包大小减少了 5.7%。

五、 Exclusive Access to Memory

在遍历一个 Collection 的时候可以去修改每一个元素的值，但是在遍历时如果去添加或删除一个元素就可能会引起 Crash。

例如为 MutableCollection 扩展一个 modifyEach 方法来修改每个元素的值，代码如下：

extension MutableCollection {
    mutating func modifyEach(_ body: (inout Element) -> ()) {
        for index in self.indices {
            body(&self[index])
        }
    }
}

假如在调用 modifyEach 时去删除元素：

var numbers = [1, 2, 3]
numbers.modifyEach { element in
    element *= 2
    numbers.removeAll()
}

就会在运行时 Crash。Swift 4 中引入了 Exclusive Access to Memory，使得这个错误可以在编译时被检查出来。

六、兼容性

Xcode 9 中同时集成了 Swift 3.2 和 Swift 4。

Swift 3.2 完全兼容 Swift 3.1，并会在过时的语法或函数上报告警告。
Swift 3.2 具有 Swift 4 的一些写法，但是性能不如 Swift 4。
Swift 3.2 和 Swift 4 可以混合编译，可以指定一部分模块用 Swift 3.2 编译，一部分用 Swift 4 编译。
迁移到 Swift 4 后能获得 Swift 4 所有的新特性，并且性能比 Swift 3.2 好。

总结：当 Xcode 正式版发布后，现有的 Swift 代码可以直接升级到 Swift 3.2 而不用做任何改动，后续可以再迁移到 Swift 4。或者直接迁移到 Swift 4 也可以，Swift 4 相比 Swift 3 的 API 变化还是不大的，很多第三方库都可以直接用 Swift 4 编译。Swift 1 到 2 和 Swift 2 到 3 的迁移的痛苦在 3 到 4 的迁移上已经大大改善了。

七、参考资料

WWDC 2017 Session 402 《What's New in Swift》
WWDC 2017 Session 212 《What's New in Foundation》
WWDC 2017 Session 102 《Platforms State of the Union》
《Swift Language Programming (Swift 4.0)》
https://github.com/apple/swift-evolution
https://github.com/ole/whats-new-in-swift-4
https://www.raywenderlich.com/163857/whats-new-swift-4
https://www.hackingwithswift.com/swift4

最全的 Swift 4 新特性解析

一、语法改进

extension 中可以访问 private 的属性

类型和协议的组合类型

Associated Type 可以追加 Where 约束语句

新的 Key Paths 语法

下标支持泛型

二、字符串

Unicode 字符串在计算 count 时的正确性改善

更快的字符处理速度

去掉 characters

One-sided Slicing

String 当做 Collection 来用

Substring

多行字符串字面量

三、Swift 标准库

Encoding and Decoding

Sequence 改进

Protocol-oriented integers

Dictionary and Set enhancements

NSNumber bridging and Numeric types

MutableCollection.swapAt(::)

四、构建过程改进

New Build System

预编译 Bridging Headers 文件

Indexing 可以在编译的同时进行

COW Existential Containers

移除未调用的协议实现

减少隐式 @objc 自动推断

五、 Exclusive Access to Memory

六、 兼容性

七、参考资料

相关文章

网友评论

延伸阅读

深度阅读

栏目导航

热点阅读

六、兼容性