Swift 2：面向协议编程
原文链接： whats-new-in-swift-2
原文日期：2015/06/25
译者： 小锅
校对： numbbbbb
定稿： mmoaay
说明：本教程使用了最新的 beta 版 Xcode 7 与 Swift 2.0，它们的正式版将会在今年的秋季发布。目前可以到 苹果的开发者官网 下载最新的 beta 版 Xcode。
在 WWDC 2015上，苹果发布了 Swift 2.0 版本，这是自 Swift 发布以来进行的第二次重大改版，这次改版推出了 很多新特性 来帮助我等程序员写出更优雅的代码。
在这些新特性里面，最让人兴奋的莫过于 协议扩展(protocol extensions) 了。在第一版的 Swift 当中，我们可以使用扩展来为 类(class) 、 结构体(struct) 以及 枚举(enum) 增加新功能。在新版的 Swift 2.0 当中，我们也可以对 协议(protocol) 进行扩展了。
这乍看起来好像只是一个很小的改变，事实上，协议扩展的功能是相当强大的，它甚至能改变我们编写代码的方式。在本教程中，你不仅可以学习到创建和使用协议扩展的方法，还可以体会到这项新技术和面向协议编程范式给你带来的新视野。
同时你还能看到 Swift 开发小组是如何使用协议扩展来对 Swift 的标准库进行改进，以及它将会给你代码的编写带来怎样的影响。
从这里开始（Getting Started）
我们先从新建一个 playground 开始。打开 Xcode 7 选择 File/New/Playground… 并命名为 SwiftProtocols 。可以选择任意的平台，因为本教程中的代码是与平台无关的。选择保存的位置后点击 Next ，最后点击 Create 。
打开 playground 后，添加如下代码：
protocol Bird {
var name: String { get }
var canFly: Bool { get }
}
protocol Flyable {
var airspeedVelocity: Double { get }
}
这里定义了一个简单的 Bird 协议，它拥有 name 和 canFly 两个属性，同时还定义了一个拥有 airspeedVelocity 属性的 Flyable 协议。
在没有协议的远古时期，我们可能会将 Flyable 定义为一个基类，然后使用继承的方式来定义 Bird 以及其它会飞的东西，比如飞机之类的。然而这里并不用这么做， 所有一切 都是从协议开始的。
当我们接下来开始定义具体类型的时候，你将会看到这种方法是如何使我们的整个系统更加灵活的。
定义遵守协议的类型
在代码区底部增加如下的 结构体 定义：
struct FlappyBird: Bird, Flyable {
let name: String
let flappyAmplitude: Double
let flappyFrequency: Double
let canFly = true
var airspeedVelocity: Double {
return 3 * flappyFrequency * flappyAmplitude
}
}
这里定义了一个新的结构体 Flappybird ，这个结构体遵守了 Bird 和 Flyable 协议。它的 airspeedVelocity 属性的值是通过 flappyFrequency 和 flappyAmplitue 计算出来的。作为一只愤怒的小鸟，它的 canFly 当然是返回 true 的 :]。
接着，再定义两个结构体：
struct Penguin: Bird {
let name: String
let canFly = false
}
struct SwiftBird: Bird, Flyable {
var name: String { return "Swift /(version)" }
let version: Double
let canFly = true
// Swift 速度超群!
var airspeedVelocity: Double { return 2000.0 }
}
企鹅( Penguin )是一种鸟( Bird )，不过它是不能飞的。啊哈，应该庆幸我们没有采用继承的方法，使用继承会让所有的子类都拥有飞的能力。雨燕( SwiftBird )不仅能飞，它还拥有超快的速度！
我们可以发现，上面的代码里面有一些冗余。尽管我们已经有了 Flyable 的信息，但是我们还是得为每个 Bird 类型指定 canFly 属性来表明它是否可以飞行。
拥有默认实现的扩展协议
对于协议扩展，我们可以为它指定默认的实现。在定义 Bird 协议的下方增加如下代码：
extension Bird where Self: Flyable {
// Flyable birds can fly!
var canFly: Bool { return true }
}
这里通过对 Bird 协议进行扩展，为它增加了默认行为。当一个类同时遵守 Bird 和 Flyable 协议时，它的 canFly 属性就默认返回 true 。即是说，所有遵守 Flyable 协议的鸟类都不必再显式指定它是否可以飞行了。
Swift 1.2 将 where 判断语法增加到了 if-let 绑定中，而 Swift 2.0 更进一步地将这个语法带到了协议扩展中。
将 FlappyBird 和 SwiftBird 结构体定义中的 let canFly = true 语句删除。可以看到， playground 可以顺利通过编译，因为扩展协议的默认实现已经帮你处理了这些琐事。
为何不使用基类？
或许你会发现，使用协议扩展和它的默认实现与使用基类、甚至其它语言中的 抽象类 很相似，但是 Swift 有它几个关键的优势：
- 因为一个类型可以遵守多个协议，所以它可以从各个协议中接收到不同的默认实现。与其它语言中所支持的多重继承不同（吐槽：说的就是C++吧）（吐槽吐槽：噗，C++躺枪），协议扩展不会为遵守它的类型增加额外的状态。
- 所有的类、结构体和枚举都可以遵守协议，而基类只能被类所继承。
换句说就是，协议拥有为值类型(value types)增加默认实现的能力，而不仅仅是类。
我们已经体验过了结构体的实战，接下来在 playground 底部增加如下的枚举的定义：
enum UnladenSwallow: Bird, Flyable {
case African
case European
case Unknown
var name: String {
switch self {
case .African:
return "African"
case .European:
return "European"
case .Unknown:
return "What do you mean? African or European?"
}
}
var airspeedVelocity: Double {
switch self {
case .African:
return 10.0
case .European:
return 9.9
case .Unknown:
fatalError("You are thrown from the bridge of death!")
}
}
}
与其它值类型一样，你所需要做的就是定义一些属性，好让 UnladenSwallow 能够遵守这两个协议。因为这个枚举同时遵守了 Bird 和 Flyable 所以它也得到了 canFly 的默认实现。
你不会真的以为这篇教程只是为了演示一些小鸟的飞行把戏吧？接下来，让我们看一些更有实战意义的代码。
扩展协议(Extending Protocols)
协议扩展最常用的估计就是扩展外部协议了，不管这些协议来自 Swift 标准库还是来自第三方框架。
在 playground 的底部再增加如下代码：
extension CollectionType {
func skip(skip: Int) -> [Generator.Element] {
guard skip != 0 else { return [] }
var index = self.startIndex
var result: [Generator.Element] = []
var i = 0
repeat {
if i % skip == 0 {
result.append(self[index])
}
index = index.successor()
i++
} while (index != self.endIndex)
return result
}
}
这里对标准库中的 CollectionType 进行了扩展，定义了一个新的 skip(_:) 方法。这个方法会对一个集合类型中的元素以 skip 步进行“跳跃”，然后返回集合中没有被跳过的元素。
在 Swift 中， CollectionType 协议被类似数组以及字典这样的集合类型所遵守。这意味着，现在你的整个 app 中，所有遵守 CollectionType 的类型都拥有这个方法了。接着在底部增加下面的代码：
let bunchaBirds: [Bird] =
[UnladenSwallow.African,
UnladenSwallow.European,
UnladenSwallow.Unknown,
Penguin(name: "King Penguin"),
SwiftBird(version: 2.0),
FlappyBird(name: "Felipe", flappyAmplitude: 3.0, flappyFrequency: 20.0)]
bunchaBirds.skip(3)
到这我们就定义了一个数组，这个数组包含了大部分之前定义过的鸟类。因为数组类型遵守了 CollectionType 协议，所以，我们可以直接对这个数组使用 skip(_:) 方法。
扩展自己的协议（Extending Your Own Protocols）
令人兴奋的是，与为标准库增加方法一样，我们也可以为它增加 默认 行为。
修改鸟类的协议，使其遵守 BooleanType 协议：
protocol Bird: BooleanType {
遵守 BooleanType 协议意味着所有 Bird 类型都要有一个 boolValue 属性，使得它能够像布尔值一样被使用。这是不是意味着我们得为所有已经定义的，还有将来要定义的 Bird 类型添加这个属性？
当然不是，协议扩展为我们提供了更简便的方法。在 Bird 的定义下面添加如下代码：
extension BooleanType where Self: Bird {
var boolValue: Bool {
return self.canFly
}
}
这个扩展可以让 canFly 属性代表每个 Bird 类型的布尔值。
通过下面的代码来试验一下：
if UnladenSwallow.African {
print("I can fly!")
} else {
print("Guess I’ll just sit here :[")
}
可以看到控制台打印出了 “I can fly!” 。然而更值得注意的是，我们这里直接把 UnladenSwallow.African 丢到了 if 判断里面！
对 Swift 标准库的影响
我们已经看到了，使用协议扩展极大地方便了我们对代码功能的定制和扩展。你可能不知道的是，Swift 开发小组甚至使用了协议扩展对 Swift 标准库的写法进行了改进。
Swift 通过在标准库中增加 map 、 reduce 和 filter 等方法，使它自身的函数式编程属性得到了大大的提升。
这些方法存在于不同的 CollectionType 成员中，比如 Array ：
// Counts the number of characters in the array
["frog", "pants"].map { $0.length }.reduce(0) { $0 + $1 } // returns 9
对数组调用 map 方法返回了另一个数组，再对这个数组调用 reduce 方法，使其计算出整个数组中的字符数为 9 。
在这里， map 和 reduce 是做为 Swift 标准库的一部分包含在 Array 当中的。如果我们按住 command 键点击 map ，就可以看到它的定义。
在 Swift 1.2 里，我们可以看到类似下面的定义：
// Swift 1.2
extension Array : _ArrayType {
/// Return an `Array` containing the results of calling
/// `transform(x)` on each element `x` of `self`
func map<U>(transform: (T) -> U) -> [U]
}
在这里 map 函数是作为 Array 的扩展被定义的。但是 Swift 的函数式函数不止是对 Array ，而是对所有的 CollectionType 都起作用，那么 Swift 1.2 是如何处理的呢？
如果对一个 Range 类型调用 map 函数，并且从那里跳到它的实现，我们可以看到如下的定义：
// Swift 1.2
extension Range {
/// Return an array containing the results of calling
/// `transform(x)` on each element `x` of `self`.
func map<U>(transform: (T) -> U) -> [U]
}
可以发现，对于 Swift 1.2 来说，标准库中不同的 CollectionType 都需要重新实现 map 函数。
这是因为虽然 Array 与 Range 都遵守了 CollectionType 协议，但是由于结构体不能被继承，因此也就无法定义通用的实现。
这不仅仅是标准库实现上的一点细微差别，这实际上限制对 Swift 类型的使用。
下面这个范型函数接受一个 Flyable 类型的 CollectionType ，然后返回拥有最快速度( airspeedVelocity )的元素：
func topSpeed<T: CollectionType where T.GeneratorType: Flyable>(collection: T) -> Double {
collection.map { $0.airspeedVelocity }.reduce { max($0, $1)}
}
在 Swift 1.2 当中没有协议扩展，因此这段代码会报错。 map 和 reduce 函数只存在预定义的一些类型中，并不能对任意的 CollectionType 起作用。
然而在 Swift 2.0 中使用了协议扩展，对于 Array 和 Range 的 map 函数都是这样定义的：
// Swift 2.0
extension CollectionType {
/// Return an `Array` containing the results of mapping `transform`
/// over `self`.
///
/// - Complexity: O(N).
func map<T>(@noescape transform: (Self.Generator.Element) -> T) -> [T]
}
虽然无法看到 map 方法的实现 – 至少在 Swift 2.0 开源之前，但是我们可以知道所有的 CollectionType 都有一个 map 方法的默认实现。即是说，所有遵守 CollectionType 的类型，都会附赠一个 map 方法。
在 playground 的最底部增加如下的泛型函数：
func topSpeed<T: CollectionType where T.Generator.Element == Flyable>(c: T) -> Double {
return c.map { $0.airspeedVelocity }.reduce(0) { max($0, $1) }
}
可以对保存 Flyable 类型的集合调用 map 和 reduce 方法了。如果，你还对上面定义的鸟类中哪个速度最快持有疑惑的话，就可以使用这个函数来得到最终的答案了：
let flyingBirds: [Flyable] =
[UnladenSwallow.African,
UnladenSwallow.European,
SwiftBird(version: 2.0)]
topSpeed(flyingBirds) // 2000.0
接下来做什么（Where To Go From Here）
你可以在 这里 下载到完整的 playground 。
通过定义自己的简单协议，并对它们使用协议扩展，我们已经见识到了面向协议编程的强大了。通过默认实现，我们可以给已经存在的协议增加通用和默认的行为，类似使用基类，但是更灵活，因为它也适用于结构体和枚举。
更进一步，协议扩展不仅可以用来扩展自定义的协议，还可以对 Swift 标准库：Cocoa 和 CocoaTouch 的协议进行扩展，并提供默认行为。
如果想知道 Swift 2 还更新了哪些其它新特性，可以参考我们的另一篇文章 Swift 2 新特性 ，或者 Swift 2 公布的 官方博客 。
可以观看 WWDC 的 Protocol Oriented Programming 来进行更加深入的学习，以及获得更底层的理论知识。
正文到此结束
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