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SwiftUI 和 Swift 5.1 新特性(1) some + 协议名称作为返回类型

今年 WWDC 最重要的关注点是什么?Swift!Swift 5.0 ABI 达到稳定,Swift 5.1 达到 Module Stability,预示着 Swift 进入了成熟期。苹果也开始认真地吃自己的狗食了,我们看到这届大会上推出了几个用 Swift 写的 iOS 框架,占篇幅最大的,无疑是 SwiftUI。为了这个框架写得6,苹果可以改语言,还不止一处。这次给大家介绍的是 Swift 5.1 在 协议上的改进:Opaque Result Type 不透明结果类型。这个特性增强了 Swift 泛型的能力,影响了 SwiftUI 的设计。

本文我们先了解 Swift 5.1 的不透明返回类型的用途,然后再通过 Swift UI 上的应用,加深对它的理解。

1. 不透明结果类型新特性

先来看一段代码,它展现了原来协议能力上的缺陷:

protocol Shape {}

struct Rectangle: Shape {}

struct Union<A: Shape, B: Shape>: Shape {
    var a: Shape
    var b: Shape
}

struct Transformed<S: Shape>: Shape {
    var shape: S
}

protocol GameObject {
    associatedtype ShapeType: Shape
    var shape: ShapeType { get }
}

struct EightPointedStar: GameObject {
    var shape: Union<Rectangle, Transformed<Rectangle>> {
        return Union(a:Rectangle(), b:Transformed(shape: Rectangle()))
    }
}
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缺陷有两方面:

  1. 上述代码是可以编译通过的,但是 EightPointedStarShape 返回类型又臭又长,被暴露了出去;如果换成 Shape 则编译不通过,原因是 associatedtype ShapeType 要求必须指定具体的类型,而 Shape 不实现 Shape 本身。

  2. 假如 Shape 协议中含有 Self 或者 associatedtype,无法作为函数的返回参数。这是 Swift 泛型系统长久以来的一个问题。

而本文介绍的 Swift 5.1 Opaque Result Type 特性,解决了上述问题,它为协议作为返回类型提供以下能力:

  1. 语法上隐藏具体类型,所以叫做不透明结果类型

  2. 强类型:类型参数不丢失

  3. 允许带有 Self 或者 associatedtype 的协议作为返回类型

在 Swift 5.1 中,将返回类型改成 some + 协议名称的形式:

struct EightPointedStar: GameObject {
    var shape: some Shape {
        return Union(a:Rectangle(), b:Transformed(shape: Rectangle()))
    }
}
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这类的泛型特性也被称作“反向泛型”,因为具体的类型参数是由“实现部分”指定并隐藏起来的,而一般的泛型是由“调用者”所指定的。

上面这个例子中:语法上隐藏具体类型很明显,再举一个例子说明其它 2 个特性:

// 这个例子在Xcode 11 beta 2 之后能 work
func foo<T: Equatable>(_ x: T, _ y: T) -> some Equatable {
    let condition = x == y
    return condition ? 42 : 11
}

func test() {
  let x = foo("apples", "bananas")
  let y = foo("apples", "oranges")
  print(x == y) // 这里可以被调用是因为泛型系统保留了强类型
}
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这个例子显示了不透明结果类型的三个特性:既对外隐藏了具体的 Equatable 类型;又保留了强类型(使得 x == y)可以比较;还支持了 Equatable 这个带 Self 的泛型约束。

不透明结果类型对于函数实现有一个增强的要求:函数实现必须返回同一个具体类型,以上述代码为例:不能返回 Equatable 或者是 不同类型的 Equatable 的实现。

这里还有一个小问题:既然 xy 可以直接比较,那么它们可否直接赋值给 var i: Int 呢?答案是对于静态类型系统是不可以的,它保留了 some Equatable 的具体类型隐藏功能,但是如果使用动态类型判断 as? Int,则可以转换成 Int

2. 在SwiftUI 上的应用

SwiftUI 中的视图类型的基本定义是一个协议 View

public protocol View : _View {
    // body 属性的类型
    associatedtype Body : View

    // 唯一属性 body 的类型是另一个具体类型 View
    var body: Self.Body { get }
}

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SwiftUI 最大特点的是声明式以及高度可组合,View 的唯一属性 body 是另一个满足 View 约束的具体 View 类型,我们在这里看到了组合以及递归两个特性。下面来看一个具体的 View 类型 ContentView

struct ContentView : View {
    var body: some View {
      VStack {
        Text("Hello World")
        Text("Love & Peace")
      }
    }
}
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ContentView 使用了不透明结果类型的特性,对外隐藏了具体类型 VStack。此外,ContentView 的具体类型都是通过它的 body 属性递归定义的(取决于它所包含的具体 View):

所有的递归定义都需要一个终止条件,于是就有了以下这些原生 ViewTextColorSpacerImageShapeDivider

结语

很高兴看到苹果终于开始提供 iOS 操作系统中的 Swift-Only 的 Framework,它对于 Swift 的推广和语言改进有进一步的促进作用。

另外,我们也要注意到这个特性增加了 Swift ABI 的能力,需要最新的 runtime 才能运行。

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