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  • Swift里不透明类型
    2021-10-02 10:33:52

    具有不透明返回类型的函数或方法会隐藏返回值的类型信息。函数不再提供具体的类型作为返回类型,而是根据它支持的协议来描述返回值。(多态?)

    不透明类型解决的问题

    例子,假设你正在写一个模块,用来绘制 ASCII 符号构成的几何图形。它的基本特征是有一个 draw() 方法,会返回一个代表最终几何图形的字符串,你可以用包含这个方法的 Shape 协议来描述:

    protocol Shape { //绘制里定义画法 方法
        func draw() -> String
    }
    
    struct Triangle: Shape { //三角形的绘制
        var size: Int
        func draw() -> String {
            var result = [String]()
            for length in 1...size {
                result.append(String(repeating: "*", count: length))
            }
            return result.joined(separator: "\n")
        }
    }
    let smallTriangle = Triangle(size: 3)
    print(smallTriangle.draw())
    
    // *
    // **
    // ***

    可以利用泛型来实现垂直翻转之类的操作,就像下面这样。然而,这种方式有一个很大的局限:翻转操作的结果会暴露我们用于构造结果的泛型类型:

    struct FlippedShape<T: Shape>: Shape {
        var shape: T
        func draw() -> String {
            let lines = shape.draw().split(separator: "\n")
            return lines.reversed().joined(separator: "\n")
        }
    }
    let flippedTriangle = FlippedShape(shape: smallTriangle)
    print(flippedTriangle.draw())
    // ***
    // **
    // *

    同样的方式定义了一个 JoinedShape<T: Shape, U: Shape> 结构体,能将几何图形垂直拼接起来。如果拼接一个翻转三角形和一个普通三角形,它就会得到类似于 JoinedShape<FlippedShape<Triangle>, Triangle> 这样的类型。

    组合两个图形
    struct JoinedShape<T: Shape, U: Shape>: Shape {
        var top: T
        var bottom: U
        func draw() -> String {
            return top.draw() + "\n" + bottom.draw()
        }
    }
    let joinedTriangles = JoinedShape(top: smallTriangle, bottom: flippedTriangle)
    print(joinedTriangles.draw())
    

    返回不透明类型( ->符号后用some 表示?

    泛型允许调用一个方法时,为这个方法的形参和返回值指定一个与实现无关的类型。

    func max<T>(_ x: T, _ y: T) -> T where T: Comparable { ... }
    
    x 和 y 的值由调用 max(_:_:) 的代码决定,而它们的类型决定了 T 的具体类型。
    max(_:_:) 的实现就只使用了所有遵循 Comparable 协议的类型共有的特性。

    不透明类型允许函数实现时,选择一个与调用代码无关的返回类型。比如,下面的例子返回了一个梯形,却没直接输出梯形的底层类型:

    正方形
    struct Square: Shape {
        var size: Int
        func draw() -> String {
            let line = String(repeating: "*", count: size)
            let result = Array<String>(repeating: line, count: size)
            return result.joined(separator: "\n")
        }
    }
    
    
    函数将返回值类型定义为 some Shape;函数返回遵循 Shape 协议的给定类型,不需指定任何具体类型
    func makeTrapezoid() -> some Shape {
        let top = Triangle(size: 2)
        let middle = Square(size: 2)
        let bottom = FlippedShape(shape: top)
        let trapezoid = JoinedShape(
            top: top,
            bottom: JoinedShape(top: middle, bottom: bottom)
        )
        return trapezoid
    }
    实现过程中使用了两个三角形和一个正方形,还可以用其他多种方式重写画梯形的函数,都不必改变返回类型。
    
    let trapezoid = makeTrapezoid()
    print(trapezoid.draw())
    // *
    // **
    // **
    // **
    // **
    // *

    不透明返回类型和泛型的相反之处。makeTrapezoid() 中代码可以返回任意它需要的类型,只要这个类型是遵循 Shape 协议的,就像调用泛型函数时可以使用任何需要的类型一样。这个函数的调用代码需要采用通用的方式,就像泛型函数的实现代码一样,这样才能让 makeTrapezoid() 返回的任何 Shape 类型的值都能被正常使用。

    将不透明返回类型和泛型结合起来,下面的两个泛型函数返回了遵循 Shape 协议的不透明类型。

    func flip<T: Shape>(_ shape: T) -> some Shape {
        return FlippedShape(shape: shape)
    }
    func join<T: Shape, U: Shape>(_ top: T, _ bottom: U) -> some Shape {
        JoinedShape(top: top, bottom: bottom)
    }
    
    let opaqueJoinedTriangles = join(smallTriangle, flip(smallTriangle))
    print(opaqueJoinedTriangles.draw())
    // *
    // **
    // ***
    // ***
    // **
    // *

    例子中 opaqueJoinedTriangles 的值和前文关于泛型的那个例子中的 joinedTriangles 完全一样。不过和前文不一样的是,flip(-:) 和 join(-:-:) 将对泛型参数的操作后的返回结果包装成了不透明类型,这样保证了在结果中泛型参数类型不可见。两个函数都是泛型函数,因为他们都依赖于泛型参数,而泛型参数又将 FlippedShape 和 JoinedShape 所需要的类型信息传递给它们。

    如果函数中有多个地方返回了不透明类型,那么所有可能的返回值都必须是同一类型。即使对于泛型函数,不透明返回类型可以使用泛型参数,但仍需保证返回类型唯一。

    func invalidFlip<T: Shape>(_ shape: T) -> some Shape {
        if shape is Square {
            return shape // 错误:返回类型不一致
        }
        return FlippedShape(shape: shape) // 错误:返回类型不一致
    }
    
    这个函数时传入一个 Square 类型,那么它会返回 Square 类型;
    否则,它会返回一个 FlippedShape 类型。
    这违反了返回值类型唯一的要求

    修正 invalidFlip(_:) 的方法之一就是将针对 Square 的特殊处理移入到 FlippedShape 的实现中

    struct FlippedShape<T: Shape>: Shape {
        var shape: T
        func draw() -> String {
            if shape is Square {
                return shape.draw()
            }
            let lines = shape.draw().split(separator: "\n")
            return lines.reversed().joined(separator: "\n")
        }
    }
    
    这样就能保证这个函数始终返回 FlippedShape:

    返回的底层类型中使用了泛型参数:

    func repeat<T: Shape>(shape: T, count: Int) -> some Collection {
        return Array<T>(repeating: shape, count: count)
    }
    无论什么形状被传入,repeat(shape:count:) 都会创建并返回一个元素为相应形状的数组。
    返回值始终还是同样的底层类型 [T], 这符合不透明返回类型始终唯一的要求。

    不透明类型和协议类型的区别(some Type 与 <T>区别?

    虽然使用不透明类型作为函数返回值,看起来和返回协议类型非常相似,但这两者有一个主要区别,就在于是否需要保证类型一致性。一个不透明类型只能对应一个具体的类型,即便函数调用者并不能知道是哪一种类型;协议类型可以同时对应多个类型,只要它们都遵循同一协议。协议类型更具灵活性,底层类型可以存储更多样的值,而不透明类型对这些底层类型有更强的限定

    示例:flip(_:) 方法不采用不透明类型,而采用返回协议类型的版本:

    func protoFlip<T: Shape>(_ shape: T) -> Shape {
        return FlippedShape(shape: shape)
    }

     protoFlip(_:) 和 flip(_:) 有相同的函数体,并且它也始终返回唯一类型。但不同于 flip(_:)protoFlip(_:) 返回值其实不需要始终返回唯一类型 —— 返回类型只需要遵循 Shape 协议即可。protoFlip(_:) 比起 flip(_:) 对 API 调用者的约束更加松散。它保留了返回多种不同类型的灵活性:

    func protoFlip<T: Shape>(_ shape: T) -> Shape {
        if shape is Square {
            return shape
        }
    
        return FlippedShape(shape: shape)
    }
    
    //协议类型方法可以通过,同样的函数可能返回完全不同的两个类型

    protoFlip(_:) 返回类型的不确定性,意味着很多依赖返回类型信息的操作也无法执行了。例如,这个函数的返回结果就不能用 == 运算符进行比较了。

    let protoFlippedTriangle = protoFlip(smallTriangle)
    let sameThing = protoFlip(smallTriangle)
    protoFlippedTriangle == sameThing  
    // 错误 Shape 协议中并没有包含对 == 运算符的声明。
    
    如果尝试加上这个声明,会遇到新的问题,就是 == 运算符需要知道左右两侧参数的类型
    由于将协议当成类型使用时会发生类型擦除,所以并不能给协议加上对 Self 的实现要求

    协议类型作为函数的返回类型能更加灵活,函数只要返回遵循协议的类型即可。然而,更具灵活性导致牺牲了对返回值执行某些操作的能力

    翻转三角形的结果是一个 Shape 类型的值,而 protoFlip(_:) 方法的则将遵循 Shape 协议的类型作为形参,然而协议类型的值并不遵循这个协议;protoFlip(_:) 的返回值也并不遵循 Shape 协议。这就是说 protoFlip(protoFlip(smallTriange)

    不透明类型则保留了底层类型的唯一性。Swift 能够推断出关联类型,这个特点使得作为函数返回值,不透明类型比协议类型有更大的使用场景。

    protocol Container {
        associatedtype Item  
        var count: Int { get }
        subscript(i: Int) -> Item { get }
    }
    extension Array: Container { }
    
    
    不能将 Container 作为方法的返回类型,因为此协议有一个关联类型 Item
    也不能将它用于对泛型返回类型的约束,因为函数体之外没有足够多的信息来推断泛型类型
    
    // 错误:有关联类型的协议不能作为返回类型。
    func makeProtocolContainer<T>(item: T) -> Container {
        return [item]
    }
    
    // 错误:没有足够多的信息来推断 C 的类型。
    func makeProtocolContainer<T, C: Container>(item: T) -> C {
        return [item]
    }

    使用不透明类型 some Container 作为返回类型,就能够明确地表达所需要的 API 契约 —— 函数会返回一个集合类型,但并不指明它的具体类型:

    func makeOpaqueContainer<T>(item: T) -> some Container {
        return [item]
    }
    let opaqueContainer = makeOpaqueContainer(item: 12)
    let twelve = opaqueContainer[0]
    print(type(of: twelve))
    // 输出 "Int"
    
    twelve 的类型可以被推断出为 Int, 这说明了类型推断适用于不透明类型。
    底层类型是不透明集合 [T]。在上述这种情况下,T 就是 Int 类型,所以返回值就是整数数组,
    而关联类型 Item 也被推断出为 Int。Container 协议中的 subscipt 方法
    会返回 Item,这也意味着 twelve 的类型也被能推断出为 Int。

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