本文翻譯自：Ray Wenderlich
原文地址：Introducing Protocol-Oriented Programming in Swift 2
說明：本教程使用了最新的 beta 版 Xcode 7 與 Swift 2.0，它們的正式版將會在今年的秋季發(fā)布。目前可以到蘋果的開發(fā)者官網(wǎng)上下載最新的 beta 版 Xcode。
在 WWDC 2015上，蘋果發(fā)布了 Swift 2.0 版本，這是自 Swift 發(fā)布以來進行的第二次重大改版，這次改進推出了很多新特性來幫助我等程序員寫出更優(yōu)雅的代碼。
在這些新特性里面，最讓人興奮的莫過于 協(xié)議擴展(protocol extensions) 了。在第一版的 Swift 當中，我們可以使用擴展來為 類(class)、結構體(struct) 以及 枚舉(enum) 增加新功能。在新版的 Swift 2.0 當中，我們也可以對 協(xié)議(protocol) 進行擴展了。
這乍看起來好像只是一個很小的改變，事實上，協(xié)議擴展的功能是相當強大的，它甚至能改變我們編寫代碼的方式。在本教程中，你不僅可以學習到創(chuàng)建和使用協(xié)議擴展的方法，同時還可以體會到這項新技術和面向協(xié)議編程范式給你帶來的新視野。
同時我們還能看到 Swift 開發(fā)小組是如何使用協(xié)議擴展來對 Swift 的標準庫進行改進，以及它將會對我們編寫代碼帶來怎樣的影響。
從這里開始（Getting Started）
我們先從新建一個 playground開始。打開 Xcode 7 選擇 File\New\Playground... 并命名為 SwiftProtocols?？梢赃x擇任意的平臺，因為本教程中的代碼是與平臺無關的。選擇保存的位置后點擊 Next，最后點擊 Create。
打開 playground 后，添加如下代碼：
protocol Bird {
var name: String { get }
var canFly: Bool { get }
}
protocol Flyable {
var airspeedVelocity: Double { get }
}
這里定義了一個簡單的 Bird 協(xié)議，它擁有 name 和 canFly 兩個屬性，同時還定義了一個擁有 airspeedVelocity 屬性的 Flyable 協(xié)議。
在沒有協(xié)議的遠古時期，我們可能會將 Flyable 定義為一個基類，然后使用繼承的方式來定義 Bird 以及其它會飛的東西，比如飛機之類的。然而這里并不用這么做，這里的所有一切都是從協(xié)議開始的。
當我們接下來開始定義具體類型的時候，你將會看到這種方法將會使我們的整個系統(tǒng)更加靈活。
定義遵守協(xié)議的類型
在代碼區(qū)底部增加如下的 結構體 定義：
struct FlappyBird: Bird, Flyable {
let name: String
let flappyAmplitude: Double
let flappyFrequency: Double
let canFly = true
var airspeedVelocity: Double {
return 3 * flappyFrequency * flappyAmplitude
}
}
這里定義了一個新的結構體 Flappybird，這個結構體遵守了 Bird 和 Flyable 協(xié)議。它的 airspeedVelocity 屬性的值是通過 flappyFrequency 和 flappyAmplitue 計算出來的。作為一只像素鳥，它的 canFly 當然是返回 true的 :]。
接著，再定義兩個結構?體：
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 }
}
企鵝(Penguin)是一種鳥(Bird)，不過它是不能飛的。啊哈，這時應該慶幸我們沒有采用繼承的方法，使用繼承會讓所有的子類都擁有飛的能力。雨燕鳥(SwiftBird)不僅能飛，它還擁有超快的速度！
我們可以發(fā)現(xiàn)，上面的代碼里面有一些冗余。盡管我們已經(jīng)有了 Flyable 的信息，但是我們還是得為每個 Bird 類型指定 canFly 屬性來表明它是否可以飛行。
擁有默認實現(xiàn)的擴展協(xié)議
對于協(xié)議擴展，我們可以為它指定默認的實現(xiàn)。在定義 Bird 協(xié)議的下方增加如下代碼：
extension Bird where Self: Flyable {
// Flyable birds can fly!
var canFly: Bool { return true }
}
這里通過對 Bird 協(xié)議進行擴展，為它增加了默認行為。當一個類同時遵守 Bird 和 Flyable 協(xié)議時，它的 canFly 屬性就默認返回 true。即是說，所有遵守 Flyable 協(xié)議的鳥類都不必再顯式指定它是否可以飛行了。
Swift 1.2 將 where 判斷語法增加到了 if-let 綁定中，而 Swift 2.0 更進一步地將這個語法帶到了協(xié)議擴展中。
將 FlappyBird 和 SwiftBird 結構體定義中的 let canFly = true 語句刪除?？梢钥吹剑?code>playground 可以順利通過編譯，因為擴展協(xié)議的默認實現(xiàn)已經(jīng)幫你處理了這些瑣事。
為何不使用基類？
或許你會發(fā)現(xiàn)，使用協(xié)議擴展及其它的默認實現(xiàn)與使用基類，或者其它語言中的抽象類很相似，但是它有幾個關鍵的優(yōu)勢：
- 因為一個類型可以遵守多個協(xié)議，所以它可以從各個協(xié)議中接收到不同的默認實現(xiàn)。與其它語言中所支持的多重繼承不同（吐槽：說的就是C++吧），協(xié)議擴展不會為遵守它的類型增加額外的狀態(tài)。
- 所有的類，結構體和枚舉都可以遵守協(xié)議，而基類只能被類所繼承。
換句說就是，協(xié)議擁有為值類型(value types)增加默認實現(xiàn)的能力，而不僅僅是類。
我們已經(jīng)體驗過了結構體的實戰(zhàn)，接下來在 playground 的底部增加如下的枚舉的定義：
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!")
}
}
}
與其它值類型一樣，你所需要做的就是定義一些屬性，好讓 UnladenSwallow 能夠遵守這兩個協(xié)議。因為這個枚舉同時遵守了 Bird 和 Flyable 所以它也得到了 canFly 的默認實現(xiàn)。
看到這里，你是不是以為這篇教程只是為了演示一些小鳥的飛行把戲？
接下來，讓我們看一些更有實戰(zhàn)意義的代碼。
擴展協(xié)議(Extending Protocols)
協(xié)議擴展最常用的約莫就是擴展外部協(xié)議了，不管這些協(xié)議來自 Swift 標準庫還是來自第三方框架。
在 playground 的底部再增加如下代碼：
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
}
}
這里對標準庫中的 CollectionType 進行了擴展，定義了一個方法。這個方法會對一個集合類型中的元素以 skip 步進行跳躍，然后返回集合中沒有被跳過的元素。
在 Swift 中，CollectionType 協(xié)議被類似數(shù)組以及字典這樣的集合類型所遵守。這意味著，現(xiàn)在你的整個 app 中，所有遵守 CollectionType 的類型都擁有這個方法了。接著在底部增加下面的代碼：
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)
這里我們定義了一個數(shù)組，這個數(shù)組包含了大部分之前定義過的鳥類。因為數(shù)組類型遵守了 CollectionType 協(xié)議，所以，我們可以直接對這個數(shù)組使用 skip 方法。
擴展自己的協(xié)議（Extending Your Own Protocols）
跟為標準庫增加方法同樣令人興奮的是，我們也可以為它增加默認行為。
修改鳥類的協(xié)議，使其遵守 BooleanType 協(xié)議：
protocol Bird: BooleanType {
遵守 BooleanType 協(xié)議意味著所有 Bird 類型都要有一個 boolValue 屬性，使得它能夠像布爾值一樣被使用。這是不是說我們得為所有的定義過的，還有將來要定義的 Bird 類型添加這個屬性？
當然不是，使用協(xié)議擴展能讓我們有更簡便的辦法。在 Bird 的定義下面添加如下代碼：
extension BooleanType where Self: Bird {
var boolValue: Bool {
return self.canFly
}
}
這個擴展可以讓 canFly 屬性來表示每個 Bird 類型的布爾值。
通過下面的代碼來試驗一下：
if UnladenSwallow.African {
print("I can fly!")
} else {
print("Guess I’ll just sit here :[")
}
可以看到控制臺打印出了 "I can fly!"。然而更值得注意的是，我們這里直接把 UnladenSwallow.African 丟到了 if 判斷里面！
對 Swift 標準庫的影響
我們已經(jīng)看到了，使用協(xié)議擴展可以極大地增強了我們代碼的功能和可定制性。然而你可能不知道的是，Swift 開發(fā)小組甚至使用了協(xié)議擴展對 Swift 標準庫的寫法進行了改進。
Swift 通過在標準庫中增加了 map、reduce 和 filter 等方法，使它自身的函數(shù)式編程屬性得到了大大的提升。
這些方法存在于不同的 CollectionType 成員中，比如 Array：
// Counts the number of characters in the array
["frog", "pants"].map { $0.length }.reduce(0) { $0 + $1 } // returns 9
對數(shù)組調用 map 方法返回了另一個數(shù)組，再對這個數(shù)組調用 reduce 方法，使其計算出整個數(shù)組中的字符數(shù)。
在這里，map 和 reduce 是包含在 Array當中的。如果我們按住 command 鍵點擊 map，就可以看到它的定義。
在 Swift 1.2 里，我們可以看到類似下面的定義：
// 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]
}
在這里 map 函數(shù)是作為 Array 的擴展被定義的。但是 Swift 的函數(shù)式函數(shù)不止是對 Array ，而是對所有的 CollectionType 都起作用，那么 Swift 1.2 是如何處理的呢？
如果對一個 Range 類型調用 map 函數(shù)，并且從那里跳到它的實現(xiàn)，我們可以看到如下的定義：
// 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]
}
可以發(fā)現(xiàn)，對于 Swift 1.2 來說，標準庫中不同的 CollectionType 都需要重新實現(xiàn) map 函數(shù)。
這是因為雖然 Array 與 Range 都遵守了 CollectionType 協(xié)議，但是由于結構體不能被繼承，因此也就無法定義通用的實現(xiàn)。
這不僅僅是標準庫實現(xiàn)上的一點細微差別，這實際上限制對 Swift 類型的使用。
下面這個范型函數(shù)接受一個 Flyable 類型的 CollectionType，然后返回擁有最快速度(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 當中沒有協(xié)議擴展，因此這段代碼會報錯。map 和 reduce 函數(shù)只存在預定義的一些類型中，并不能對任意的 CollectionType 起作用。
然而在 Swift 2.0 中使用了協(xié)議擴展，對于 Array 和 Range 的 map 函數(shù)都是這樣定義的：
// 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]
}
雖然無法看到 map 方法的實現(xiàn) -- 至少在 Swift 2.0 開源之前，但是我們可以知道所有的 CollectionType 都有一個 map 方法的默認實現(xiàn)。即是說，所有遵守 CollectionType 的類型，都能隨機附贈一個 map 方法。
在 playground 的最底部增加如下的泛型函數(shù)：
func topSpeed<T: CollectionType where T.Generator.Element == Flyable>(c: T) -> Double {
return c.map { $0.airspeedVelocity }.reduce(0) { max($0, $1) }
}
可以對保存 Flyable 類型的集合調用 map 和 reduce 方法了。如果，你還對上面定義的鳥類中哪個速度最快持有疑惑的話，就可以使用這個函數(shù)來得到最終的答案了：
let flyingBirds: [Flyable] =
[UnladenSwallow.African,
UnladenSwallow.European,
SwiftBird(version: 2.0)]
topSpeed(flyingBirds) // 2000.0
接下來做什么（Where To Go From Here）
你可以在這里下載到完整的 `playground。
通過定義自己的簡單協(xié)議，并對它們使用協(xié)議擴展，我們已經(jīng)見識到了面向協(xié)議編程的強大了。通過默認實現(xiàn)，我們可以給已經(jīng)存在的協(xié)議增加通用和默認的行為，這與使用基類相似，但是更靈活，因為它也適用于結構體和枚舉。
更進一步，協(xié)議擴展不僅可以用來擴展自定義的協(xié)議，還可以對 Swift 標準庫，Cocoa 和 CocoaTouch 的協(xié)議進行擴展，并提供默認行為。
如果想知道 Swift 2 還更新了哪些其它新特性，可以參考我們的另一篇文章Swift 2 新特性，或者 Swift 2 公布的官方博客。
同時還可以觀看 WWDC 的Protocol Oriented Programming來進行更加深入的學習，以及獲得更底層的理論知識。
最后再打個小廣告：），本人博客地址：Swiftyper
