Swift 初探

通常来说，编程语言教程中的第一个程序应该在屏幕上打印“Hello, world”。在 Swift 中，可以用一行代码实现：

print("Hello, world~")

如果你写过 C 或者 Objective-C 代码，那你应该很熟悉这种形式——在 Swift 中，这行代码就是一个完整的程序。你不需要为了输入输出或者字符串处理导入一个单独的库。全局作用域中的代码会被自动当做程序的入口点，所以你也不需要 main() 函数。

你不需要在每个语句结尾写上分号。

简单值

使用 let 来声明常量，使用 var 来声明变量。一个常量的值，在编译的时候，并不需要有明确的值，但是你只能为它赋值一次。这说明你可以用一个常量来命名一个值，一次赋值就可在多个地方使用。

var myVariable = 42
myVariable = 50
let myConstant = 42

常量或者变量的类型必须和你赋给它们的值一样。然而，你不用明确地声明类型。当你通过一个值来声明变量和常量时，编译器会自动推断其类型。在上面的例子中，编译器推断出 myVariable 是一个整数类型，因为它的初始值是整数。

如果初始值没有提供足够的信息（或者没有初始值），那你需要在变量后面声明类型，用冒号分割。

let implicitInteger = 70
let implicitDouble = 70.0
let explicitDouble: Double = 70

值永远不会被隐式转换为其他类型。如果你需要把一个值转换成其他类型，请显式转换。

let label = "The width is "
let width = 94
let widthLabel = label + String(width)

有一种更简单的把值转换成字符串的方法：把值写到括号中，并且在括号之前写一个反斜杠（\）。例如：

let apples = 3
let oranges = 5
let appleSummary = "I have \(apples) apples."
let fruitSummary = "I have \(apples + oranges) pieces of fruit."

使用三个双引号（"""）来包含多行字符串内容。每行行首的缩进会被去除，只要和结尾引号的缩进相匹配。举个例子：

let quotation = """
I said "I have \(apples) apples."
And then I said "I have \(apples + oranges) pieces of fruit."
"""

使用方括号 [] 来创建数组和字典，并使用下标或者键（key）来访问元素。最后一个元素后面允许有个逗号。

var shoppingList = ["catfish", "water", "tulips", "blue paint"]
shoppingList[1] = "bottle of water"

var occupations = [
    "Malcolm": "Captain",
    "Kaylee": "Mechanic",
]
occupations["Jayne"] = "Public Relations"

数组在添加元素时会自动变大。

shoppingList.append("blue paint")
print(shoppingList)

使用初始化语法来创建一个空数组或者空字典。

let emptyArray: [String] = []
let emptyDictionary: [String: Float] = [:]

如果类型信息可以被推断出来，你可以用 [] 和 [:] 来创建空数组和空字典——比如，在给变量赋新值或者给函数传参数的时候。

shoppingList = []
occupations = [:]

控制流

使用 if 和 switch 来进行条件操作，使用 for-in、while 和 repeat-while 来进行循环。包裹条件和循环变量的括号可以省略，但是语句体的大括号是必须的。

let individualScores = [75, 43, 103, 87, 12]
var teamScore = 0
for score in individualScores {
    if score > 50 {
        teamScore += 3
    } else {
        teamScore += 1
    }
}
print(teamScore)

在 if 语句中，条件必须是一个布尔表达式——这意味着像 if score { ... } 这样的代码将报错，而不会隐形地与 0 做对比。

你可以一起使用 if 和 let 一起来处理值缺失的情况。这些值可由可选值来代表。一个可选的值是一个具体的值或者是 nil 以表示值缺失。在类型后面加一个问号（?）来标记这个变量的值是可选的。

var optionalString: String? = "Hello"
print(optionalString == nil)

var optionalName: String? = "John Appleseed"
var greeting = "Hello!"
if let name = optionalName {
    greeting = "Hello, \(name)"
}

如果变量的可选值是 nil，条件会判断为 false，大括号中的代码会被跳过。如果不是 nil，会将值解包并赋给 let 后面的常量，这样代码块中就可以使用这个值了。

另一种处理可选值的方法是通过使用 ?? 操作符来提供一个默认值。如果可选值缺失的话，可以使用默认值来代替。

let nickname: String? = nil
let fullName: String = "John Appleseed"
let informalGreeting = "Hi \(nickname ?? fullName)"

你还可以使用较短的代码解包一个值，并且对该被包装值使用相同的名称。

if let nickname {
    print("Hey, \(nickname)")
}

switch 支持任意类型的数据以及各种比较操作——不仅仅是整数以及测试相等。

let vegetable = "red pepper"
switch vegetable {
case "celery":
    print("Add some raisins and make ants on a log.")
case "cucumber", "watercress":
    print("That would make a good tea sandwich.")
case let x where x.hasSuffix("pepper"):
    print("Is it a spicy \(x)?")
default:
    print("Everything tastes good in soup.")
}

注意 let 在上述例子的等式中是如何使用的，它将匹配等式的值赋给常量 x。

运行 switch 中匹配到的 case 语句之后，程序会退出 switch 语句，并不会继续向下运行，所以不需要在每个子句结尾写 break。

你可以使用 for-in 来遍历字典，需要一对儿变量来表示每个键值对。字典是一个无序的集合，所以他们的键和值以任意顺序迭代结束。

let interestingNumbers = [
    "Prime": [2, 3, 5, 7, 11, 13],
    "Fibonacci": [1, 1, 2, 3, 5, 8],
    "Square": [1, 4, 9, 16, 25],
]
var largest = 0
for (_, numbers) in interestingNumbers {
    for number in numbers {
        if number > largest {
            largest = number
        }
    }
}
print(largest)
// 输出 "25"

使用 while 来重复运行一段代码直到条件改变。循环条件也可以在结尾，保证能至少循环一次。

var n = 2
while n < 100 {
    n *= 2
}
print(n)

var m = 2
repeat {
    m *= 2
} while m < 100
print(m)

你可以在循环中使用 ..< 来表示下标范围。

var total = 0
for i in 0..<4 {
    total += i
}
print(total)

使用 ..< 创建的范围不包含上界，如果想包含的话需要使用 ...。

函数和闭包

使用 func 来声明一个函数，使用名字和参数来调用函数。使用 -> 来指定函数返回值的类型。

func greet(person: String, day: String) -> String {
    return "Hello \(person), today is \(day)."
}
greet(person: "Bob", day: "Tuesday")

默认情况下，函数使用它们的参数名称作为它们参数的标签，在参数名称前可以自定义参数标签，或者使用 _ 表示不使用参数标签。

func greet(_ person: String, on day: String) -> String {
    return "Hello \(person), today is \(day)."
}
greet("John", on: "Wednesday")

使用元组来生成复合值，比如让一个函数返回多个值。该元组的元素可以用名称或数字来获取。

func calculateStatistics(scores: [Int]) -> (min: Int, max: Int, sum: Int) {
    var min = scores[0]
    var max = scores[0]
    var sum = 0

    for score in scores {
        if score > max {
            max = score
        } else if score < min {
            min = score
        }
        sum += score
    }

    return (min, max, sum)
}
let statistics = calculateStatistics(scores:[5, 3, 100, 3, 9])
print(statistics.sum)
print(statistics.2)

函数可以嵌套。被嵌套的函数可以访问外侧函数的变量，你可以使用嵌套函数来重构一个太长或者太复杂的函数。

func returnFifteen() -> Int {
    var y = 10
    func add() {
        y += 5
    }
    add()
    return y
}
returnFifteen()

函数是第一等类型，这意味着函数可以作为另一个函数的返回值。

func makeIncrementer() -> ((Int) -> Int) {
    func addOne(number: Int) -> Int {
        return 1 + number
    }
    return addOne
}
let increment = makeIncrementer()
increment(7)

函数也可以当做参数传入另一个函数。

func hasAnyMatches(list: [Int], condition: (Int) -> Bool) -> Bool {
    for item in list {
        if condition(item) {
            return true
        }
    }
    return false
}
func lessThanTen(number: Int) -> Bool {
    return number < 10
}
var numbers = [20, 19, 7, 12]
hasAnyMatches(list: numbers, condition: lessThanTen)

函数实际上是一种特殊的闭包：它是一段能之后被调取的代码。闭包中的代码能访问闭包作用域中的变量和函数，即使闭包是在一个不同的作用域被执行的——你已经在嵌套函数的例子中看过了。

你可以使用 {} 来创建一个匿名闭包。使用 in 将参数和返回值类型的声明与闭包函数体进行分离。

numbers.map({ (number: Int) -> Int in
    let result = 3 * number
    return result
})

有很多种创建更简洁的闭包的方法。如果一个闭包的类型已知，比如作为一个代理的回调，你可以忽略参数，返回值，甚至两个都忽略。单个语句闭包会把它语句的值当做结果返回。

let mappedNumbers = numbers.map({ number in 3 * number })
print(mappedNumbers)

你可以通过参数位置而不是参数名字来引用参数——这个方法在非常短的闭包中非常有用。当一个闭包作为最后一个参数传给一个函数的时候，它可以直接跟在圆括号后面。当一个闭包是传给函数的唯一参数，你可以完全忽略圆括号。

let sortedNumbers = numbers.sorted { $0 > $1 }
print(sortedNumbers)

对象和类

使用 class 和类名来创建一个类。类中属性的声明和常量、变量声明一样，唯一的区别就是它们的上下文是类。同样，方法和函数声明也一样。

class Shape {
    var numberOfSides = 0
    func simpleDescription() -> String {
        return "A shape with \(numberOfSides) sides."
    }
}

要创建一个类的实例，在类名后面加上括号。使用点语法来访问实例的属性和方法。

var shape = Shape()
shape.numberOfSides = 7
var shapeDescription = shape.simpleDescription()

这个版本的 Shape 类缺少了一些重要的东西：一个构造函数来初始化类实例。使用 init 来创建一个构造器。

class NamedShape {
    var numberOfSides: Int = 0
    var name: String

    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    func simpleDescription() -> String {
        return "A shape with \(numberOfSides) sides."
    }
}

注意 self 被用来区别实例变量 name 和构造器的参数 name。当你创建实例的时候，像传入函数参数一样给类传入构造器的参数。每个属性都需要赋值——无论是通过声明（就像 numberOfSides）还是通过构造器（就像 name）。

如果你需要在对象释放之前进行一些清理工作，使用 deinit 创建一个析构函数。

子类的定义方法是在它们的类名后面加上父类的名字，用冒号分割。创建类的时候并不需要一个标准的根类，所以你可以根据需要添加或者忽略父类。

子类如果要重写父类的方法的话，需要用 override 标记——如果没有添加 override 就重写父类方法的话编译器会报错。编译器同样会检测 override 标记的方法是否确实在父类中。

class Square: NamedShape {
    var sideLength: Double

    init(sideLength: Double, name: String) {
        self.sideLength = sideLength
        super.init(name: name)
        numberOfSides = 4
    }

    func area() ->  Double {
        return sideLength * sideLength
    }

    override func simpleDescription() -> String {
        return "A square with sides of length \(sideLength)."
    }
}
let test = Square(sideLength: 5.2, name: "my test square")
test.area()
test.simpleDescription()

除了简单的存储属性，还有使用 getter 和 setter 的计算属性。

class EquilateralTriangle: NamedShape {
    var sideLength: Double = 0.0

    init(sideLength: Double, name: String) {
        self.sideLength = sideLength
        super.init(name: name)
        numberOfSides = 3
    }

    var perimeter: Double {
        get {
            return 3.0 * sideLength
        }
        set {
            sideLength = newValue / 3.0
        }
    }

    override func simpleDescription() -> String {
        return "An equilateral triangle with sides of length \(sideLength)."
    }
}
var triangle = EquilateralTriangle(sideLength: 3.1, name: "a triangle")
print(triangle.perimeter)
triangle.perimeter = 9.9
print(triangle.sideLength)

在 perimeter 的 setter 中，新值的名字是 newValue。你可以在 set 之后的圆括号中显式地设置一个名字。

注意 EquilateralTriangle 类的构造器执行了三步：

1. 设置子类声明的属性值。
2. 调用父类的构造器。
3. 改变父类定义的属性值。其他的工作比如调用方法、getters 和 setters 也可以在这个阶段完成。

如果你不需要计算属性，但是仍然需要在设置一个新值之前或者之后运行代码，使用 willSet 和 didSet。写入的代码会在属性值发生改变时调用，但不包含构造器中发生值改变的情况。比如，下面的类确保三角形的边长总是和正方形的边长相同。

class TriangleAndSquare {
    var triangle: EquilateralTriangle {
        willSet {
            square.sideLength = newValue.sideLength
        }
    }
    var square: Square {
        willSet {
            triangle.sideLength = newValue.sideLength
        }
    }
    init(size: Double, name: String) {
        square = Square(sideLength: size, name: name)
        triangle = EquilateralTriangle(sideLength: size, name: name)
    }
}
var triangleAndSquare = TriangleAndSquare(size: 10, name: "another test shape")
print(triangleAndSquare.square.sideLength)
print(triangleAndSquare.triangle.sideLength)
triangleAndSquare.square = Square(sideLength: 50, name: "larger square")
print(triangleAndSquare.triangle.sideLength)

处理变量的可选值时，你可以在操作（比如方法、属性和子脚本）之前加 ?。如果 ? 之前的值是 nil，? 后面的东西都会被忽略，并且整个表达式返回 nil。否则，可选值会被解包，之后的所有代码都会按照解包后的值运行。在这两种情况下，整个表达式的值也是一个可选值。

let optionalSquare: Square? = Square(sideLength: 2.5, name: "optional square")
let sideLength = optionalSquare?.sideLength

枚举和结构体

使用 enum 来创建一个枚举。类似于类和其他可命名类型一致，枚举可以包含方法。

enum Rank: Int {
    case ace = 1
    case two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten
    case jack, queen, king

    func simpleDescription() -> String {
        switch self {
            case .ace:
                return "ace"
            case .jack:
                return "jack"
            case .king:
                return "king"
            default:
                return String(self.rawValue)
        }
    }
}

let ace = Rank.ace
let aceRawValue = ace.rawValue

默认情况下，Swift 枚举序列值从 0 开始每次加 1 的方式为原始值赋值，不过你也可以通过显示赋值的形式确定原始值。从上面的例子中，Ace 被显式地赋值为 1，并且剩下的原始值会按照累加 1 的顺序赋值。你也可以使用字符串或者浮点数作为枚举的原始值。使用 rawValue 属性来访问一个枚举成员的原始值。

使用 init?(rawValue:) 初始化构造器来从原始值创建一个枚举实例。如果存在与原始值相应的枚举成员就返回该枚举成员，否则就返回 nil。

if let convertedRank = Rank(rawValue: 3) {
    let threeDescription = convertedRank.simpleDescription()
}

枚举值是实际值，并不是原始值的另一种表达方法。实际上，如果没有比较有意义的原始值，你就不需要提供原始值。

enum Suit {
    case spades, hearts, diamonds, clubs
    func simpleDescription() -> String {
        switch self {
        case .spades:
            return "spades"
        case .hearts:
            return "hearts"
        case .diamonds:
            return "diamonds"
        case .clubs:
            return "clubs"
        }
    }
}
let hearts = Suit.hearts
let heartsDescription = hearts.simpleDescription()

注意在上面的例子中用了两种方式引用 hearts 枚举成员：给 hearts 常量赋值时，枚举成员 Suit.hearts 需要用全名来引用，因为常量没有显式指定类型。在 switch 里，枚举成员使用缩写 .hearts 来引用，因为 self 的值已经是一个 suit 类型。在任何已知变量类型的情况下都可以使用缩写。

如果枚举成员的实例有原始值，那么这些值是在声明的时候就已经决定了，这意味着不同枚举实例的枚举成员总会有一个相同的原始值。

当然我们也可以为枚举成员设定关联值，关联值是在创建实例时决定的。这意味着同一枚举成员不同实例的关联值可以不相同。你可以把关联值想象成枚举成员实例的存储属性。例如，考虑从服务器获取日出和日落的时间的情况。服务器会返回正常结果或者错误信息。

enum ServerResponse {
    case result(String, String)
    case failure(String)
}

let success = ServerResponse.result("6:00 am", "8:09 pm")
let failure = ServerResponse.failure("Out of cheese.")

switch success {
    case let .result(sunrise, sunset):
        print("Sunrise is at \(sunrise) and sunset is at \(sunset)")
    case let .failure(message):
        print("Failure...  \(message)")
}

注意 ServerResponse 的值在与 switch 的分支匹配时，日升和日落时间是如何从该值中提取出来的。

使用 struct 来创建一个结构体。结构体和类有很多相同的地方，包括方法和构造器。它们之间最大的一个区别就是结构体是传值，类是传引用。

struct Card {
    var rank: Rank
    var suit: Suit
    func simpleDescription() -> String {
        return "The \(rank.simpleDescription()) of \(suit.simpleDescription())"
    }
}
let threeOfSpades = Card(rank: .three, suit: .spades)
let threeOfSpadesDescription = threeOfSpades.simpleDescription()

并发性

使用 async 关键字标记异步运行的函数。

@available(macOS 10.15, *)
func fetchUserID(from server: String) async -> Int {
    if server == "primary" {
        return 97
    }
    return 501
}

您还可以通过在函数名前添加 await 来标记对异步函数的调用。

@available(macOS 10.15, *)
func fetchUsername(from server: String) async -> String {
    let userID = await fetchUserID(from: server)
    if userID == 501 {
        return "John Appleseed"
    }
    return "Guest"
}

使用 async let 来调用异步函数，并让其与其它异步函数并行运行。 使用 await 以使用该异步函数返回的值。

@available(macOS 10.15, *)
func connectUser(to server: String) async {
    async let userID = fetchUserID(from: server)
    async let username = fetchUsername(from: server)
    let greeting = await "Hello \(username), user ID \(userID)"
    print(greeting)
}

使用 Task 从同步代码中调用异步函数且不等待它们返回结果。

if #available(macOS 10.15, *) {
    let task = Task {
        await connectUser(to: "primary")
    }
    print(await task.value)
    //Prints "Hello Guest, user ID 97"
}

可以通过 withTaskGroup 以 Task 集合的形式来组织异步源码。

let userIDs = await withTaskGroup(of: Int.self) { group in
    for server in ["primary", "secondary", "development"] {
        group.addTask {
            return await fetchUserID(from: server)
        }
    }


    var results: [Int] = []
    for await result in group {
        results.append(result)
    }
    return results
}

Actors are similar to classes, except they ensure that different asynchronous functions can safely interact with an instance of the same actor at the same time.

actor ServerConnection {
    var server: String = "primary"
    private var activeUsers: [Int] = []
    func connect() async -> Int {
        let userID = await fetchUserID(from: server)
        // ... communicate with server ...
        activeUsers.append(userID)
        return userID
    }
}

When you call a method on an actor or access one of its properties, you mark that code with await to indicate that it might have to wait for other code that’s already running on the actor to finish.

let server = ServerConnection()
let userID = await server.connect()

协议和扩展

使用 protocol 来声明一个协议。

protocol ExampleProtocol {
    var simpleDescription: String { get }
    mutating func adjust()
}

类、枚举和结构体都可以遵循协议。

class SimpleClass: ExampleProtocol {
    var simpleDescription: String = "A very simple class."
    var anotherProperty: Int = 69105
    func adjust() {
        simpleDescription += "  Now 100% adjusted."
    }
}
var a = SimpleClass()
a.adjust()
let aDescription = a.simpleDescription

struct SimpleStructure: ExampleProtocol {
    var simpleDescription: String = "A simple structure"
    mutating func adjust() {
        simpleDescription += " (adjusted)"
    }
}
var b = SimpleStructure()
b.adjust()
let bDescription = b.simpleDescription

注意声明 SimpleStructure 时候 mutating 关键字用来标记一个会修改结构体的方法。SimpleClass 的声明不需要标记任何方法，因为类中的方法通常可以修改类属性（类的性质）。

使用 extension 来为现有的类型添加功能，比如新的方法和计算属性。你可以使用扩展让某个在别处声明的类型来遵守某个协议，这同样适用于从外部库或者框架引入的类型。

extension Int: ExampleProtocol {
    var simpleDescription: String {
        return "The number \(self)"
    }
    mutating func adjust() {
        self += 42
    }
}
print(7.simpleDescription)

你可以像使用其他命名类型一样使用协议名——例如，创建一个有不同类型但是都实现一个协议的对象集合。当你处理类型是协议的值时，协议外定义的方法不可用。

let protocolValue: ExampleProtocol = a
print(protocolValue.simpleDescription)
// print(protocolValue.anotherProperty)  // 去掉注释可以看到错误

即使 protocolValue 变量运行时的类型是 simpleClass ，编译器还是会把它的类型当做 ExampleProtocol。这表示你不能调用在协议之外的方法或者属性。

错误处理

使用采用 Error 协议的类型来表示错误。

enum PrinterError: Error {
    case outOfPaper
    case noToner
    case onFire
}

使用 throw 来抛出一个错误和使用 throws 来表示一个可以抛出错误的函数。如果在函数中抛出一个错误，这个函数会立刻返回并且调用该函数的代码会进行错误处理。

func send(job: Int, toPrinter printerName: String) throws -> String {
    if printerName == "Never Has Toner" {
        throw PrinterError.noToner
    }
    return "Job sent"
}

有多种方式可以用来进行错误处理。一种方式是使用 do-catch 。在 do 代码块中，使用 try 来标记可以抛出错误的代码。在 catch 代码块中，除非你另外命名，否则错误会自动命名为 error 。

do {
    let printerResponse = try send(job: 1040, toPrinter: "Bi Sheng")
    print(printerResponse)
} catch {
    print(error)
}

可以使用多个 catch 块来处理特定的错误。参照 switch 中的 case 风格来写 catch。

另一种处理错误的方式使用 try? 将结果转换为可选的。如果函数抛出错误，该错误会被抛弃并且结果为 nil。否则，结果会是一个包含函数返回值的可选值。

let printerSuccess = try? send(job: 1884, toPrinter: "Mergenthaler")
let printerFailure = try? send(job: 1885, toPrinter: "Never Has Toner")

使用 defer 代码块来表示在函数返回前，函数中最后执行的代码。无论函数是否会抛出错误，这段代码都将执行。使用 defer，可以把函数调用之初就要执行的代码和函数调用结束时的扫尾代码写在一起，虽然这两者的执行时机截然不同。

var fridgeIsOpen = false
let fridgeContent = ["milk", "eggs", "leftovers"]

func fridgeContains(_ food: String) -> Bool {
    fridgeIsOpen = true
    defer {
        fridgeIsOpen = false
    }

    let result = fridgeContent.contains(food)
    return result
}
fridgeContains("banana")
print(fridgeIsOpen)

泛型

在尖括号里写一个名字来创建一个泛型函数或者类型。

func makeArray<Item>(repeating item: Item, numberOfTimes: Int) -> [Item] {
    var result: [Item] = []
    for _ in 0..<numberOfTimes {
        result.append(item)
    }
    return result
}
makeArray(repeating: "knock", numberOfTimes: 4)

你也可以创建泛型函数、方法、类、枚举和结构体。

// 重新实现 Swift 标准库中的可选类型
enum OptionalValue<Wrapped> {
    case none
    case some(Wrapped)
}
var possibleInteger: OptionalValue<Int> = .none
possibleInteger = .some(100)

在类型名后面使用 where 来指定对类型的一系列需求，比如，限定类型实现某一个协议，限定两个类型是相同的，或者限定某个类必须有一个特定的父类。

func anyCommonElements<T: Sequence, U: Sequence>(_ lhs: T, _ rhs: U) -> Bool
    where T.Element: Equatable, T.Element == U.Element
{
    for lhsItem in lhs {
        for rhsItem in rhs {
            if lhsItem == rhsItem {
                return true
            }
        }
    }
    return false
}
anyCommonElements([1, 2, 3], [3])

<T: Equatable> 和 <T> ... where T: Equatable 的写法是等价的。