06.从some看Swift不透明类型
Hi 👋
一、 我遇到的问题
今天在写一个 SwiftUI
的demo的时候,准备用一个 枚举
来作为列表的数数据源。
1.1 列表的主体
1.2 枚举
1.3 问题
代码乍一看好像没什么问题,然而:
Protocol 'View' can only be used as a generic constraint because it has Self or associated type requirements
一个使用协议时 protocol
经典的报错。
1.4 View 是什么
通过点进 View
的定义,可以看到,它是一个协议。
二、 解决问题
在 SwiftUI 默认生产的代码中有这样一段
既然这里的 body (View协议中定义的)
是用 some View
来做为类型,那么我在 ContentTypes
的 destinationView
是否也可以使用 some View
呢?
2.1 试一试
诶嘿~ 可以了
那么
some
究竟是什么呢?它代表不透明类型
,通常与协议搭配使用。其实并不是SwiftUI
的特性,而是Swift
的特性。只不过是我平时没见过而已😂。
三、 不透明类型
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。在处理模块
和调用代码
之间的关系时,隐藏类型信息非常有用,因为返回的底层数据类型仍然可以保持私有
。而且不同于返回协议类型,不透明类型能保证类型一致性:编译器能获取到类型信息,同时模块使用者却不能获取到。
3.1 需要解决的问题
举个例子,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:
你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:
如下方代码所示,用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。
暴露构造所用的具体类型会造成类型信息的泄露,因为 ASCII
几何图形模块的部分公开接口必须声明完整的返回类型,而实际上这些类型信息并不应该被公开声明。输出同一种几何图形,模块内部可能有多种实现方式,而外部使用时,应该与内部各种变换顺序的实现逻辑无关。诸如 JoinedShape
和 FlippedShape
这样包装后的类型,模块使用者并不关心,它们也不应该可见。模块的公开接口应该由拼接、翻转等基础操作组成,这些操作也应该返回独立的 Shape
类型的值。
3.2 返回不透明类型
你可以认为不透明类型和泛型相反。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。举个例子,下面这个函数的返回值类型就由它的调用者决定:
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。调用代码可以使用任何遵循了 Comparable
协议的类型,函数内部也要以一种通用的方式来写代码,才能应对调用者传入的各种类型。max(_:_:)
的实现就只使用了所有遵循 Comparable
协议的类型共有的特性。
而在返回不透明类型的函数中,上述角色发生了互换。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:
这个例子中,makeTrapezoid()
函数将返回值类型定义为 some Shape
;因此,该函数返回遵循 Shape
协议的给定类型,而不需指定任何具体类型。这样写 makeTrapezoid()
函数可以表明它公共接口的基本性质:返回的是一个几何图形
,而不是部分的公共接口生成的特殊类型。上述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。
这个例子凸显了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。
你也可以将不透明返回类型和泛型结合起来,下面的两个泛型函数也都返回了遵循 Shape 协议的不透明类型。
这个例子中 opaqueJoinedTriangles
的值和前文中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。比如,下面就是一个非法示例 —— 包含针对 Square
类型进行特殊处理的翻转函数。
如果你调用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,所以 invalidFlip(_:)
不正确。修正 invalidFlip(_:)
的方法之一就是将针对 Square
的特殊处理移入到 FlippedShape
的实现中去,这样就能保证这个函数始终返回 FlippedShape
:
返回类型始终唯一的要求,并不会影响在返回的不透明类型中使用泛型。比如下面的函数,就是在返回的底层类型中使用了泛型参数:
这种情况下,返回的底层类型会根据 T
的不同而发生变化:但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。尽管如此,返回值始终还是同样的底层类型 [T]
, 所以这符合不透明返回类型始终唯一的要求。
3.3 不透明类型和协议类型的区别
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。总的来说,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。
比如,这是 flip(_:)
方法不采用不透明类型,而采用返回协议类型的版本:
这个版本的 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。换句话说,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:
修改后的代码根据代表形状的参数的不同,可能返回 Square
实例或者 FlippedShape
实例,所以同样的函数可能返回完全不同的两个类型。当翻转相同形状的多个实例时,此函数的其他有效版本也可能返回完全不同类型的结果。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。举个例子,这个函数的返回结果就不能用 == 运算符进行比较了。
上面的例子中,最后一行的错误来源于多个原因。最直接的问题在于,Shape
协议中并没有包含对 == 运算符的声明。如果你尝试加上这个声明,那么你会遇到新的问题,就是 == 运算符需要知道左右两侧参数的类型。这类运算符通常会使用 Self
类型作为参数,用来匹配符合协议的具体类型,但是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。
将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。上面的例子就说明了为什么不能使用 == 运算符 —— 它依赖于具体的类型信息,而这正是使用协议类型所无法提供的。
这种方法的另一个问题在于,变换形状的操作不能嵌套。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))
这样的多重变换操作是非法的,因为经过翻转操作后的结果类型并不能作为 protoFlip(_:)
的形参。
相比之下,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。比如:
你不能将 Container
作为方法的返回类型,因为此协议有一个关联类型。你也不能将它用于对泛型返回类型的约束,因为函数体之外并没有暴露足够多的信息来推断泛型类型。
而使用不透明类型 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:
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。在 makeOpaqueContainer(item:)
的实现中,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
。
四、 总结
了解了 some 不透明类型
后,突然想起之前遇到的一些协议使用时的问题可以更优雅的解决了。嘿嘿😄
参考
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