《The Swift Programming Language 》——類與結構體

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Swift 中類和結構體有很多共同點。共同處在於：

?       定義屬性用於儲存值

?       定義方法用於提供功能

?       定義下標用於通過下標文法訪問值

?       定義初始化器用於產生初始化值

?       通過擴充以增加預設實現的功能

?       符合協議以對某類提供標準功能

更多資訊請參見屬性，方法，下標，初始過程，擴充，和協議。

與結構體相比，類還有如下的附加功能：

?       繼承允許一個類繼承另一個類的特徵

?       類型轉換允許在運行時檢查和解釋一個類執行個體的類型

?       未初始化器允許一個類執行個體釋放任何其所被分配的資源

?       引用計數允許對一個類的多次引用

更多資訊請參見繼承，類型轉換，初始化，和自動引用計數。

注意：

結構體總是通過被複製的方式在代碼中傳遞，因此請不要使用引用計數。

定義

類和結構體有著類似的定義方式。我們通過關鍵字class和struct來分別表示類和結構體，並在一對大括弧中定義它們的具體內容：

class SomeClass {   // class definition goes here}struct SomeStructure {   // structure definition goes here}

注意：

在你每次定義一個新類或者結構體的時候，實際上你是有效地定義了一個新的 Swift 類型。因此請使用UpperCamelCase 這種方式來命名（如 SomeClass 和SomeStructure等），以便符合標準Swift 類型的大寫命名風格（如String，Int和Bool）。相反的，請使用lowerCamelCase這種方式為屬性和方法命名（如framerate和incrementCount），以便和類區分。

以下是定義結構體和定義類的樣本：

struct Resolution {   var width = 0   var heigth = 0}class VideoMode {   var resolution = Resolution()   var interlaced = false   var frameRate = 0.0   var name: String?}

在上面的樣本中我們定義了一個名為Resolution的結構體，用來描述一個顯示器的像素解析度。這個結構體包含了兩個名為width和height的儲存屬性。儲存屬性是捆綁和儲存在類或結構體中的常量或變數。當這兩個屬性被初始化為整數0的時候，它們會被推斷為Int類型。

在上面的樣本中我們還定義了一個名為VideoMode的類，用來描述一個視頻顯示器的特定模式。這個類包含了四個儲存屬性變數。第一個是解析度，它被初始化為一個新的Resolution結構體的執行個體，具有Resolution的屬性類型。新VideoMode執行個體同時還會初始化其它三個屬性，它們分別是，初始值為false(意為“non-interlaced video”)的inteflaced，回放幀率初始值為0.0的frameRate和值為可選String的name。name屬性會被自動賦予一個預設值nil，意為“沒有name值”，因它是一個可選類型。

類和結構體執行個體

Resolution結構體和VideoMode類的定義僅描述了什麼是Resolution和VideoMode。它們並沒有描述一個特定的解析度（resolution）或者視頻模式（video mode）。為了描述一個特定的解析度或者視頻模式，我們需要產生一個它們的執行個體。

產生結構體和類執行個體的文法非常相似：

let someResolution = Resolution()let someVideoMode = VideoMode()

結構體和類都使用初始化器文法來產生新的執行個體。初始化器文法的最簡單形式是在結構體或者類的類型名稱後跟隨一個空括弧，如Resolution()或VideoMode()。通過這種方式所建立的類或者結構體執行個體，其屬均會被初始化為預設值。構造過程章節會對類和結構體的初始化進行更詳細的討論。

屬性訪問

通過使用點文法（dot syntax）,你可以訪問執行個體中所含有的屬性。其文法規則是，執行個體名後面緊跟屬性名稱，兩者通過點號(.)串連：

println("The width of someResolutionis \(someResolution.width)")// 輸出 "The width ofsomeResolution is 0"

在上面的例子中，someResolution.width引用someResolution的width屬性，返回width的初始值0。

你也可以訪問子屬性，如何VideoMode中Resolution屬性的width屬性：

println("The width of someVideoMode is\(someVideoMode.resolution.width)")// 輸出 "The width ofsomeVideoMode is 0"

你也可以使用點文法為屬性變數賦值：

someVideoMode.resolution.width = 12880println("The width of someVideoMode isnow \(someVideoMode.resolution.width)")// 輸出 "The width ofsomeVideoMode is now 1280"

注意：

與 Objective-C 語言不同的是，Swift 允許直接設定結構體屬性的子屬性。上面的最後一個例子，就是直接設定了someVideoMode中resolution屬性的width這個子屬性，以上操作並不需要從新設定resolution屬性。

結構體類型的成員逐一初始化器

//Memberwise Initializers for structureTypes

所有結構體都有一個自動產生的成員逐一初始化器，用於初始化新結構體執行個體中成員的屬性。新執行個體中各個屬性的初始值可以通過屬性的名稱傳遞到成員逐一初始化器之中：

與結構體不同，類執行個體沒有預設的成員逐一初始化器。構造過程章節會對初始化器進行更詳細的討論。

結構體和枚舉是值類型

值類型被賦予給一個變數，常數或者本身被傳遞給一個函數的時候，實際上操作的是其的拷貝。

 

在之前的章節中，我們已經大量使用了值類型。實際上，在 Swift 中，所有的基本類型：整數(Integer)、浮點數(floating-point)、布爾值(Booleans)、字串(string)、數組(array)和字典(dictionaries)，都是值類型，並且都是以結構體的形式在後台所實現。

 

在 Swift 中，所有的結構體和枚舉都是值類型。這意味著它們的執行個體，以及執行個體中所包含的任何值類型屬性，在代碼中傳遞的時候都會被複製。

 

請看下面這個樣本，其使用了前一個樣本中Resolution結構體：

 

let hd = Resolution(width: 1920, height:1080)var cinema = hd

在以上樣本中，聲明了一個名為hd的常量，其值為一個初始化為全高清視頻解析度(1920 像素寬，1080 像素高)的Resolution執行個體。

 

然後樣本中又聲明了一個名為cinema的變數，其值為之前聲明的hd。因為Resolution是一個結構體，所以cinema的值其實是hd的一個拷貝副本，而不是hd本身。儘管hd和cinema有著相同的寬(width)和高(height)屬性，但是在後台中，它們是兩個完全不同的執行個體。

 

下面，為了符合數位影院放映的需求(2048 像素寬，1080 像素高)，cinema的width屬性需要作如下修改：

 

cinema.width = 2048

這裡，將會顯示cinema的width屬性確已改為了2048：

 

println("cinema is now  \(cinema.width) pixels wide")// 輸出 "cinema isnow 2048 pixels wide"

然而，初始的hd執行個體中width屬性還是1920：

 

println("hd is still \(hd.width    ) pixels wide")// 輸出 "hd is still1920 pixels wide"

在將hd賦予給cinema的時候，實際上是將hd中所儲存的值(values)進行拷貝，然後將拷貝的資料儲存到新的cinema執行個體中。結果就是兩個完全獨立的執行個體碰巧包含有相同的數值。由於兩者相互獨立，因此將cinema的width修改為2048並不會影響hd中的寬(width)。

 

枚舉也遵循相同的管理辦法：

 

enum CompassPoint {   case North, South, East, West}var currentDirection = CompassPoint.Westlet rememberedDirection = currentDirectioncurrentDirection = .Eastif rememberDirection == .West {   println("The remembered direction is still .West")}// 輸出 "Theremembered direction is still .West"

上例中rememberedDirection被賦予了currentDirection的值(value)，實際上它被賦予的是值(value)的一個拷貝。賦值過程結束後再修改currentDirection的值並不影響rememberedDirection所儲存的原始值(value)的拷貝。

 

 

類是參考型別

與值類型不同，參考型別在被賦予到一個變數，常量或者被傳遞到一個函數時，操作的並不是其拷貝。因此，引用的是已存在的執行個體本身而不是其拷貝。

 

請看下面這個樣本，其使用了之前定義的VideoMode類：

 

let tenEighty = VideoMode()tenEighty.resolution = hdtenEighty.interlaced = truetenEighty.name = "1080i"tenEighty.frameRate = 25.0

以上樣本中，聲明了一個名為tenEighty的常量，其引用了一個VideoMode類的新執行個體。在之前的樣本中，這個視頻模式(video mode)被賦予了HD解析度(1920*1080)的一個拷貝(hd)。同時設定為交錯(interlaced),命名為“1080i”。最後，其幀率是25.0幀每秒。

 

然後，tenEighty 被賦予名為alsoTenEighty的新常量，同時對alsoTenEighty的幀率進行修改：

 

let alsoTenEighty = tenEightyalsoTenEighty.frameRate = 30.0

因為類是參考型別，所以tenEight和alsoTenEight實際上引用的是相同的VideoMode執行個體。換句話說，它們只是同一個執行個體的兩種叫法。

 

下面，通過查看tenEighty的frameRate屬性，我們會發現它正確的顯示了基本VideoMode執行個體的新幀率，其值為30.0：

 

println("The frameRate property oftenEighty is now \(tenEighty.frameRate)")// 輸出 "TheframeRate property of theEighty is now 30.0"

需要注意的是tenEighty和alsoTenEighty被聲明為常量(constants)而不是變數。然而你依然可以改變tenEighty.frameRate和alsoTenEighty.frameRate,因為這兩個常量本身不會改變。它們並不儲存這個VideoMode執行個體，在後台僅僅是對VideoMode執行個體的引用。所以，改變的是被引用的基礎VideoMode的frameRate參數，而不改變常量的值。

 

恒等運算子

因為類是參考型別，有可能有多個常量和變數在後台同時引用某一個類執行個體。(對於結構體和枚舉來說，這並不成立。因為它們作值類型，在被賦予到常量，變數或者傳遞到函數時，總是會被拷貝。)

 

如果能夠判定兩個常量或者變數是否引用同一個類執行個體將會很有協助。為了達到這個目的，Swift 內建了兩個恒等運算子：

 

等價於 ( === )

不等價於 ( !== )

以下是運用這兩個運算子檢測兩個常量或者變數是否引用同一個執行個體：

 

if tenEighty === alsoTenTighty {    println("tenTighty and alsoTenEightyrefer to the same Resolution instance.")}//輸出 "tenEightyand alsoTenEighty refer to the same Resolution instance."

請注意“等價於”(用三個等號表示，===) 與“等於”(用兩個等號表示，==)的不同：

 

“等價於”表示兩個類類型(class type)的常量或者變數引用同一個類執行個體。

“等於”表示兩個執行個體的值“相等”或“相同”，判定時要遵照類設計者定義定義的評判標準，因此相比於“相等”，這是一種更加合適的叫法。

當你在定義你的自訂類和結構體的時候，你有義務來決定判定兩個執行個體“相等”的標準。在章節運算子函數(Operator Functions)中將會詳細介紹實現自訂“等於”和“不等於”運算子的流程。

 

指標

如果你有 C，C++ 或者 Objective-C 語言的經驗，那麼你也許會知道這些語言使用指標來引用記憶體中的地址。一個 Swift 常量或者變數引用一個參考型別的執行個體與C語言中的指標類似，不同的是並不直接指向記憶體中的某個地址，而且也不要求你使用星號(*)來表明你在建立一個引用。Swift 中這些引用與其它的常量或變數的定義方式相同。

 

 

類和結構體的選擇

在你的代碼中，你可以使用類和結構體來定義你的自訂資料類型。

 

然而，結構體執行個體總是通過值傳遞，類執行個體總是通過引用傳遞。這意味兩者適用不同的任務。當你的在考慮一個工程項目的資料構造和功能的時候，你需要決定每個資料構造是定義成類還是結構體。

 

按照通用的準則，當符合一條或多條以下條件時，請考慮構建結構體：

 

結構體的主要目的是用來封裝少量相關簡單資料值。

有理由預計一個結構體執行個體在賦值或傳遞時，封裝的資料將會被拷貝而不是被引用。

任何在結構體中儲存的值類型屬性，也將會被拷貝，而不是被引用。

結構體不需要去繼承另一個已存在類型的屬性或者行為。

合適的結構體候選者包括：

 

幾何形狀的大小，封裝一個width屬性和height屬性，兩者均為Double類型。

一定範圍內的路徑，封裝一個start屬性和length屬性，兩者均為Int類型。

三維座標系內一點，封裝x，y和z屬性，三者均為Double類型。

在所有其它案例中，定義一個類，產生一個它的執行個體，並通過引用來管理和傳遞。實際中，這意味著絕大部分的自訂資料構造都應該是類，而非結構體。

 

 

集合(Collection)類型的賦值和拷貝行為

Swift 中數組(Array)和字典(Dictionary)類型均以結構體的形式實現。然而當數組被賦予一個常量或變數，或被傳遞給一個函數或方法時，其拷貝行為與字典和其它結構體有些許不同。

 

以下對數組和結構體的行為描述與對NSArray和NSDictionary的行為描述在本質上不同，後者是以類的形式實現，前者是以結構體的形式實現。NSArray和NSDictionary執行個體總是以對已有執行個體引用,而不是拷貝的方式被賦值和傳遞。

 

注意：

 

以下是對於數組，字典，字串和其它值的拷貝的描述。在你的代碼中，拷貝好像是確實是在有拷貝行為的地方產生過。然而，在Swift 的後台中，只有確有必要，實際(actual)拷貝才會被執行。Swift 管理所有的值拷貝以確保效能最佳化的效能，所以你也沒有必要去避免賦值以保證最優效能。(實際賦值由系統管理最佳化)

字典類型的賦值和拷貝行為

無論何時將一個字典執行個體賦給一個常量或變數，或者傳遞給一個函數或方法，這個字典會即會在賦值或調用發生時被拷貝。在章節結構體和枚舉是值類型中將會對此過程進行詳細介紹。

 

如果字典執行個體中所儲存的鍵(keys)和/或值(values)是值類型(結構體或枚舉)，當賦值或調用發生時，它們都會被拷貝。相反，如果鍵(keys)和/或值(values)是參考型別，被拷貝的將會是引用，而不是被它們引用的類執行個體或函數。字典的鍵和值的拷貝行為與結構體所儲存的屬性的拷貝行為相同。

 

下面的樣本定義了一個名為ages的字典，其中儲存了四個人的名字和年齡。ages字典被賦予了一個名為copiedAges的新變數，同時ages在賦值的過程中被拷貝。賦值結束後，ages和copiedAges成為兩個相互獨立的字典。

 

var ages = ["Peter": 23,"Wei": 35, "Anish": 65, "Katya": 19]var copiedAges = ages

這個字典的鍵(keys)是字串(String)類型，值(values)是整(Int)類型。這兩種類型在Swift 中都是值類型(value types)，所以當字典被拷貝時，兩者都會被拷貝。

 

我們可以通過改變一個字典中的年齡值(age value)，檢查另一個字典中所對應的值，來證明ages字典確實是被拷貝了。如果在copiedAges字典中將Peter的值設為24，那麼ages字典仍然會返回修改前的值23：

 

copiedAges["Peter"] = 24println(ages["Peter"])// 輸出 "23"

數組的賦值和拷貝行為

在Swift 中，數組(Arrays)類型的賦值和拷貝行為要比字典(Dictionary)類型的複雜的多。當運算元組內容時，數組(Array)能提供接近C語言的的效能，並且拷貝行為只有在必要時才會發生。

 

如果你將一個數組(Array)執行個體賦給一個變數或常量，或者將其作為參數傳遞給函數或方法調用，在事件發生時數組的內容不會被拷貝。相反，數組公用相同的元素序列。當你在一個數組內修改某一元素，修改結果也會在另一數組顯示。

 

對數組來說，拷貝行為僅僅當操作有可能修改數組長度時才會發生。這種行為包括了附加(appending),插入(inserting),刪除(removing)或者使用範圍下標(ranged subscript)去替換這一範圍內的元素。只有當數組拷貝確要發生時，數組內容的行為規則與字典中鍵值的相同，參見章節[集合（collection）類型的賦值與複製行為](#assignment_and_copy_behavior_for_collection_types。

 

下面的樣本將一個整數(Int)數組賦給了一個名為a的變數，繼而又被賦給了變數b和c：

 

var a = [1, 2, 3]var b = avar c = a

我們可以在a,b,c上使用下標文法以得到數組的第一個元素：

 

println(a[0])// 1println(b[0])// 1println(c[0])// 1

如果通過下標文法修改數組中某一元素的值，那麼a,b,c中的相應值都會發生改變。請注意當你用下標文法修改某一值時，並沒有拷貝行為伴隨發生，因為下表文法修改值時沒有改變數組長度的可能：

 

a[0] = 42println(a[0])// 42println(b[0])// 42println(c[0])// 42

然而，當你給a附加新元素時，數組的長度會改變。當附加元素這一事件發生時，Swift 會建立這個數組的一個拷貝。從此以後，a將會是原數組的一個獨立拷貝。

 

拷貝發生後，如果再修改a中元素值的話，a將會返回與b，c不同的結果，因為後兩者引用的是原來的數組：

 

a.append(4)a[0] = 777println(a[0])// 777println(b[0])// 42println(c[0])// 42

確保數組的唯一性

在操作一個數組，或將其傳遞給函數以及方法調用之前是很有必要先確定這個數組是有一個唯一拷貝的。通過在陣列變數上調用unshare方法來確定數組引用的唯一性。(當數組賦給常量時，不能調用unshare方法)

 

如果一個數組被多個變數引用，在其中的一個變數上調用unshare方法，則會拷貝此數組，此時這個變數將會有屬於它自己的獨立數組拷貝。當數組僅被一個變數引用時，則不會有拷貝發生。

 

在上一個樣本的最後，b和c都引用了同一個數組。此時在b上調用unshare方法則會將b變成一個唯一個拷貝：

 

b.unshare()

在unshare方法調用後再修改b中第一個元素的值，這三個數組(a,b,c)會返回不同的三個值：

 

b[0] = -105println(a[0])// 77println(b[0])// -105println(c[0])// 42

判定兩個數組是否共用相同元素

我們通過使用恒等運算子(identity operators)( === and !==)來判定兩個數組或子數組共用相同的儲存空間或元素。

 

下面這個樣本使用了“恒等於(identical to)”運算子(===) 來判定b和c是否共用相同的數組元素：

 

if b === c {   println("b and c still share the same array elements.")} else {   println("b and c now refer to two independent sets of arrayelements.")} // 輸出 "b and c nowrefer totwo independent sets of array elements."

此外，我們還可以使用恒等運算子來判定兩個子數組是否共用相同的元素。下面這個樣本中，比較了b的兩個相等的子數組，並且確定了這兩個子數組都引用相同的元素：

 

if b[0...1] === b[0...1] {   println("These two subarrays share the same elements.")} else {   println("These two subarrays do not share the same elements.")}// 輸出 "These twosubarrays share the same elements."

強制複製數組

我們通過調用數組的copy方法進行強制顯性複製。這個方法對數組進行了淺拷貝(shallow copy),並且返回一個包含此拷貝的新數組。

 

下面這個樣本中定義了一個names數組，其包含了七個人名。還定義了一個copiedNames變數，用以儲存在names上調用copy方法所返回的結果：

 

var names = ["Mohsen","Hilary", "Justyn", "Amy", "Rich","Graham", "Vic"]var copiedNames = names.copy

我們可以通過修改一個數組中某元素，並且檢查另一個數組中對應元素的方法來判定names數組確已被複製。如果你將copiedNames中第一個元素從"Mohsen"修改為"Mo",則names數組返回的仍是拷貝發生前的"Mohsen"：

 

copiedName[0] = "Mo"println(name[0])// 輸出 "Mohsen"

注意：

 

如果你僅需要確保你對數組的引用是唯一引用，請調用unshare方法，而不是copy方法。unshare方法僅會在確有必要時才會建立數組拷貝。copy方法會在任何時候都建立一個新的拷貝，即使引用已經是唯一引用。

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