【iOS】Swift系列三十三 - 面向协议编程

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面向协议编程（Protocol Oriented Programming，简称POP）是Swift的一种编程范式，Apple于2015年WWDC提出。在Swift的标准库中，能见到大量POP的影子。

一、POP和OOP

1.1. 回顾OOP

Swift也是一门面向对象的编程语言（Object Oriented Programming，简称OOP）。

OOP的三大特性：封装、继承、多态。

继承的经典使用场景：当多个类（比如A、B、C类）具有很多共性时，可以将这些共性抽取到一个父类中（比如D类），最后A、B、C类继承D类。

有些问题，使用OOP并不能很好解决，比如：如何将BVC、DVC的公共方法run抽取出来？

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class BVC: UIViewController {
    func run() {
        print("run")
    }
}

class DVC: UITableViewController {
    func run() {
        print("run")
    }
}

1.2. OOP解决方案

  1. 将run方法放到另一个对象A中，然后BVC、DVC拥有对象A属性；

  2. 将run方法添加到UIViewController分类中（UITableViewController继承自UIViewController）；

  3. 将run方法抽取到新的父类，采用多继承（C++支持多继承）。

虽然可以解决问题，但是第一种方法多了一些额外的依赖关系。第二种方法会导致UIViewController越来越臃肿，而且会影响它的其他所有子类。第三中虽然在iOS开发中用不到，但在C++中使用也会增加程序设计的复杂度，产生菱形继承等问题，需要开发者额外解决。

1.3. POP解决方案

定义一个协议，同时定义公共方法run。扩展协议并实现抽象方法run，类遵守协议即可。

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protocol Runnable {
    func run()
}

extension Runnable {
    func run() {
        print("run")
    }
}

class BVC: UIViewController, Runnable { }
class DVC: UITableViewController, Runnable { }

相比较OOP，POP的解决方案更加简洁。因为协议支持扩展实现，使得Swift使用POP非常便捷。

在Swift开发中，OOP和POP是相辅相成的，任何一方并不能取代另一方。POP能弥补OOP一些设计上的不足。

1.4. POP的注意点

  • 优先考虑创建协议，而不是父类（基类）
  • 优先考虑值类型（struct、enum），而不是引用类型（class）
  • 巧用协议的扩展功能
  • 不要为了面向协议而使用协议（有时候使用类更合理）

二、添加前缀

场景：为字符串增加计算纯数字的功能。

示例代码：

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var str = "123ttt456"
func numberCount(_ str: String) -> Int {
    var count = 0
    for c in str where ("0"..."9").contains(c) {
        count += 1
    }
    return count
}
print(numberCount(str)) // 输出：6

上面的示例代码已经完成了基本的功能，但是还有很多需要优化的地方。

优化代码一（协议扩展）：

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extension String {
    func numberCount() -> Int {
        var count = 0
        for c in self where ("0"..."9").contains(c) {
            count += 1
        }
        return count
    }
}
print(str.numberCount()) // 输出：6

使用协议后，所有字符串都可以使用该功能，并且也限定了只有字符串类型可以使用。但是计算属性比函数调用更加优雅。

优化代码二（计算属性）：

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extension String {
    var numberCount: Int {
        var count = 0
        for c in self where ("0"..."9").contains(c) {
            count += 1
        }
        return count
    }
}
print(str.numberCount) // 输出：6
print("45579test12".numberCount) // 输出：7

上面优化过后看似已经很完善了，但隐藏一个风险：属性名有可能和系统有冲突。这时候我们可以为属性添加一个前缀加以区分。

优化代码三（OC风格加前缀）：

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extension String {
    var db_numberCount: Int {
        var count = 0
        for c in self where ("0"..."9").contains(c) {
            count += 1
        }
        return count
    }
}
print(str.db_numberCount) // 输出：6

类似OC的前缀做法虽热能够满足条件，但总感觉有点OC的风格。其实我们可以使用Swift风格为属性/函数添加前缀。

优化代码四（Swift风格加前缀）：

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struct DB {
    var string: String
    init(_ string: String) {
        self.string = string
    }
    var numberCount: Int {
        var count = 0
        for c in string where ("0"..."9").contains(c) {
            count += 1
        }
        return count
    }
}

extension String {
    var db: DB {
        return DB(self)
    }
}
print(str.db.numberCount) // 输出：6

为字符串扩展一个DB（自定义）属性，DB是自定义结构体，内部实现了字符串数字计数功能。这样不仅拥有自己的命名空间，后续有任何字符串相关自定义功能都可以放到结构体中。

一般情况下，我们不会只为字符串扩展自定义功能，数组、字典、自定义类等都有可能扩展新的自定义功能。但总不能为在DB结构体中为每一个类型都新增一个类型和初始化方法，这样DB结构体就会变得很臃肿。可以使用泛型解决该问题。

优化代码五（通用）：

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struct DB<Base> {
    var base: Base
    init(_ base: Base) {
        self.base = base
    }
}

extension String {
    var db: DB<String> { DB(self) }
}

class Person {
    var name: String
    init(_ name: String) {
        self.name = name
    }
}
extension Person {
    var db: DB<Person> { DB(self) }
}

extension DB where Base == String {
    var numberCount: Int {
        var count = 0
        for c in base where ("0"..."9").contains(c) {
            count += 1
        }
        return count
    }
}
print(str.db.numberCount) // 输出：6

extension DB where Base: Person {
    func run() {
        print(base.name, "running")
    }
}
let p = Person("大奔")
print(p.db.run()) // 输出：大奔 running

使用泛型后，再为结构体DB扩展对应类型的函数/属性，不仅类型隔离，还做到了统一DB管理。

注意：为类扩展时要注意扩展方法是否要求子类也必须拥有，Base: Person和Base == Person是有区别的。

如果要为类扩展属性/方法，就需要再增加一个类型属性db。

示例代码：

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extension String {
    var db: DB<String> { DB(self) }
    static var db: DB<String>.Type { DB<String>.self }
}

extension DB where Base == String {
    var numberCount: Int {
        var count = 0
        for c in base where ("0"..."9").contains(c) {
            count += 1
        }
        return count
    }
    static func test() {
        print("String test")
    }
}
String.db.test() // 输出：String test

如果为不同类型扩展方法，就需要重复定义实例属性和类型属性。这时候可以使用协议实现这些属性，那个类型需要扩展方法，只需要遵守该协议即可。

最终优化代码：

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// 1. 前缀类型（中介）
struct DB<Base> {
    var base: Base
    init(_ base: Base) {
        self.base = base
    }
}

// 2. 利用协议扩展前缀属性
protocol DBCompatible { }
extension DBCompatible {
    var db: DB<Self> { 
      set { }
      get { DB(self) }
    }
    static var db: DB<Self>.Type { 
      set { }
      get { DB<Self>.self }
    }
}

// 3. 让String拥有db前缀属性
extension String: DBCompatible { }

// 4. 给db前缀（实例/类型）扩展功能
extension DB where Base == String {
    var numberCount: Int {
        var count = 0
        for c in base where ("0"..."9").contains(c) {
            count += 1
        }
        return count
    }
    static func test() {
        print("String test")
    }
}
print(str.db.numberCount) // 输出：6
String.db.test() // 输出：String test

// 为自定义类扩展方法
class Person {
    var name: String
    init(_ name: String) {
        self.name = name
    }
}

extension Person: DBCompatible { }

extension DB where Base: Person {
    func run() {
        print(base.name, "running")
    }
}
let p = Person("大奔")
print(p.db.run()) // 输出：大奔 running

注意：如果扩展函数使用mutating，在利用协议扩展前缀属性时，属性必须是可读可写的。

为String增加扩展功能后，NSString和NSMutableString也能使用么？

需要为NSString和NSMutableString扩展db属性，但其实只需要为NSString扩展就行了，因为NSMutableString继承自NSString。

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extension NSString: DBCompatible { }

找不到对应方法，但是如果为其扩展一个和String方法就会出现代码重复。我们知道String、NSString和NSMutableString都遵守了一个ExpressibleByStringLiteral协议，只需要把扩展条件修改一下就可以了。

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extension DB where Base: ExpressibleByStringLiteral {
    var numberCount: Int {
        var count = 0
        for c in (base as! String) where ("0"..."9").contains(c) {
            count += 1
        }
        return count
    }
    static func test() {
        print("String test")
    }
    
}

注意base需要强转为String。

三、利用协议实现类型判断

场景：判断传入的实例参数是不是数组。

示例代码：

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func isArray(_ value: Any) -> Bool {
    value is [Any]
}
print(isArray([1, 2])) // 输出：true
print(isArray(["1", 2])) // 输出：true
print(isArray(NSArray())) // 输出：true
print(isArray(NSMutableArray())) // 输出：true
print(isArray("123")) // 输出：false

场景：判断传入的类型参数是不是数组。

示例代码：

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protocol ArrayType { }
extension Array: ArrayType { }
extension NSArray: ArrayType { }
func isArrayType(_ type: Any.Type) -> Bool {
    type is ArrayType.Type
}
print(isArrayType([Int].self)) // 输出：true
print(isArrayType([Any].self)) // 输出：true
print(isArrayType(NSArray.self)) // 输出：true
print(isArrayType(NSMutableArray.self)) // 输出：true

注意：[Int].Type和[Any].Type没有关系。协议最终是一个类型，是有自己的meta的。