Swift的核心

我們可以通過(guò)等式的傳遞性來(lái)理解swift：

• Swift的核心是面向協(xié)議的編程。
• 面向協(xié)議的編程的核心是抽象（abstraction）和簡(jiǎn)化（simplicity）。
• 所以swift的核心就是抽象和簡(jiǎn)化。

你可能對(duì)我的標(biāo)題感到詫異。我并不是說(shuō)子類沒有價(jià)值，尤其在使用單一繼承（single inheritance）的情況下，類和子類當(dāng)然是強(qiáng)有力的工具。然而我想說(shuō)的是，iOS日常開發(fā)的問題是對(duì)類和繼承的過(guò)度使用。作為面向?qū)ο蟮木幊陶撸╫bject-oriented programmer，后面統(tǒng)一替換為OOP編程者；object-oriented programming后面統(tǒng)一簡(jiǎn)寫為OOP）我們總是會(huì)自然的傾向于使用引用類型和類去解決問題，但是我個(gè)人還是認(rèn)為應(yīng)該反過(guò)來(lái)，傾向于用值類型代替引用類型。我們還是要去寫模塊化的，可伸縮的并且可重用的代碼，這一點(diǎn)不會(huì)變。swift中強(qiáng)大的值類型就可以幫我們實(shí)現(xiàn)此目的，且不需要對(duì)引用類型有過(guò)強(qiáng)的依賴。我認(rèn)為不僅面向協(xié)議的編程（protocol oriented programming，后統(tǒng)一替換為POP）可以幫我們實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，另外2種編程類型也可以，且都具有抽象和簡(jiǎn)化的核心思想，這兩種分別是：面向值的編程（value-oriented programming，后面統(tǒng)一替換成VOP）和函數(shù)式編程（functional programming）。

先說(shuō)清楚，我絕不是這些種編程類型（POP，VOP和函數(shù)式編程）的專家。和你一樣，從MMM時(shí)代（manual memory management - 手動(dòng)內(nèi)存管理）開始我就是一個(gè)OOP編程者。通過(guò)自學(xué)，從開始我就很重視值抽象（value abstraction）和簡(jiǎn)化的思想。我都沒有意識(shí)到自己是一個(gè)傾向于函數(shù)式編程（functional programming）的OOP編程者，而且很多時(shí)候用的都是VOP和POP的思路。這可能是我為什么在第一天就興高采烈的加入了swift的浪潮之中的原因。在WWDC的一整周里，swift的核心理念與我認(rèn)為的該怎樣去編程是如此之契合，這個(gè)感受一直充斥在我腦海中。通過(guò)這篇文章，我希望能幫助你（OOP的編程者）打開思路，去考慮該如何用更加Non-OOP（非OOP）的方式去解決問題。

OOP的問題（和我不得不去學(xué)它的原因）

我會(huì)是第一個(gè)跳出來(lái)說(shuō)的：不用OOP的話做出iOS應(yīng)用很難。Cocoa的核心就是OOP。沒有OOP的話你根本寫不出來(lái)一個(gè)iOS應(yīng)用。有時(shí)候我會(huì)幻想這不是真的。如果你有不同觀點(diǎn)，趕快證明我是錯(cuò)的吧。我真的需要這樣，求你了，證明我是錯(cuò)的吧！

不管怎么樣，你總會(huì)遇到必須用對(duì)象、用引用類型解決問題的時(shí)候，然后由于Cocoa的規(guī)定而被迫使用類（classes）。這種情況下你碰到的問題都是我們大家熟知并熱愛的：

• 傳遞class的實(shí)例這個(gè)做法好像總是有種不可思議的能力：你想用一個(gè)實(shí)例的時(shí)候，讓這個(gè)實(shí)例的狀態(tài)（state）和你所期望的不一樣。（這是由于可變狀態(tài)（mutable state）導(dǎo)致，你這個(gè)對(duì)象的另一個(gè)享有者在它覺得合理的時(shí)候能夠改變此對(duì)象的屬性。）
• 如果不用多繼承的話，從一個(gè)很棒的class派生出子類從而獲得它的擴(kuò)展功能妨礙了你使用另外一些很棒的class的更多更能，而且還增加了復(fù)雜性。（舉例來(lái)說(shuō)，試著去把2個(gè)UITextField的子類結(jié)合起來(lái)，生成一個(gè)擁有這2者特性的超級(jí)UITextField吧。）
• 上面一條的另外一個(gè)問題是會(huì)引出意外行為（unexpected behavior）。如果你遇見了類似上面一條所描述的情況，你就陷入到了一個(gè)依賴問題中：你連接了2個(gè)superclass各自的特性，對(duì)于其中一個(gè)superclass的一處改動(dòng)可能會(huì)給另外一個(gè)superclass帶來(lái)不良影響。這就是被周知的class之間緊耦合（tight coupling）所帶來(lái)的問題。
• 單元測(cè)試中的mocking。有些classes在系統(tǒng)中的環(huán)境狀態(tài)下耦合過(guò)于緊密，想完全測(cè)試這些classes就需要你創(chuàng)建每個(gè)class的假表象。我都不用告訴你本質(zhì)上你并沒有真正的測(cè)試了這個(gè)class，你不過(guò)是在假裝測(cè)試它。這里就不提很多Mocking的庫(kù)是用運(yùn)行時(shí)的小把戲來(lái)造一個(gè)假的class了。
• 并發(fā)（Concurrency）問題。這和上面提到的可變狀態(tài)是伴隨出現(xiàn)的。你從多個(gè)線程中同時(shí)改變一個(gè)引用就會(huì)引起這個(gè)問題，在運(yùn)行時(shí)使對(duì)象之間的同步發(fā)生異常，這點(diǎn)也真的不用和你說(shuō)了。
• 很容易導(dǎo)致出現(xiàn)像上帝類（God classes - 承擔(dān)著很多subclasses需要的重要高層級(jí)代碼的所有責(zé)任），Blobs（有過(guò)多職權(quán)的classes），Lava Flow（因?yàn)楹刑嗟姆欠ùa導(dǎo)致任何人都不敢碰的classes）等等這些種反面模式（anti patterns）。

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POP 面向協(xié)議的編程

陷入OOP的反面模式特別容易。多半時(shí)間我們（包括我）就是太懶而不愿意去點(diǎn)File>New File。結(jié)果是在現(xiàn)有class的基礎(chǔ)上添加一個(gè)函數(shù)是如此輕松，我們就不愿意從零開始建一個(gè)新的class了。如果你一直這么干，而且一直非常懶的從一個(gè)"很重要"的class派生subclass的話，你就把上帝類/死星類給弄出來(lái)了。實(shí)際上我之前就這么干過(guò)：我給一個(gè)app里的每個(gè)view Controller都加了能呈現(xiàn)一個(gè)指向navigationController的navigationBar的error view的功能。唉，我可真蠢。直到要改動(dòng)那個(gè)Error上帝類行為的時(shí)候，我不得不把整個(gè)app都改一遍。這不是聰明的做法，你真應(yīng)該看看那些bug。

一個(gè)掌管一切的class = bug滿天飛

如果使用了POP，這個(gè)Error上帝類很大程度上就能很容易的抽象出來(lái)，以后改進(jìn)它也方便。（順便說(shuō)下如果你想學(xué)POP，我極力推薦你去看這個(gè)視頻）。想想就會(huì)覺得好笑，因?yàn)樵谶@個(gè)視頻中Apple自己都說(shuō)：

"從一個(gè)protocol開始，別從class開始。"——Dave Abrahams: 毀你三觀教授

這是一個(gè)能展示（之前的方式）有多殘暴的例子：

class PresentErrorViewController: UIViewController { 
    var errorViewIsShowing: Bool = false 
    func presentError(message: String = “Error!", withArrow shouldShowArrow: Bool = false, backgroundColor: UIColor = ColorSalmon, withSize size: CGSize = CGSizeZero, canDismissByTappingAnywhere canDismiss: Bool = true) { 
        //寫下了復(fù)雜的，脆弱的代碼 
    } 
}  
//說(shuō)一下，有100個(gè)class繼承了這個(gè)class  
EveryViewControllerInApp: PresentErrorViewController {} 

隨著項(xiàng)目的進(jìn)行事情馬上變的明了：并不是每一個(gè)UIViewController需要這個(gè)error邏輯，或是真的需要這個(gè)class所提供的每一個(gè)功能。我團(tuán)隊(duì)里任何一個(gè)人都可以輕易的在這個(gè)superclass里改點(diǎn)兒什么，從而影響整個(gè)app。這就讓代碼變得脆弱。還使得代碼呈現(xiàn)出了多態(tài)。當(dāng)本應(yīng)該是由子類決定它自己的行為，這里的superclass卻給幫著決定了。下面是在swift 2.0中我們?nèi)绾斡肞OP來(lái)更好的構(gòu)建這段代碼：

protocol ErrorPopoverRenderer { 
    func presentError(message: String, withArrow shouldShowArrow: Bool, backgroundColor: UIColor, withSize size: CGSize, canDismissByTappingAnywhere canDismiss: Bool) 
}  
extension UIViewController: ErrorPopoverRenderer { //使所有遵從于ErrorPopoverRenderer協(xié)議的UIViewController具有一個(gè)presentError的默認(rèn)實(shí)現(xiàn) 
    func presentError(message: String, withArrow shouldShowArrow: Bool, backgroundColor: UIColor, withSize size: CGSize, canDismissByTappingAnywhere canDismiss: Bool) { 
        //加上呈現(xiàn)error視圖的默認(rèn)實(shí)現(xiàn) 
    } 
}  
class KrakenViewController: UIViewController, ErrorPopoverRenderer { //Drop the God class and make KrakenViewController conform to the new ErrorPopoverRenderer Protocol. 
    func methodThatHasAnError() { 
        //… 
        //拋出error，原因是Kraken海妖今天吃人會(huì)感到不適。 
        presentError(/*blah blah blah 好多參數(shù)*/) 
    } 
} 

看，這里發(fā)生了很炫酷的事情。我們不僅消除了上帝類的存在，還讓代碼更加的模塊化并增強(qiáng)了它的擴(kuò)展性。通過(guò)創(chuàng)建一個(gè) ErrorPopoverRenderer協(xié)議，就會(huì)讓任何遵循了該協(xié)議的class具有呈現(xiàn)出一個(gè)ErrorView的能力。還不止這些，我們的KrakenViewController class不用必須實(shí)現(xiàn)presentError這個(gè)函數(shù)，因?yàn)槲覀償U(kuò)展了UIViewController，讓它提供了一個(gè)默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。

唉不過(guò)等下！這有個(gè)問題！我們每次想要呈現(xiàn)一個(gè)ErrorView的時(shí)候都必須要去實(shí)現(xiàn)每一個(gè)參數(shù)。這就有點(diǎn)兒讓人不爽了，因?yàn)槲覀儾荒茉趐rotocol協(xié)議函數(shù)聲明中為參數(shù)提供默認(rèn)值。

我還挺喜歡這些參數(shù)的！更糟的是在讓代碼更具模塊化特征的過(guò)程中我們引入了復(fù)雜度。還是繼續(xù)吧，用swift 2.0中新加的一個(gè)小妙招來(lái)多少的補(bǔ)償一下：

protocol ErrorPopoverRenderer { 
    func presentError() 
}  
extension ErrorPopoverRenderer where Self: UIViewController { 
    func presentError() { 
        //在這里加默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，并提供ErrorView的默認(rèn)參數(shù)。 
    } 
} 
class KrakenViewController: UIViewController, ErrorPopoverRenderer { 
    func methodThatHasAnError() { 
        //… 
        //拋出error，原因是Kraken海妖今天吃人會(huì)感到不適。 
        presentError() //Woohoo! 沒有參數(shù)了！我們現(xiàn)在有默認(rèn)實(shí)現(xiàn)了！ 
    } 
} 

好了，現(xiàn)在看起來(lái)已經(jīng)很不錯(cuò)了。我們不僅消除了這些煩人的參數(shù)，還用swift 2.0的新特性在protocol的層級(jí)上用Self給了presentError一個(gè)默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。用Self意味著當(dāng)且僅當(dāng)協(xié)議的遵循者是繼承自UIViewController的情況下，這個(gè)擴(kuò)展才會(huì)有效。這就讓我們能夠把ErrorPopoverRenderer真的當(dāng)做是一個(gè)UIViewController，而甚至不需要對(duì)后者做擴(kuò)展！更棒的是，從現(xiàn)在開始，Swift的運(yùn)行時(shí)是以靜態(tài)調(diào)度而非動(dòng)態(tài)調(diào)度去調(diào)用presentError()方法。大致的意思就是我們?cè)诤瘮?shù)調(diào)用點(diǎn)給presentError()方法增強(qiáng)了一點(diǎn)性能。

哎，不過(guò)還是有個(gè)問題。到這里我們POP的旅途暫時(shí)告一段落，但對(duì)它的完善依舊不會(huì)停止。我們的問題就是如果只想對(duì)一部分參數(shù)使用默認(rèn)值，對(duì)剩下的不用默認(rèn)值該怎么做？在這方面用POP的話基本幫不上什么忙，但是我們可以尋求另外一種方法?，F(xiàn)在，我們使用VOP吧。

#p#

VALUE-ORIENTED PROGRAMMING

看到了吧，POP和VOP總是伴隨出現(xiàn)。在上面的WWDC視頻鏈接中，Crusty提出了一些大膽的論斷：我們用struct和enum類型就可以做到一切class能做到的事。我很大程度上同意這點(diǎn)，但沒這么極端。依我看，protocol本質(zhì)上是把VOP粘合在一起的膠水，這點(diǎn)我和Crusty持相同態(tài)度。實(shí)際上既然我們說(shuō)到了Swift的核心理念以及VOP，我想給你們看看從Andy Matuschak的精彩訪談中關(guān)于Swift中的VOP

的話題里面摘出來(lái)的一張極好的圖：

能看出來(lái)Swift的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中，僅有的4個(gè)class，和余下的95個(gè)struct和enum的實(shí)例共同構(gòu)建了Swift功能的核心。

Andy如此闡述道：用Swift編程的時(shí)候我們要去考慮用一層很薄的對(duì)象層，和一層很厚的值類型層。Class是有它們的地方，但是我想盡最大程度的去認(rèn)為它們的位置只應(yīng)該處于對(duì)象層中的一個(gè)很高的級(jí)別上，在這里通過(guò)操縱值類型層中的邏輯來(lái)管理各種行為。

"把邏輯和行為分開"——Andy Matuschak

和你所了解的一樣，值類型被賦給一個(gè)變量或者常量，抑或是傳給函數(shù)做參數(shù)時(shí)是它的值被拷貝的。這就讓值類型在任何時(shí)候只有一個(gè)享有者，從而降低復(fù)雜度。和引用類型相反，在賦值過(guò)程中引用類型會(huì)有很多享有者，其中一部分你甚至都沒意識(shí)到。在任何時(shí)間點(diǎn)使用引用的話會(huì)帶來(lái)一些副作用：引用的享有者會(huì)搗蛋，在背后偷偷改變這個(gè)引用。Class = 高復(fù)雜度，值 = 低復(fù)雜度。

通過(guò)利用值類型的簡(jiǎn)約特性，咱們實(shí)現(xiàn)一下之前提過(guò)的默認(rèn)參數(shù)的設(shè)計(jì)吧。我們用的是 Brian Gesiak的value options paradigm方法：

struct Color { 
    let red: Double 
    let green: Double 
    let blue: Double 
    init(red: Double = 0.0, green: Double = 0.0, blue: Double = 0.0) { 
        self.red = red 
        self.green = green 
        self.blue = blue 
    } 
} 
struct ErrorOptions { 
    let message: String 
    let showArrow: Bool 
    let backgroundColor: UIColor 
    let size: CGSize 
    let canDismissByTap: Bool 
    init(message: String = "Error!", shouldShowArrow: Bool = true, backgroundColor: Color = Color(), size: CGSize = CGSizeZero, canDismissByTappingAnywhere canDismiss: Bool = true) { 
        self.message = message 
        self.showArrow = shouldShowArrow 
        self.backgroundColor = backgroundColor 
        self.size = size 
        self.canDismissByTap = canDismiss 
    } 
} 

protocol ErrorPopoverRenderer { 
    func presentError(errorOptions: ErrorOptions) 
}  
extension ErrorPopoverRenderer where Self: UIViewController { 
    func presentError(errorOptions = ErrorOptions()) { 
        //在這里加默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，并提供ErrorView的默認(rèn)參數(shù)。 
    } 
} 
class KrakenViewController: UIViewController, ErrorPopoverRenderer { 
    func failedToEatHuman() { 
        //… 
        //拋出error，原因是Kraken海妖今天吃人會(huì)感到不適。 
        presentError(ErrorOptions(message: "Oh noes! I didn't get to eat the Human!", size: CGSize(width: 1000.0, height: 200.0))) //Woohoo! 沒有參數(shù)了！我們現(xiàn)在有默認(rèn)實(shí)現(xiàn)了！ 
    } 
} 

如你所見，對(duì)于用view controller做error處理，我們給與它了一種完全抽象的，可伸縮的和模塊化的方式，還不用強(qiáng)迫所有的view controller去繼承一個(gè)上帝類。當(dāng)你有一個(gè)具有不同功能的上帝類的時(shí)候，上面的例子尤其能幫到你。除此之外，用這種方式去實(shí)現(xiàn)類似上面error功能的其他功能時(shí)，你把實(shí)現(xiàn)該功能的代碼放哪兒都行，不必做太多的重構(gòu)或者改變代碼框架。

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函數(shù)式編程

咱們來(lái)解決這個(gè)。我也剛開始接觸函數(shù)式編程，不過(guò)我知道一點(diǎn)：這種范式（paradigm）要求一種鼓勵(lì)編程者去避免可變數(shù)據(jù)（mutable data）和改變狀態(tài)（changing state）的編程方式。和數(shù)學(xué)函數(shù)類似，函數(shù)式編程是由一些輸出結(jié)果僅取決于輸入?yún)?shù)的函數(shù)組成，而且函數(shù)的輸出結(jié)果不會(huì)被本體之外的相依性（dependency）所影響。這就是眾所周知的"data in, data out"，意思是每次傳進(jìn)來(lái)一個(gè)值，這個(gè)值傳出去的時(shí)候和傳進(jìn)來(lái)時(shí)候總要是一樣的。想想單元測(cè)試就明白了！

如果我們用函數(shù)式的思想去寫代碼，就可以把VOP與函數(shù)式編程結(jié)合，利用其中的諸多優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)包括但不僅限于：

• 完全線程安全的代碼（值類型變量在并發(fā)代碼中被分配時(shí)是被拷貝的，意思是另一個(gè)線程更改不了與它平行線程中的變量）。

• 更詳盡的單元測(cè)試

• 不再需要在單元測(cè)試中用mock（用了值類型的變量就不用再重建一個(gè)必須使用mock對(duì)象的環(huán)境，只為了去測(cè)試僅僅少部分的功能。本質(zhì)上通過(guò)初始化一個(gè)從任意依賴關(guān)系中抽象出來(lái)的特性，你可以重建任何你想要的東西。）

• 代碼更簡(jiǎn)潔（說(shuō)實(shí)話，能和瓷器一樣精致）。

• 讓你身邊的小伙伴驚呆

• 很炫酷

• 讓Kraken瘋狂的崇拜你

什么時(shí)候用子類

什么時(shí)候應(yīng)該用子類呢？答案是當(dāng)你沒選擇的時(shí)候。比如：

• 當(dāng)系統(tǒng)要求的時(shí)候。許多Cocoa的API要求你使用class，你不應(yīng)該非要用值類型來(lái)跟系統(tǒng)對(duì)著干。UIViewController是要派生子類的，要不然你的app就啥都沒有了。別跟系統(tǒng)對(duì)著干！
• 當(dāng)你需要有東西來(lái)幫你管理在其他class實(shí)例之間的值類型變量，而且還需要與這些值類型變量通信的時(shí)候。對(duì)于這種情況Andy Matuschak給了一個(gè)很好的例子：用一個(gè)class把一個(gè)值類型的繪圖系統(tǒng)計(jì)算好的值取過(guò)來(lái)，傳遞給一個(gè)Cocoa的class來(lái)把這個(gè)繪圖系統(tǒng)繪制到屏幕上。
• 當(dāng)你需要或者想在許多享有者之間做隱式共享的時(shí)候。此種情況的例子是Core Data。數(shù)據(jù)持久化變幻無(wú)常，用Core Data的時(shí)候，使用子類給諸多需要同步的享有者做同步就很有效。但是要小心并發(fā)問題！這是你處理此類問題的時(shí)候必須要做的取舍。
• 當(dāng)你不知道對(duì)于引用類型來(lái)說(shuō)它的拷貝意味著什么的時(shí)候。你會(huì)拷貝一個(gè)單例么（singleton）？不會(huì)。你會(huì)拷貝一個(gè)UIViewController么？不會(huì)。一個(gè)window？絕對(duì)不會(huì)。（你其實(shí)可以，這是你的特權(quán)。）
• 當(dāng)一個(gè)實(shí)例的聲明周期與外部效應(yīng)（external effect）綁定的時(shí)候，或者就只是需要一個(gè)穩(wěn)定個(gè)體（stable identity）的時(shí)候。單例就是特別典型的例子。

結(jié)論

作為OOP的編程者我們已經(jīng)習(xí)慣了用class來(lái)解決問題。長(zhǎng)期以來(lái)我們開發(fā)了很多模式來(lái)彌補(bǔ)引用類型所帶來(lái)的弊端。我的觀點(diǎn)是在編程中換一種思路可以有效的減輕對(duì)這類折衷方案的使用。如果我們真的重視可伸縮性和可重用性，就得接受模塊化的編程才是正道。使用值類型并結(jié)合Swift 2.0中新增并改進(jìn)了的protocol特性就會(huì)輕松的達(dá)到這個(gè)目的。雖然之前OOP的思維方式會(huì)使我們比較難用VOP和POP的方式來(lái)思考，但是在swift中寫的多了，VOP和POP的模式就會(huì)開始成為我們的第二天性。我們的大腦可能得需要我們多寫一些代碼才能適應(yīng)這種思維方式，但我相信iOS社區(qū)作為一個(gè)整體能接納這些做法，從而極大的降低我們?nèi)粘＝鉀Q問題的難度。Swift的核心是一個(gè)極為強(qiáng)大的值類型系統(tǒng)，坦白說(shuō)，我們應(yīng)該一開始就用VOP的思想磨練自己來(lái)發(fā)揚(yáng)這個(gè)值系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。但愿這篇文章能多多少少的幫助到你，讓你每天寫出來(lái)更加詳盡的，天生安全的代碼。

祝碼農(nóng)們編程愉快！