Swift Protocols（协议）、Extensions（扩展）、Error Handling（错误处理）、Generics（泛型）

最近在学习 Swift，总结相关知识

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1. Protocols（协议）

1.1 协议的定义和实现

• 协议（protocol） 是一种定义方法和属性的蓝图，任何类、结构体或枚举都可以遵循协议。
• 遵循协议后，需要实现协议中定义的所有内容。

示例

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

• simpleDescription： 定义了一个只读属性。
• mutating： 标记方法可以修改遵循协议的值类型（如结构体、枚举）。

实现协议

• 类（class） 遵循协议：

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

  • 方法 adjust 可以直接修改属性，无需标记为 mutating。

• 结构体（struct） 遵循协议：

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

  • mutating 必须添加，因为结构体是值类型，默认情况下，方法不能修改实例。

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1.2 扩展协议要求

向协议 ExampleProtocol 添加新的要求：

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

class SimpleClass: ExampleProtocol {
    var simpleDescription: String = "A very simple class."
    func adjust() {
        simpleDescription += " Now 100% adjusted."
    }
    func detailedDescription() -> String {
        return "This is \(simpleDescription)"
    }
}

struct SimpleStructure: ExampleProtocol {
    var simpleDescription: String = "A simple structure"
    mutating func adjust() {
        simpleDescription += " (adjusted)"
    }
    func detailedDescription() -> String {
        return "This is \(simpleDescription)"
    }
}

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2. Extensions（扩展）

2.1 扩展定义

扩展可以用来为现有的类、结构体、枚举或协议添加功能，例如添加方法、计算属性或协议一致性。

示例：扩展 Int

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

实验：扩展 Double 添加 absoluteValue

extension Double {
    var absoluteValue: Double {
        return self >= 0 ? self : -self
    }
}
print((-3.14).absoluteValue) // 输出：3.14

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3. Error Handling（错误处理）

3.1 错误类型

• Swift 的错误类型必须遵循 Error 协议，通常用 enum 定义。

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

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3.2 抛出和捕获错误

• 使用 throw 抛出错误，使用 throws 标记函数可能抛出错误。
• 使用 do-catch 捕获错误。

示例

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

do {
    let printerResponse = try send(job: 1040, toPrinter: "Bi Sheng")
    print(printerResponse)
} catch PrinterError.noToner {
    print("No toner available.")
} catch {
    print(error)
}

3.3 使用 try? 和 defer

• try?： 抛出错误时返回 nil。
• defer： 无论函数是否抛出错误，都执行清理代码。

示例

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

func fridgeContains(_ food: String) -> Bool {
    defer { print("Fridge closed.") } // 确保清理
    return ["milk", "eggs"].contains(food)
}

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4. Generics（泛型）

4.1 泛型函数

• 泛型允许编写通用代码，支持多种类型。

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)

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4.2 泛型类型

• 例如，重新实现 Swift 标准库的 Optional 类型：

enum OptionalValue<Wrapped> {
    case none
    case some(Wrapped)
}
var possibleInteger: OptionalValue<Int> = .none
possibleInteger = .some(100)

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4.3 泛型约束

• 使用 where 指定类型约束。

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])

实验：返回公共元素数组

func commonElements<T: Sequence, U: Sequence>(_ lhs: T, _ rhs: U) -> [T.Element]
    where T.Element: Equatable, T.Element == U.Element {
    var result: [T.Element] = []
    for lhsItem in lhs {
        if rhs.contains(lhsItem) {
            result.append(lhsItem)
        }
    }
    return result
}
print(commonElements([1, 2, 3], [3, 4, 5])) // 输出：[3]

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总结

Swift 提供了许多现代化特性：

1. Protocols 和 Extensions： 提供灵活的功能扩展和一致性约束。
2. Error Handling： 提供 throw、do-catch、try? 等灵活的错误处理机制。
3. Generics： 支持编写通用、高效、类型安全的代码。
4. 类型安全性： Swift 的类型系统可以有效防止运行时错误，提升代码可靠性。