The Swift Programming Language学习笔记十——类和结构体

Swift 2020-06-02

类和结构体

类和结构体是人们构建代码所用的一种通用且灵活的构造体。我们可以使用完全相同的语法规则来为类和结构体定义属性（常量、变量）和添加方法，从而扩展类和结构体的功能。

与其他编程语言所不同的是，Swift并不要求你为自定义类和结构去创建独立的接口和实现文件。你所要做的是在一个单一文件中定义一个类或者结构体，系统将会自动生成面向其它代码的外部接口。

注意通常一个类的实例被称为对象。然而在Swift中，类和结构体的关系要比在其他语言中更加的密切，本章中所讨论的大部分功能都可以用在类和结构体上。因此，我们会主要使用实例而不是对象。

类和结构体对比

类和结构体的共同点在于：

与结构体相比，类有如下的附加功能：

结构体总是通过被复制的方式在代码中传递，不使用引用计数。

定义语法

使用关键字class和struct表示类和结构体。

在你每次定义一个新类或者结构体的时候，实际上你是定义了一个新的Swift类型。因此请使用UpperCamelCase这种方式来命名（如SomeClass和SomeStructure等），以便符合标准Swift类型的大写命名风格（如String，Int和Bool）。相反的，请使用lowerCamelCase这种方式为属性和方法命名（如framerate和incrementCount），以便和类型名区分。

struct Resolution {
    var width = 0
    var height = 0
}

class VideoMode {
    var resolution = Resolution()
    var interlaced = false
    var frameRate = 0.0
    var name: String?       // 可选类型，自动赋值为nil
}

类和结构实例

结构体和类都使用构造器语法来生成新的实例。构造器语法的最简单形式是在结构体或者类的类型名称后跟随一对空括号，如Resolution()或VideoMode()。通过这种方式所创建的类或者结构体实例，其属性均会被初始化为默认值。

属性都必须赋初值！否则编译报错，可选类型可不赋值，实际上默认赋值为nil。

struct Resolution {
    var width = 0
    var height = 0
}

class VideoMode {
    var resolution = Resolution()
    var interlaced = false
    var frameRate = 0.0
    var name: String?       // 可选类型，自动赋值为nil
}

let r = Resolution()
let v = VideoMode()
print(r)    // Resolution(width: 0,height: 0)
print(v)    // VideoMode
print(v.resolution)     // Resolution(width: 0,height: 0)
print(v.interlaced)     // false
print(v.frameRate)      // 0.0
print(v.name)           // nil

属性访问

通过使用点语法（dot Syntax），你可以访问实例的属性。其语法规则是，实例名后面紧跟属性名，两者通过点号(.)连接。也可以使用点语法访问子属性。也可以使用点语法为变量属性赋值。

与Objective-C语言不同的是，Swift允许直接设置结构体属性的子属性，并不需要重新为整个resolution属性设置新值。

struct Resolution {
    var width = 0
    var height = 0
}

class VideoMode {
    var resolution = Resolution()
    var interlaced = false
    var frameRate = 0.0
    var name: String?       // 可选类型，自动赋值为nil
}

let v = VideoMode()
print(v.resolution)    // Resolution(width: 0,height: 0)
v.resolution.width = 1920
v.resolution.height = 1080
print(v.resolution.width)   // 1920

结构体类型的成员逐一构造器

所有结构体都有一个自动生成的成员逐一构造器，用于初始化新结构体实例中成员的属性。新实例中各个属性的初始值可以通过属性的名称传递到成员逐一构造器之中。与结构体不同，类实例没有默认的成员逐一构造器。

struct Resolution {
    var width = 0
    var height = 0
}

var r = Resolution(width: 1920,height: 1080)
print(r)    // Resolution(width: 1920,height: 1080)

结构体和枚举是值类型

值类型被赋予给一个变量、常量或者被传递给一个函数的时候，其值会被拷贝。

前面我们已经大量使用了值类型。实际上，在 Swift中，所有的基本类型：整数（Integer）、浮点数（floating-point）、布尔值（Boolean）、字符串（string)、数组（array）和字典（dictionary），都是值类型，并且在底层都是以结构体的形式所实现。

在Swift中，所有的结构体和枚举类型都是值类型。这意味着它们的实例，以及实例中所包含的任何值类型属性，在代码中传递的时候都会被复制。

struct Resolution {
    var width = 0
    var height = 0
}

var r = Resolution(width: 1920,height: 1080)
var rr = r
print(rr)   // Resolution(width: 1920,height: 1080)，两个完全独立的实例碰巧包含有相同的数值
rr.width = 2048
print(r)    // Resolution(width: 1920,height: 1080)，由于r和rr相互独立，所以值不改变
print(rr)   // Resolution(width: 2048,height: 1080)

enum Compasspoint {
    case north,South,East,West
}

var a = Compasspoint.north
var b = a
print(b)    // South
b = Compasspoint.south
print(a)    // north
print(b)    // South

类是引用类型

与值类型不同，引用类型在被赋予到一个变量、常量或者被传递到一个函数时，其值不会被拷贝。因此，引用的是已存在的实例本身而不是其拷贝。

struct Resolution {
    var width = 0
    var height = 0
}

class VideoMode {
    var resolution = Resolution()
    var interlaced = false
    var frameRate = 0.0
    var name: String?       // 可选类型，自动赋值为nil
}

let a = VideoMode()
a.frameRate = 25    // a是常量，但是可以修改属性，因为a本身没有改变
let b = a
b.frameRate = 30
print(a.frameRate)  // 30.0
// a = VideoMode() // error: cannot assign to value: 'a' is a 'let' constant

注意，a和b被声明为常量而不是变量。然而你依然可以改变a.frameRate和b.frameRate，因为a和b这两个常量的值并未改变。它们并不“存储”这个VideoMode实例，而仅仅是对VideoMode实例的引用。所以，改变的是被引用的VideoMode的frameRate属性，而不是引用VideoMode的常量的值。

恒等运算符

因为类是引用类型，有可能有多个常量和变量在幕后同时引用同一个类实例。（对于结构体和枚举来说，这并不成立。因为它们作为值类型，在被赋予到常量、变量或者传递到函数时，其值总是会被拷贝。）

如果能够判定两个常量或者变量是否引用同一个类实例将会很有帮助。为了达到这个目的，Swift内建了两个恒等运算符运用这两个运算符检测两个常量或者变量是否引用同一个实例：

  • 等价于（===）
  • 不等价于（!==）

“等价于”（用三个等号表示，===）与“等于”（用两个等号表示，==）的不同：

  • “等价于”表示两个类类型（class type）的常量或者变量引用同一个类实例。
  • “等于”表示两个实例的值“相等”或“相同”，判定时要遵照设计者定义的评判标准，因此相对于“相等”来说，这是一种更加合适的叫法。

当你在定义你的自定义类和结构体的时候，你有义务来决定判定两个实例“相等”的标准。

struct Resolution {
    var width = 0
    var height = 0
}

class VideoMode {
    var resolution = Resolution()
    var interlaced = false
    var frameRate = 0.0
    var name: String?       // 可选类型，自动赋值为nil
}

let a = VideoMode()
a.frameRate = 25    // a是常量，但是可以修改属性，因为a本身没有改变
let b = a
b.frameRate = 30

// if a == b {     // 两个引用类型之间使用“==”运算符，会出现编译错误：error: binary operator '==' cannot be applied to two 'VideoMode' operands
if a === b {
    print("a === b")    // a === b
} else {
    print("a !== b")
}

指针

如果你有C、C++或者Objective-C语言的经验，那么你也许会知道这些语言使用指针来引用内存中的地址。一个引用某个引用类型实例的Swift常量或者变量，与C语言中的指针类似，但是并不直接指向某个内存地址，也不要求你使用星号（*）来表明你在创建一个引用。Swift中的这些引用与其它的常量或变量的定义方式相同。

类和结构体的选择

可以使用类和结构体来定义你的自定义数据类型。然而，结构体实例总是通过值传递，类实例总是通过引用传递。这意味两者适用不同的任务。当你在考虑一个工程项目的数据结构和功能的时候，你需要决定每个数据结构是定义成类还是结构体。按照通用的准则，当符合一条或多条以下条件时，请考虑构建结构体：

  • 该数据结构的主要目的是用来封装少量相关简单数据值。
  • 有理由预计该数据结构的实例在被赋值或传递时，封装的数据将会被拷贝而不是被引用。
  • 该数据结构中储存的值类型属性，也应该被拷贝，而不是被引用。
  • 该数据结构不需要去继承另一个既有类型的属性或者行为。

举例来说，以下情境中适合使用结构体：

  • 几何形状的大小，封装一个width属性和height属性，两者均为Double类型。
  • 一定范围内的路径，封装一个start属性和length属性，两者均为Int类型。
  • 三维坐标系内一点，封装x，y和z属性，三者均为Double类型。

在所有其它案例中，定义一个类，生成一个它的实例，并通过引用来管理和传递。实际中，这意味着绝大部分的自定义数据构造都应该是类，而非结构体。

字符串、数组和字典类型的赋值与赋值行为

Swift中，许多基本类型，诸如String，Array和Dictionary类型均以结构体的形式实现。这意味着被赋值给新的常量或变量，或者被传入函数或方法中时，它们的值会被拷贝。

Objective-C中Nsstring，NSArray和NSDictionary类型均以类的形式实现，而并非结构体。它们在被赋值或者被传入函数或方法时，不会发生值拷贝，而是传递现有实例的引用。

注意，以上是对字符串、数组、字典的“拷贝”行为的描述。在你的代码中，拷贝行为看起来似乎总会发生。然而，Swift在幕后只在绝对必要时才执行实际的拷贝。Swift管理所有的值拷贝以确保性能最优化，所以你没必要去回避赋值来保证性能最优化。

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