前言

Swift的總體目標(biāo)是既強(qiáng)大到可以用于底層系統(tǒng)編程，又足夠容易讓初學(xué)者學(xué)習(xí)，這有時(shí)會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)有趣的情況——當(dāng)Swift的類型系統(tǒng)的力量要求我們部署相當(dāng)高級(jí)的技術(shù)來解決乍一看可能更微不足道的問題。

大多數(shù)Swift開發(fā)人員會(huì)在某一時(shí)刻或另一時(shí)刻(通常是馬上，而不是日后)會(huì)遇到這樣一種情況，即需要某種形式的類型擦除才能引用通用協(xié)議。從本周開始，讓我們看一下是什么使類型擦除在Swift中成為必不可少的技術(shù)，然后繼續(xù)探索實(shí)現(xiàn)它的不同 “風(fēng)味(Flavors)”，以及每種風(fēng)味為何各有優(yōu)缺點(diǎn)。

什么時(shí)候需要類型擦除?

一開始，“類型擦除”一詞似乎與 Swift 給我們的關(guān)注類型和編譯時(shí)類型安全性的第一感覺相反，因此，最好將其描述為隱藏類型，而不是完全擦除它們。目的是使我們能夠更輕松地與通用協(xié)議進(jìn)行交互，因?yàn)檫@些通用協(xié)議對(duì)將要實(shí)現(xiàn)它們的各種類型具有特定的要求。

以標(biāo)準(zhǔn)庫中的Equatable協(xié)議為例。由于所有目的都是為了根據(jù)相等性比較兩個(gè)相同類型的值，因此Self元類型為其唯一要求的參數(shù)：

protocol Equatable {
    static func ==(lhs: Self, rhs: Self) -> Bool
}

上面的代碼使任何類型都可以符合Equatable，同時(shí)仍然需要==運(yùn)算符兩側(cè)的值都為同一類型，因?yàn)樵趯?shí)現(xiàn)上述方法時(shí)符合協(xié)議的每種類型都必須“填寫”自己的類型：

extension User: Equatable {
    static func ==(lhs: User, rhs: User) -> Bool {
        return lhs.id == rhs.id
    }
}

該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，它不可能意外地比較兩個(gè)不相關(guān)的相等類型(例如 User 和 String )，但是，它也導(dǎo)致不可能將Equatable引用為獨(dú)立協(xié)議(例如創(chuàng)建 [Equatable] )，因?yàn)榫幾g器需要知道實(shí)際上確切符合協(xié)議的確切類型才能使用它。

當(dāng)協(xié)議包含關(guān)聯(lián)的類型時(shí)，也是如此。例如，在這里我們定義了一個(gè)Request協(xié)議，使我們可以在一個(gè)統(tǒng)一的實(shí)現(xiàn)中隱藏各種形式的數(shù)據(jù)請(qǐng)求(例如網(wǎng)絡(luò)調(diào)用，數(shù)據(jù)庫查詢和緩存提取)：

protocol Request {
? ? associatedtype Response
? ? associatedtype Error: Swift.Error

? ? typealias Handler = (Result<Response, Error>) -> Void

? ? func perform(then handler: @escaping Handler)
}

上面的方法為我們提供了與Equatable相同的權(quán)衡方法——它非常強(qiáng)大，因?yàn)樗刮覀兡軌驗(yàn)槿魏晤愋偷恼?qǐng)求創(chuàng)建通用抽象，但也使得無法直接引用Request協(xié)議本身，例如這：

class RequestQueue {
    // 報(bào)錯(cuò): protocol 'Request' can only be used as a generic
    // constraint because it has Self or associated type requirements
    func add(_ request: Request,
             handler: @escaping Request.Handler) {
        ...
    }
}

解決上述問題的一種方法是完全按照?qǐng)?bào)錯(cuò)消息的內(nèi)容進(jìn)行操作，即不直接引用Request，而是將其用作一般約束：

class RequestQueue {
    func add<R: Request>(_ request: R,
                         handler: @escaping R.Handler) {
        ...
    }
}

上面的方法起作用了，因?yàn)楝F(xiàn)在編譯器能夠保證所傳遞的處理程序確實(shí)與作為請(qǐng)求傳遞的Request實(shí)現(xiàn)兼容——因?yàn)樗鼈兌蓟诜盒蚏，而后者又被限制為符合Request協(xié)議。

但是，盡管我們解決了方法的簽名問題，但仍然無法對(duì)傳遞的請(qǐng)求進(jìn)行實(shí)際的處理，因?yàn)槲覀儫o法將其存儲(chǔ)為Request屬性或[Request]數(shù)組，這將使繼續(xù)構(gòu)建我們的RequestQueue變得困難。也就是說，除非我們開始進(jìn)行類型擦除。

通用包裝器類型擦除

我們將探討的第一種類型擦除實(shí)際上并沒有涉及擦除任何類型，而是將它們包裝在一個(gè)我們可以更容易引用的通用類型中。繼續(xù)從之前的RequestQueue示例開始，我們首先創(chuàng)建該包裝器類型——該包裝器類型將捕獲每個(gè)請(qǐng)求的perform方法作為閉包，以及在請(qǐng)求完成后應(yīng)調(diào)用的處理程序：

// 這將使我們將 Request 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)包裝在一個(gè)
// 與 Request 協(xié)議具有相同的響應(yīng)和錯(cuò)誤類型的泛型中
struct AnyRequest<Response, Error: Swift.Error> {
? ? typealias Handler = (Result<Response, Error>) -> Void

? ? let perform: (@escaping Handler) -> Void
? ? let handler: Handler
}

接下來，我們還將把RequestQueue本身轉(zhuǎn)換為相同的Response和Error類型的泛型——使得編譯器可以保證所有關(guān)聯(lián)的類型和泛型類型對(duì)齊，從而使我們可以將請(qǐng)求存儲(chǔ)為獨(dú)立的引用并作為數(shù)組的一部分——像這樣：

class RequestQueue<Response, Error: Swift.Error> {
? ? private typealias TypeErasedRequest = AnyRequest<Response, Error>
? ? private var queue = [TypeErasedRequest]()
? ? private var ongoing: TypeErasedRequest?
? ? // 我們修改了'add'方法，以包含一個(gè)'where'子句，
? ? // 該子句確保傳遞的請(qǐng)求已關(guān)聯(lián)的類型與隊(duì)列的通用類型匹配。
? ? func add<R: Request>(
? ? ? ? _ request: R,
? ? ? ? handler: @escaping R.Handler
? ? ) where R.Response == Response, R.Error == Error {
? ? ? ? //要執(zhí)行類型擦除，我們只需創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例'AnyRequest'，
? ? ? ? //然后將其傳遞給基礎(chǔ)請(qǐng)求將“perform”方法與處理程序一起作為閉包。
? ? ? ? let typeErased = AnyRequest(
? ? ? ? ? ? perform: request.perform,
? ? ? ? ? ? handler: handler
? ? ? ? )
? ? ? ? // 由于我們要實(shí)現(xiàn)隊(duì)列，因此我們不想一次有兩個(gè)請(qǐng)求，
? ? ? ? // 所以將請(qǐng)求保存下拉，以防稍后有一個(gè)正在執(zhí)行的請(qǐng)求。
? ? ? ? guard ongoing == nil else {
? ? ? ? ? ? queue.append(typeErased)
? ? ? ? ? ? return
? ? ? ? }
? ? ? ? perform(typeErased)
? ? }
? ? private func perform(_ request: TypeErasedRequest) {
? ? ? ? ongoing = request

? ? ? ? request.perform { [weak self] result in
? ? ? ? ? ? request.handler(result)
? ? ? ? ? ? self?.ongoing = nil
? ? ? ? ? ? // 如果隊(duì)列不為空，則執(zhí)行下一個(gè)請(qǐng)求
? ? ? ? ? ? ...
? ? ? ? }
? ? }
}

請(qǐng)注意，上面的示例以及本文中的其他示例代碼都不是線程安全的——為了使事情變得簡(jiǎn)單。有關(guān)線程安全的更多信息，請(qǐng)查看“避免在Swift 中競(jìng)爭(zhēng)條件”。

上面的方法效果很好，但有一些缺點(diǎn)。我們不僅引入了新的AnyRequest類型，還需要將RequestQueue轉(zhuǎn)換為泛型。這給我們帶來了一點(diǎn)靈活性，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在只能將任何給定的隊(duì)列用于具有相同 響應(yīng)/錯(cuò)誤類型 組合的請(qǐng)求。具有諷刺意味的是，如果我們想組成多個(gè)實(shí)例，將來可能還需要我們自己實(shí)現(xiàn)隊(duì)列擦除。

閉包類型擦除

我們不引入包裝類型，而是讓我們看一下如何使用閉包來實(shí)現(xiàn)相同的類型擦除，同時(shí)還要使我們的RequestQueue非泛型且通用，足以用于不同類型的請(qǐng)求。

使用閉包擦除類型時(shí)，其思想是捕獲在閉包內(nèi)部執(zhí)行操作所需的所有類型信息，并使該閉包僅接受非泛型(甚至是Void)輸入。這樣一來，我們就可以引用，存儲(chǔ)和傳遞該功能，而無需實(shí)際知道功能內(nèi)部會(huì)發(fā)生什么，從而為我們提供了更強(qiáng)大的靈活性。

更新RequestQueue以使用基于閉包的類型擦除的方法如下：

class RequestQueue {
? ? private var queue = [() -> Void]()
? ? private var isPerformingRequest = false
? ? func add<R: Request>(_ request: R,
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?handler: @escaping R.Handler) {
? ? ? ? // 此閉包將同時(shí)捕獲請(qǐng)求及其處理程序，而不會(huì)暴露任何類型信息
? ? ? ? // 在其外部，提供完全的類型擦除。
? ? ? ? let typeErased = {
? ? ? ? ? ? request.perform { [weak self] result in
? ? ? ? ? ? ? ? handler(result)
? ? ? ? ? ? ? ? self?.isPerformingRequest = false
? ? ? ? ? ? ? ? self?.performNextIfNeeded()
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }
? ? ? ? queue.append(typeErased)
? ? ? ? performNextIfNeeded()
? ? }
? ? private func performNextIfNeeded() {
? ? ? ? guard !isPerformingRequest && !queue.isEmpty else {
? ? ? ? ? ? return
? ? ? ? }
? ? ? ? isPerformingRequest = true
? ? ? ? let closure = queue.removeFirst()
? ? ? ? closure()
? ? }
}

雖然過分依賴閉包來捕獲功能和狀態(tài)有時(shí)會(huì)使我們的代碼難以調(diào)試，但也可能使完全封裝類型信息成為可能——使得像RequestQueue這樣的對(duì)象可以在沒有真正了解在底層工作的類型的任何細(xì)節(jié)的情況下進(jìn)行工作。

有關(guān)基于閉包的類型擦除及其更多不同方法的更多信息，請(qǐng)查看“Swift 使用閉包實(shí)現(xiàn)類型擦除”。

外部特化(External specialization)
到目前為止，我們已經(jīng)在RequestQueue本身中執(zhí)行了所有類型擦除，這有一些優(yōu)點(diǎn)——它可以讓任何外部代碼使用我們的隊(duì)列，而不需要知道我們使用什么類型的類型擦除。然而，有時(shí)在將協(xié)議實(shí)現(xiàn)傳遞給API之前進(jìn)行一些輕量級(jí)轉(zhuǎn)換，既可以使事情變得更簡(jiǎn)單，又可以巧妙地封裝類型擦除代碼本身。

對(duì)于我們的RequestQueue，一種方法是要求在將每個(gè)Request實(shí)現(xiàn)添加到隊(duì)列之前對(duì)其進(jìn)行特化——這將把它轉(zhuǎn)換為RequestOperation，如下所示：

struct RequestOperation {
    fileprivate let closure: (@escaping () -> Void) -> Void
    func perform(then handler: @escaping () -> Void) {
        closure(handler)
    }
}

與我們之前使用閉包在RequestQueue中執(zhí)行類型擦除的方式類似，上面的RequestOperation類型將使我們能夠在擴(kuò)展Request時(shí)執(zhí)行該操作：

extension Request {
    func makeOperation(with handler: @escaping Handler) -> RequestOperation {
        return RequestOperation { finisher in
            // 我們其實(shí)想在這里捕獲'self'，因?yàn)椴贿@樣話
            // 我們將冒著無法保留基本請(qǐng)求的風(fēng)險(xiǎn)。
            self.perform { result in
                handler(result)
                finisher()
            }
        }
    }
}

上述方法的優(yōu)點(diǎn)在于，無論是公共API還是內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，它都讓我們的RequestQueue更加簡(jiǎn)單。它現(xiàn)在可以完全專注于作為一個(gè)隊(duì)列，而不必關(guān)心任何類型的類型擦除：

class RequestQueue {
    private var queue = [RequestOperation]()
    private var ongoing: RequestOperation?
    // 因?yàn)轭愋筒脸F(xiàn)在發(fā)生在request被傳遞給 queue 之前，
    // 它可以簡(jiǎn)單地接受一個(gè)具體的“RequestOperation”的實(shí)例。
    func add(_ operation: RequestOperation) {
        guard ongoing == nil else {
            queue.append(operation)
            return
        }
        perform(operation)
    }
    private func perform(_ operation: RequestOperation) {
        ongoing = operation
        operation.perform { [weak self] in
            self?.ongoing = nil
            // 如果隊(duì)列不為空，則執(zhí)行下一個(gè)請(qǐng)求
            ...
        }
    }
}

然而，這里的缺點(diǎn)是，在將每個(gè)請(qǐng)求添加到隊(duì)列之前，我們必須手動(dòng)將其轉(zhuǎn)換為RequestOperation——雖然這不會(huì)在每個(gè)調(diào)用點(diǎn)添加大量代碼，但這取決于必須完成相同轉(zhuǎn)換的次數(shù)，它最終可能會(huì)有點(diǎn)像樣板。

結(jié)語

盡管 Swift 提供了一個(gè)功能強(qiáng)大得難以置信的類型系統(tǒng)，可以幫助我們避免大量的bug，但有時(shí)它會(huì)讓人覺得我們必須與系統(tǒng)抗?fàn)帲拍苁褂猛ㄓ脜f(xié)議之類的功能。必須進(jìn)行類型擦除最初看起來像是一件不必要的雜務(wù)，但它也帶來了一些好處——比如從不需要關(guān)心這些類型的代碼中隱藏特定類型信息。

在未來，我們可能還會(huì)看到 Swift 中添加了新的特性，可以自動(dòng)化創(chuàng)建類型擦除包裝類型的過程，也可以通過使協(xié)議也被用作適當(dāng)?shù)姆盒?例如能夠定義像Request這樣的協(xié)議)來消除對(duì)它的大量需求，而不僅僅依賴于相關(guān)的類型)。

什么樣的類型擦除是最合適的——無論是現(xiàn)在還是將來——當(dāng)然很大程度上取決于上下文，以及我們的功能是否可以在閉包中輕松地執(zhí)行，或者完整包裝器類型或泛型是否更適合這個(gè)問題。

到此這篇關(guān)于Swift中風(fēng)味各異的類型擦除的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Swift類型擦除內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論