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Swift 概览

按照传统,新语言的第一个程序都应该是在屏幕上打印 「Hello, world!」,在 Swift 中可以用这行代码来实现:

print("Hello, world!")

如果你以前写过 C 或 Objective-C,那你应该对 Swift 的语法不会感到陌生,这行代码就是一个完整的程序。你不需要为了输入/输出或者字符串处理而去导入一个单独的库。全局作用域中的代码会自动作为程序的入口,因此不需要  main()  函数。同样的,你也不需要在句尾写分号。

本教程会用 Swift 向您展示如何完成各种编程任务,从而为您提供足够的信息以开始编写 Swift 代码。

如果有不明白的地方,请不要担心 —— 这里介绍的内容在本书剩余部分会有更详细的说明。

注意

为了获得最佳体验,推荐使用 Xcode 的 Playground ,Playground 允许你对代码进行编辑并实时看到运行结果。

Download Playground

简单值

let 声明常量,用 var 声明变量。常量在编译时不需要赋初值,但后续只能对它赋值一次。也就是说你可以用常量来命名一个值,这个值可以在多个地方使用。

var myVariable = 42
myVariable = 50
let myConstant = 42

常量或变量的类型必须和赋值的类型保持一致。但是,你不用明确的声明类型,因为编译器会根据你所创建的常量或变量来推断它们的类型。在上面的例子中,编译器推断 myVariable 是一个整数,因为它的初始值是一个整数。

如果初始值没有提供足够的信息 (或者没有初始值),则可以在变量后声明类型,用冒号分割。

let implicitInteger = 70
let implicitDouble = 70.0
let explicitDouble: Double = 70

练习
创建一个 Float 类型且值为 4 的常量。

Swift 中变量或常量的值永远不会被隐式的转换成其它类型。如果你需要把一个值的类型转换为其它类型,则需要显式为实例指定类型:

let label = "The width is "
let width = 94
let widthLabel = label + String(width)

练习
尝试删除代码最后一行的 String 。 看看你会得到什么错误提示?

有一种更简单的方式能让值转换为字符串:把值写在括号中,在括号之前再加一个反斜杠(\)。例如:

let apples = 3
let oranges = 5
let appleSummary = "I have \(apples) apples."
let fruitSummary = "I have \(apples + oranges) pieces of fruit."

练习
使用 \() 让一个浮点运算包含在一个字符串中,并且在该字符串中加入某个人的名字,跟他打下招呼。

对于占用多行的字符串请使用三个引号 (""")。每个引用行开头的缩进都要跟右引号的缩进相匹配。例如:

let quotation = """
I said "I have \(apples) apples."
And then I said "I have \(apples + oranges) pieces of fruit."
"""

使用方括号([])来创建数组和字典,并且使用下标或者键来访问它们的元素。其中最后一个元素后面允许有逗号。

var shoppingList = ["catfish", "water", "tulips", "blue paint"]
shoppingList[1] = "bottle of water"

var occupations = [
    "Malcolm": "Captain",
    "Kaylee": "Mechanic",
]
occupations["Jayne"] = "Public Relations"

使用初始化语法来创建一个空数组或者空字典。

let emptyArray = [String]()
let emptyDictionary = [String: Float]()

如果类型信息能够被推断出来,则可以用 [] 创建空数组,用 [:] 创建空字典 --- 就像你给一个变量赋值或给函数传递一个参数一样。

shoppingList = []
occupations = [:]

控制流

使用 if 和 switch 来创建条件语句,使用 for-in, while, 以及 repeat-while 来创建循环语句。包裹条件或循环变量的括号是可选的。语句体的大括号是必不可缺的。

let individualScores = [75, 43, 103, 87, 12]
var teamScore = 0
for score in individualScores {
    if score > 50 {
        teamScore += 3
    } else {
        teamScore += 1
    }
}
print(teamScore)

在 if 语句中,条件语句必须是布尔表达式---这意味着类似 if score { ... } 的代码将会报错,而不会与 0 做隐式的比较。

你可以一起使用 if 和 let 来处理值缺失的情况。这些值由可选值来代表。 可选值要么包含一个值,要么为 nil 表示值缺失。 在值的类型后面跟随一个(?)则表示这个值是可选的。

var optionalString: String? = "Hello"
print(optionalString == nil)

var optionalName: String? = "John Appleseed"
var greeting = "Hello!"
if let name = optionalName {
    greeting = "Hello, \(name)"
}

练习
更改 optionalName 为 nil。 添加一个 else 子句来处理 optionalName 为 nil 的情况,看看 greeting 会等于什么?

如果可选值为 nil,条件语句值为 false,则大括号中的代码会被跳过。 否则可选值将被解包,并分配给 let 后的常量,这样在代码块中就可以使用这个值。

处理可选值的另一种方法是使用 '??' 操作符来提供默认值。如果缺少可选值,则使用默认值。

let nickName: String? = nil
let fullName: String = "John Appleseed"
let informalGreeting = "Hi \(nickName ?? fullName)"

'Switch' 语句支持任何类型的数据以及各种各样的比较操作——不仅仅局限于整数和测试相等。

let vegetable = "red pepper"
switch vegetable {
case "celery":
    print("Add some raisins and make ants on a log.")
case "cucumber", "watercress":
    print("That would make a good tea sandwich.")
case let x where x.hasSuffix("pepper"):
    print("Is it a spicy \(x)?")
default:
    print("Everything tastes good in soup.")
}

练习
尝试删除 default 语句,看看会得到什么错误?

注意在模式中是如何使用 let 将匹配值赋给常量的。

运行完 switch 语句中与 case 匹配的代码后,程序会直接从 switch 语句退出。因为下一个 case 语句不会被执行,因此没有必要在每个 case 语句后面显式的添加 break 来跳出执行。

你可以为字典中的键值对起一组名字,并用 for-in 语句来遍历字典。由于字典是无序的,所以它的遍历也是无序的。

let interestingNumbers = [
    "Prime": [2, 3, 5, 7, 11, 13],
    "Fibonacci": [1, 1, 2, 3, 5, 8],
    "Square": [1, 4, 9, 16, 25],
]
var largest = 0
for (kind, numbers) in interestingNumbers {
    for number in numbers {
        if number > largest {
            largest = number
        }
    }
}
print(largest)

练习
添加另一个变量来记录最大值的类型(kind),同时仍然记录最大值。

使用 while 来重复执行一段代码,直至条件改变。循环条件可以放在循环结尾,以保证循环至少执行一次。

var n = 2
while n < 100 {
    n *= 2
}
print(n)

var m = 2
repeat {
    m *= 2
} while m < 100
print(m)

你可以使用 ..< 来限定索引范围,并在循环中遍历该索引范围。

var total = 0
for i in 0..<4 {
    total += i
}
print(total)

使用 ..< 约束的范围不包括上界,使用 ... 约束的范围包括上界。

函数和闭包

使用 func 来声明一个函数。使用函数名和参数来调用函数。 使用 -> 来指定函数返回值类型。

func greet(person: String, day: String) -> String {
    return "Hello \(person), today is \(day)."
}
greet(person: "Bob", day: "Tuesday")

练习
删除 day 参数。添加一个参数来表示今天吃了什么午饭。

默认情况下,函数会使用它们的参数名称作为参数标签,在参数名称前可以自定义参数标签,或使用 _ 来表示不使用参数标签。

func greet(_ person: String, on day: String) -> String {
    return "Hello \(person), today is \(day)."
}
greet("John", on: "Wednesday")

使用元祖来生成复合值,例如使用元组来让一个函数返回多个值。该元组的元素可以通过名称或数字来获取。

func calculateStatistics(scores: [Int]) -> (min: Int, max: Int, sum: Int) {
    var min = scores[0]
    var max = scores[0]
    var sum = 0

    for score in scores {
        if score > max {
            max = score
        } else if score < min {
            min = score
        }
        sum += score
    }

    return (min, max, sum)
}
let statistics = calculateStatistics(scores: [5, 3, 100, 3, 9])
print(statistics.sum)
print(statistics.2)

函数间可互相嵌套。被嵌套函数可以访问外部函数中声明的变量,你可以使用嵌套函数来重构一个过于冗长或复杂的函数。

func returnFifteen() -> Int {
    var y = 10
    func add() {
        y += 5
    }
    add()
    return y
}
returnFifteen()

函数是一级类型。这意味着函数可以作为其它函数的返回值。

func makeIncrementer() -> ((Int) -> Int) {
    func addOne(number: Int) -> Int {
        return 1 + number
    }
    return addOne
}
var increment = makeIncrementer()
increment(7)

一个函数也可以作为参数传入另一个函数。

func hasAnyMatches(list: [Int], condition: (Int) -> Bool) -> Bool {
    for item in list {
        if condition(item) {
            return true
        }
    }
    return false
}
func lessThanTen(number: Int) -> Bool {
    return number < 10
}
var numbers = [20, 19, 7, 12]
hasAnyMatches(list: numbers, condition: lessThanTen)

函数其实是一种特殊的闭包:它是可以在之后被调用的一段代码。在闭包里的代码可以访问到闭包作用域范围内的变量和函数,即使闭包是在不同的作用域被执行---你已经在之前的嵌套函数见到过类似例子。你可以通过使用 {} 来创建一个匿名闭包。使用 in 将参数和返回值类型与闭包函数体分离。

numbers.map({ (number: Int) -> Int in
    let result = 3 * number
    return result
})

练习
重写上面的闭包,让它对所有的奇数返回 0。

写出更简洁的闭包有很多种方法。当我们已知一个闭包的类型,比如作为一个代理的回调,你可以忽略参数、返回值,甚至两个都忽略。单个语句闭包会把它语句的值当做结果返回。

let mappedNumbers = numbers.map({ number in 3 * number })
print(mappedNumbers)

你可以通过参数位置而不是参数名字来引用参数---这个方法在非常短的闭包方法中非常有用。当一个闭包作为最后一个参数传给一个函数的时候,它可以直接跟在括号后面。当一个闭包是传给函数的唯一参数时,则可以完全忽略括号。

let sortedNumbers = numbers.sorted { $0 > $1 }
print(sortedNumbers)

对象和类

通过在类名前加  class 关键字的方法来创建一个类。类中的属性声明和变量的属性声明相同,唯一不同的是,类的属性声明上下文是类。 类似的,方法和函数也是用同样方式来声明。

class Shape {
    var numberOfSides = 0
    func simpleDescription() -> String {
        return "A shape with \(numberOfSides) sides."
    }
}

练习
使用  let 添加一个常量属性,并再添加一个带单个参数的方法。

通过在类名称后面插入括号来创建类的实例。使用 . 语法的方式来访问实例中的属性和方法。

var shape = Shape()
shape.numberOfSides = 7
var shapeDescription = shape.simpleDescription()

这个版本的 Shape 类少了一些重要的东西:一个在类实例被创建时进行初始化的构造器。 使用 init 来创建一个。

class NamedShape {
    var numberOfSides: Int = 0
    var name: String

    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    func simpleDescription() -> String {
        return "A shape with \(numberOfSides) sides."
    }
}

请注意, self 被用来区分 name 属性和构造器的 name 参数。当你创建类实例时,会像传入函数参数一样,给类传入构造器的参数。每个属性都要指定一个值 ---无论是在声明中( 如 numberOfSides )还在在构造器里( 如 name )。
如果你需要在对象被释放之前执行一些清理行为,可以用 deinit 来创建一个折构器。

子类会在其类名后面加上父类的名字,并用冒号分割。创建类的时候,并不需要一个标准根类,因此你可以根据自己需求,添加或省略父类的声明。

子类如果要重写父类的方法,则需要使用  override 来标记---不使用
 override 关键字来标记会导致编译器报错。编译器同样也会检测 override  标记的方法是否存在父类当中。

class Square: NamedShape {
    var sideLength: Double

    init(sideLength: Double, name: String) {
        self.sideLength = sideLength
        super.init(name: name)
        numberOfSides = 4
    }

    func area() -> Double {
        return sideLength * sideLength
    }

    override func simpleDescription() -> String {
        return "A square with sides of length \(sideLength)."
    }
}
let test = Square(sideLength: 5.2, name: "my test square")
test.area()
test.simpleDescription()

练习
创建一个名为  Circle 的  NamedShape  子类,其构造器会接收半径和名称两个参数。在  Circle  类里实现一个 area()  和一个 simpleDescription()  方法。

除了存储简单的属性,属性还可以拥有 getter 和 setter。

class EquilateralTriangle: NamedShape {
    var sideLength: Double = 0.0

    init(sideLength: Double, name: String) {
        self.sideLength = sideLength
        super.init(name: name)
        numberOfSides = 3
    }

    var perimeter: Double {
        get {
            return 3.0 * sideLength
        }
        set {
            sideLength = newValue / 3.0
        }
    }

    override func simpleDescription() -> String {
        return "An equilateral triangle with sides of length \(sideLength)."
    }
}
var triangle = EquilateralTriangle(sideLength: 3.1, name: "a triangle")
print(triangle.perimeter)
triangle.perimeter = 9.9
print(triangle.sideLength)

在  perimeter 的 setter 中,新值被隐式的命名为  newValue 。你可以在  set 的括号后面,显式的提供一个名字。

注意  EquilateralTriangle  类的初始化有三个不同的步骤:

  1. 设定子类声明的属性值。
  2. 调用父类的构造器。
  3. 改变父类定义的属性值。其它的工作如调用方法,getter 或 setter 都可以在这时候完成。

如果你不需要计算属性,但是仍需要在设置一个新值之前或之后来执行代码,则可以使用  willSet  和  didSet 。代码会在属性值发生改变时被执行,在构造器中属性值发生改变的情况除外。例如,下面的类确保三角形的边长始终和正方形的边长相同。

class TriangleAndSquare {
    var triangle: EquilateralTriangle {
        willSet {
            square.sideLength = newValue.sideLength
        }
    }
    var square: Square {
        willSet {
            triangle.sideLength = newValue.sideLength
        }
    }
    init(size: Double, name: String) {
        square = Square(sideLength: size, name: name)
        triangle = EquilateralTriangle(sideLength: size, name: name)
    }
}
var triangleAndSquare = TriangleAndSquare(size: 10, name: "another test shape")
print(triangleAndSquare.square.sideLength)
print(triangleAndSquare.triangle.sideLength)
triangleAndSquare.square = Square(sideLength: 50, name: "larger square")
print(triangleAndSquare.triangle.sideLength)

在处理可选值时,你可以在如方法、属性和下标脚本等操作之前使用  ?  。如果  ?  前的值是  nil ,则 ? 后面的所有内容都会被忽略,且整个表达式的值为 nil 。否则,可选项的值将被展开,然后  ? 后边的代码会根据展开的值来执行。在这两种情况中,整个表达式的值是一个可选值。

let optionalSquare: Square? = Square(sideLength: 2.5, name: "optional square")
let sideLength = optionalSquare?.sideLength

枚举和结构体

使用 enum 来创建枚举。像类和其它所有命名类型一样,枚举也包含方法。

enum Rank: Int {
    case ace = 1
    case two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten
    case jack, queen, king
    func simpleDescription() -> String {
        switch self {
        case .ace:
            return "ace"
        case .jack:
            return "jack"
        case .queen:
            return "queen"
        case .king:
            return "king"
        default:
            return String(self.rawValue)
        }
    }
}
let ace = Rank.ace
let aceRawValue = ace.rawValue

练习
写一个函数,通过比较它们的原始值来比较两个 Rank 值。

默认情况下,Swift 从 0 开始给原始值赋值,而后依次递增 1,你也可以通过指定一个特定值来改变这一行为。在上边的例子当中, Ace 的原始值被显式赋值为 1 ,其余的原始值会按照顺序来赋值。同样的,你也可以使用字符串或者浮点数来作为枚举的原始值。使用  rawValue  属性来访问一个枚举成员的原始值。

使用 init?(rawValue:)  初始化构造器来创建拥有一个原始值的枚举实例。如果在 Rank 中有与该原始值相匹配的枚举实例则返回该实例,没有则返回 nil

if let convertedRank = Rank(rawValue: 3) {
    let threeDescription = convertedRank.simpleDescription()
}

枚举成员的值是实际值,而不是原始值的另一种写法。事实上,如果没有一个有意义的原始值,你也没必要再提供一个。

enum Suit {
    case spades, hearts, diamonds, clubs
    func simpleDescription() -> String {
        switch self {
        case .spades:
            return "spades"
        case .hearts:
            return "hearts"
        case .diamonds:
            return "diamonds"
        case .clubs:
            return "clubs"
        }
    }
}
let hearts = Suit.hearts
let heartsDescription = hearts.simpleDescription()

练习
Suit 添加一个 color() 方法,为黑桃(spades)和梅花(clubs)则返回 「black」,为红桃(hearts)和方块(diamonds)则返回「red」。

注意在上面例子中用了两种方法来调用  hearts 成员:给 hearts 指定一个常量时,枚举成员  Suit.hearts 需要全名调用,因为常量没有显式指定类型。在 switch 语句中,枚举成员可以通过缩写的方式 .hearts 被调用,因为 self 的值已经确定是 Suit 类型 。在值的类型已经被明确的情况下可以使用缩写。

如果一个枚举成员拥有原始值,那么这些值在声明时就会被确定,也即是说,每个不同枚举实例的枚举成员总有一个相同的原始值。另一种选择是为枚举成员设定关联值---这些值会在实例被创建时确定,这样它们在每一个实例中的原始值就不一样了。你可以将关联值想象成与枚举实例存储属性一样。例如,考虑在服务器上请求日出和日落的情况 。服务器要么返回请求信息,要么返回错误信息。

enum ServerResponse {
    case result(String, String)
    case failure(String)
}

let success = ServerResponse.result("6:00 am", "8:09 pm")
let failure = ServerResponse.failure("Out of cheese.")

switch success {
    case let .result(sunrise, sunset):
        print("Sunrise is at \(sunrise) and sunset is at \(sunset).")
    case let .failure(message):
        print("Failure...  \(message)")
}

练习
给  ServerResponse 和 switch 添加第三种情况。

注意日出日落时间是如何从 ServerResponse 值中进行提取,并与 switch cases 相匹配的。

使用 struct 来创建一个结构体。 结构体提供了很多和类相似的行为,包括方法和构造器。 类和结构体最重要的区别就是结构体在传递的时候会拷贝自身,而类则会传递引用。

struct Card {
    var rank: Rank
    var suit: Suit
    func simpleDescription() -> String {
        return "The \(rank.simpleDescription()) of \(suit.simpleDescription())"
    }
}
let threeOfSpades = Card(rank: .three, suit: .spades)
let threeOfSpadesDescription = threeOfSpades.simpleDescription()

练习
给  Card 添加一个方法,来创建一副扑克牌,并把每张牌的 rank 和 suit 对应起来。

协议与扩展

使用 protocol 来声明一个协议。

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

类、枚举和结构都可以遵循协议。

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

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

练习
编写一个遵循这个协议的枚举。

注意声明 SimpleStructure 时使用了关键字 mutating 来标记一个可修改结构体的方法。 而声明 SimpleClass 时,则不需要标记任何方法,因为一个类中的方法总是可以修改类属性的。

使用 extension 可以为现有类型添加功能,例如新方法和计算属性。 你可以使用扩展将协议一致性添加到其他地方声明的类型,甚至是你从其它库或框架导入的类型。

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

练习
为 Double 类型编写一个扩展,用于添加一个 absoluteValue 属性。

你可以像使用其它命名类型一样来使用协议---例如,创建一个具有不同类型但都遵循某一协议的对象集合。当你处理的类型为协议的值时,协议外定义的方法是不可用的。

let protocolValue: ExampleProtocol = a
print(protocolValue.simpleDescription)
// print(protocolValue.anotherProperty)  // 取消注释看报什么错

尽管变量 protocolValue 在运行时类型为 SimpleClass,但编译器依旧会把它的类型当做 ExampleProtocol。这也就意味着,你不能随意访问在协议外的方法或属性。

错误处理

你可以使用任何遵循 Error 协议的类型来表示错误。

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

使用  throw 抛出异常并且用  throws  来标记一个可以抛出异常的函数。如果你在一个函数中抛出异常,这个函数会立即返回并且调用处理函数错误的代码。

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

这里有几种方法可以处理异常。一种是使用  do-catch 。在  do 代码块里,你可以是用  try 在抛出的异常的函数前标记。在  catch 代码块里边,如果你不给定其他名字的话,错误会自动赋予名字为 error

do {
    let printerResponse = try send(job: 1040, toPrinter: "Bi Sheng")
    print(printerResponse)
} catch {
    print(error)
}

练习
改变 printer 的名字为 "Never Has Toner" ,这样 send(job:toPrinter:) 就会抛出一个异常。

你可以提供多个  catch  代码块来处理特定的的错误。你可以在  catch  后面一个模式,就像 switch 语句里面的  case 一样。

do {
    let printerResponse = try send(job: 1440, toPrinter: "Gutenberg")
    print(printerResponse)
} catch PrinterError.onFire {
    print("I'll just put this over here, with the rest of the fire.")
} catch let printerError as PrinterError {
    print("Printer error: \(printerError).")
} catch {
    print(error)
}

练习
加一些代码在 do  代码块里面抛出异常。你想要抛出什么样的异常才能让第一个  catch 代码块处理到?那第二个和第三个呢?

另外一种处理错误的方法是用 try? 去转换结果为可选项。如果这个函数抛出了异常,那么这个错误会被忽略并且结果为 nil 。否则,结果是一个包含了函数返回值的和选项。

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

使用  defer 来写在函数返回后也会被执行的代码块。无论这个函数是否抛出异常,这个代码都会被执行。即使他们需要再不同的时间段执行,你仍可以使用 defer  来简化代码。

var fridgeIsOpen = false
let fridgeContent = ["milk", "eggs", "leftovers"]

func fridgeContains(_ food: String) -> Bool {
    fridgeIsOpen = true
    defer {
        fridgeIsOpen = false
    }

    let result = fridgeContent.contains(food)
    return result
}
fridgeContains("banana")
print(fridgeIsOpen)

泛型

把名字写在尖括号里来创建一个泛型方法或者类型。

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)

你可以从函数和方法中,同时还有类,枚举以及结构体中创建泛型。

// 重新实现 Swift 标准库中的可选类型
enum OptionalValue<Wrapped> {
    case none
    case some(Wrapped)
}
var possibleInteger: OptionalValue<Int> = .none
possibleInteger = .some(100)

在类型名称后紧接  where 来明确一系列需求---例如,要求类型实现一个协议,要求两个类型必须相同,或者要求类必须继承来自特定的父类。

func anyCommonElements<T: Sequence, U: Sequence>(_ lhs: T, _ rhs: U) -> Bool
    where T.Iterator.Element: Equatable, T.Iterator.Element == U.Iterator.Element {
        for lhsItem in lhs {
            for rhsItem in rhs {
                if lhsItem == rhsItem {
                    return true
                }
            }
        }
        return false
}
anyCommonElements([1, 2, 3], [3])

练习
修改  anyCommonElements(_:_:) 函数来返回一个两个数组中共有元素的数组。

写  <T: Equatable>  和 <T> ... where T: Equatable 是一回事。

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