作者：劉鐸
本文為原創文章，轉載請注明作者及出處
WWDC 2017 帶來了很多驚喜。Swift 4 也伴隨著 Xcode 9 測試版來到了我們的面前，很多強大的新特性非常值得我們期待在正式項目中去使用它。因為 Swift 4 是開源的，如果你關注 swift-evolution 這個項目的話，就應該已經提前了解到它的新特性了。本文參考了 WWDC 2017 以及各種資料，，從語法、字符串、標準庫、構建過程等方面，把 Swift 4 的這些新特性一一列舉出來做介紹和分析，讓他們毫無保留地展現在你眼前。
一、語法改進
extension 中可以訪問 private 的屬性
考慮以下代碼：
struct Date: Equatable, Comparable {
private let secondsSinceReferenceDate: Double
static func ==(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
return lhs.secondsSinceReferenceDate == rhs.secondsSinceReferenceDate
}
static func <(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
return lhs.secondsSinceReferenceDate < rhs.secondsSinceReferenceDate
}
}
上面代碼定義了一個 Date 結構體，并實現 Equatable 和 Comparable 協議。為了讓代碼更清晰，可讀性更好，一般會把對協議的實現放在單獨的 extension 中，這也是一種非常符合 Swift 風格的寫法，如下：
struct Date {
private let secondsSinceReferenceDate: Double
}
extension Date: Equatable {
static func ==(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
return lhs.secondsSinceReferenceDate == rhs.secondsSinceReferenceDate
}
}
extension Date: Comparable {
static func <(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
return lhs.secondsSinceReferenceDate < rhs.secondsSinceReferenceDate
}
}
但是在 Swift 3 中，編譯就報錯了，因為 extension 中無法獲取到 secondsSinceReferenceDate 屬性，因為它是 private 的。于是在 Swift 3 中，必須把 private 改為 fileprivate。
struct Date {
fileprivate let secondsSinceReferenceDate: Double
}
...
但是如果用 fileprivate，屬性的作用域就會比我們需要的更大，可能會不小心造成屬性的濫用。
在 Swift 4 中，private 的屬性的作用域擴大到了 extension 中，并且被限定在了 struct 和 extension 內部，這樣就不需要再改成 fileprivate 了，這是最好的結果。
類型和協議的組合類型
考慮以下代碼：
protocol Shakeable {
func shake()
}
extension UIButton: Shakeable { /* ... */ }
extension UISlider: Shakeable { /* ... */ }
func shakeEm(controls: [???]) {
for control in controls where control.state.isEnabled {
}
control.shake()
}
在 Swift 3 中，這里的 ??? 應該寫什么呢？如果寫 UIControl，那么 control.shake() 就會報錯；如果寫 Shakeable，那么 control.state.isEnabled 就會報錯。其實我們也可以這樣寫：
func shakeEm(controls: [UIControl]) {
for control in controls where control.isEnabled {
if control is Shakeable {
(control as! Shakeable).shake()
}
}
}
這樣寫雖然可以跑通了，但是很丑陋。
在 Swift 4 中，可以把類型和協議用 & 組合在一起作為一個類型使用，就可以像下面這樣寫了：
protocol Shakeable {
func shake()
}
extension UIButton: Shakeable { /* ... */ }
extension UISlider: Shakeable { /* ... */ }
func shakeEm(controls: [UIControl & Shakeable]) {
for control in controls where control.state.isEnabled {
control.shake()
}// Objective-C API
@interface NSCandidateListTouchBarItem<CandidateType> : NSTouchBarItem
@property (nullable, weak) NSView <NSTextInputClient> *client;
@end
}
把它聲明為了 UIControl & Shakeable 類型。OK，圓滿解決。
PS:
這個代碼例子是 WWDC 2017 的 PPT 中的，上面的代碼有點問題，control.state.isEnabled 這句代碼中，state 是沒有 isEnabled 這個屬性的，改為 control.isEnabled 就可以了。看來蘋果的工程師做 PPT 有時候還是不太嚴謹。
另外，iOS SDK 中的 API 也用這個特性做了優化，例如：
這個 API 的 Objective-C 版本是沒有問題的，可以知道 client 屬性既是一個 NSView，又符合 NSTextInputClient 協議。然而它對應的 Swift 3 版本為：
class NSCandidateListTouchBarItem<CandidateType: AnyObject> : NSTouchBarItem {
var client: NSView?
}
僅僅是一個 NSView 類型 /(ㄒoㄒ)/~~
在 Swift 4 中，這類 API 做了優化，改成了：
class NSCandidateListTouchBarItem<CandidateType: AnyObject> : NSTouchBarItem {
var client: (NSView & NSTextInputClient)?
}
這樣類型的聲明就更加嚴謹了。
Associated Type 可以追加 Where 約束語句
在 Swift 4 中可以在 associatedtype 后面聲明的類型后追加 where 語句
associatedtype Element where <xxx>
看下面是 Swift 4 標準庫中 Sequence 中 Element 的聲明：
protocol Sequence {
associatedtype Element where Self.Element == Self.Iterator.Element
// ...
}
它限定了 Sequence 中 Element 這個類型必須和 Iterator.Element 的類型一致。
通過 where 語句可以對類型添加更多的約束，使其更嚴謹，避免在使用這個類型時做多余的類型判斷。
新的 Key Paths 語法
先來看看 Swift 3 中 Key Paths 的寫法：
@objcMembers class Kid: NSObject {
dynamic var nickname: String = ""
dynamic var age: Double = 0.0
dynamic var friends: [Kid] = []
}
var ben = Kid(nickname: "Benji", age: 5.5)
let kidsNameKeyPath = #keyPath(Kid.nickname)
let name = ben.valueForKeyPath(kidsNameKeyPath)
ben.setValue("Ben", forKeyPath: kidsNameKeyPath)
Swift 4 中創建一個 KeyPath 用 \ 作為開頭：
\Kid.nickname
當編譯器可以推導出類型時，可以省略基礎類型部分：
\.nickname
上面的代碼在 Swift 4 中就可以這樣寫：
struct Kid {
var nickname: String = ""
var age: Double = 0.0
var friends: [Kid] = []
}
var ben = Kid(nickname: "Benji", age: 8, friends: [])
let name = ben[keyPath: \Kid.nickname]
ben[keyPath: \Kid.nickname] = "BigBen"
相比 Swift 3，Swift 4 的 Key Paths 具有以下優勢：
- 類型可以定義為 class、struct
- 定義類型時無需加上 @objcMembers、dynamic 等關鍵字
- 性能更好
- 類型安全和類型推斷，例如
ben.valueForKeyPath(kidsNameKeyPath)返回的類型是 Any，ben[keyPath: \Kid.nickname]直接返回 String 類型 - 可以在所有值類型上使用
下標支持泛型
有時候會寫一些數據容器，Swift 支持通過下標來讀寫容器中的數據，但是如果容器類中的數據類型定義為泛型，以前的下標語法就只能返回 Any，在取出值后需要用 as? 來轉換類型。Swift 4 定義下標也可以使用泛型了。
struct GenericDictionary<Key: Hashable, Value> {
private var data: [Key: Value]
init(data: [Key: Value]) {
self.data = data
}
subscript<T>(key: Key) -> T? {
return data[key] as? T
}
}
let dictionary = GenericDictionary(data: ["Name": "Xiaoming"])
let name: String? = dictionary["Name"] // 不需要再寫 as? String
二、字符串
Unicode 字符串在計算 count 時的正確性改善
在 Unicode 中，有些字符是由幾個其它字符組成的，比如 é 這個字符，它可以用 \u{E9} 來表示，也可以用 e 字符和上面一撇字符組合在一起表示 \u{65}\u{301}。
考慮以下代碼：
var family = "??"
family += "\u{200D}??"
family += "\u{200D}??"
family += "\u{200D}??"
print(family)
print(family.characters.count)
這個 family 是一個由多個字符組合成的字符，打印出來的結果為 ???????????。上面的代碼在 Swift 3 中打印的 count 數是 4，在 Swift 4 中打印出的 count 是 1。
更快的字符處理速度
Swift 4 的字符串優化了底層實現，對于英語、法語、德語、西班牙語的處理速度提高了 3.5 倍。
對于簡體中文、日語的處理速度提高了 2.5 倍。
去掉 characters
Swift 3 中的 String 需要通過 characters 去調用的屬性方法，在 Swift 4 中可以通過 String 對象本身直接調用，例如：
let values = "one,two,three..."
var i = values.characters.startIndex
while let comma = values.characters[i...<values.characters.endIndex].index(of: ",") {
if values.characters[i..<comma] == "two" {
print("found it!")
}
i = values.characters.index(after: comma)
}
Swift 4 可以把上面代碼中的所有的 characters 都去掉，修改如下：
let values = "one,two,three..."
var i = values.startIndex
while let comma = values[i...<values.endIndex].index(of: ",") {
if values[i..<comma] == "two" {
print("found it!")
}
i = values.index(after: comma)
}
One-sided Slicing
Swift 4 新增了一個語法糖 ... 可以對字符串進行單側邊界取子串。
Swift 3:
let values = "abcdefg"
let startSlicingIndex = values.index(values.startIndex, offsetBy: 3)
let subvalues = values[startSlicingIndex..<values.endIndex]
// defg
Swift 4:
let values = "abcdefg"
let startSlicingIndex = values.index(values.startIndex, offsetBy: 3)
let subvalues = values[startSlicingIndex...] // One-sided Slicing
// defg
String 當做 Collection 來用
Swift 4 中 String 可以當做 Collection 來用，并不是因為 String 實現了 Collection 協議，而是 String 本身增加了很多 Collection 協議中的方法，使得 String 在使用時看上去就是個 Collection。例如：
翻轉字符串：
let abc: String = "abc"
print(String(abc.reversed()))
// cba
遍歷字符：
let abc: String = "abc"
for c in abc {
print(c)
}
/*
a
b
c
*/
Map、Filter、Reduce:
// map
let abc: String = "abc"
_ = abc.map {
print($0.description)
}
// filter
let filtered = abc.filter { $0 == "b" }
// reduce
let result = abc.reduce("1") { (result, c) -> String in
print(result)
print(c)
return result + String(c)
}
print(result)
Substring
在 Swift 中，String 的背后有個 Owner Object 來跟蹤和管理這個 String，String 對象在內存中的存儲由內存其實地址、字符數、指向 Owner Object 指針組成。Owner Object 指針指向 Owner Object 對象，Owner Object 對象持有 String Buffer。當對 String 做取子字符串操作時，子字符串的 Owner Object 指針會和原字符串指向同一個對象，因此子字符串的 Owner Object 會持有原 String 的 Buffer。當原字符串銷毀時，由于原字符串的 Buffer 被子字符串的 Owner Object 持有了，原字符串 Buffer 并不會釋放，造成極大的內存浪費。
在 Swift 4 中，做取子串操作的結果是一個 Substring 類型，它無法直接賦值給需要 String 類型的地方。必須用 String(<substring>) 包一層，系統會通過復制創建出一個新的字符串對象，這樣原字符串在銷毀時，原字符串的 Buffer 就可以完全釋放了。
let big = downloadHugeString()
let small = extractTinyString(from: big)
mainView.titleLabel.text = small // Swift 4 編譯報錯
mainView.titleLabel.text = String(small) // 編譯通過
多行字符串字面量
Swift 3 中寫很長的字符串只能寫在一行。
func tellJoke(name: String, character: Character) {
let punchline = name.filter { $0 != character }
let n = name.count - punchline.count
let joke = "Q: Why does \(name) have \(n) \(character)'s in their name?\nA: I don't know, why does \(name) have \(n) \(character)'s in their name?\nQ: Because otherwise they'd be called \(punchline)."
print(joke)
}
tellJoke(name: "Edward Woodward", character: "d")
字符串中間有換行只能通過添加 \n 字符來代表換行。
Swift 4 可以把字符串寫在一對 """ 中，這樣字符串就可以寫成多行。
func tellJoke(name: String, character: Character) {
let punchline = name.filter { $0 != character }
let n = name.count - punchline.count
let joke = """
Q: Why does \(name) have \(n) \(character)'s in their name?
A: I don't know, why does \(name) have \(n) \(character)'s in their name?
Q: Because otherwise they'd be called \(punchline).
"""
print(joke)
}
tellJoke(name: "Edward Woodward", character: "d")
三、Swift 標準庫
Encoding and Decoding
當需要將一個對象持久化時，需要把這個對象序列化，往常的做法是實現 NSCoding 協議，寫過的人應該都知道實現 NSCoding 協議的代碼寫起來很痛苦，尤其是當屬性非常多的時候。幾年前有一個工具能自動生成 Objective-C 的實現 NSCoding 協議代碼，當時用著還不錯，但后來這個工具已經沒有人維護很久了，而且不支持 Swift。
Swift 4 中引入了 Codable 幫我們解決了這個問題。
struct Language: Codable {
var name: String
var version: Int
}
我們想將這個 Language 對象的實例持久化，只需要讓 Language 符合 Codable 協議即可，Language 中不用寫別的代碼。符合了 Codable 協議以后，可以選擇把對象 encode 成 JSON 或者 PropertyList。
Encode 操作如下：
let swift = Language(name: "Swift", version: 4)
if let encoded = try? JSONEncoder().encode(swift) {
// 把 encoded 保存起來
}
Decode 操作如下：
if let decoded = try? JSONDecoder().decode(Language.self, from: encoded) {
print(decoded.name)
}
Sequence 改進
Swift 3:
protocol Sequence {
associatedtype Iterator: IteratorProtocol
func makeIterator() -> Iterator
}
Swift 4:
protocol Sequence {
associatedtype Element
associatedtype Iterator: IteratorProtocol where Iterator.Element == Element
func makeIterator() -> Iterator
}
由于 Swift 4 中的 associatedtype 支持追加 where 語句，所以 Sequence 做了這樣的改進。
Swift 4 中獲取 Sequence 的元素類型可以不用 Iterator.Element，而是直接取 Element。
SubSequence 也做了修改：
protocol Sequence {
associatedtype SubSequence: Sequence
where SubSequence.SubSequence == SubSequence,
SubSequence.Element == Element
}
通過 where 語句的限定，保證了類型正確，避免在使用 Sequence 時做一些不必要的類型判斷。
Collection 也有一些類似的修改。
Protocol-oriented integers
整數類型符合的協議有修改，新增了 FixedWidthInteger 等協議，具體的協議繼承關系如下：
+-------------+ +-------------+
+------>+ Numeric | | Comparable |
| | (+,-,*) | | (==,<,>,...)|
| +------------++ +---+---------+
| ^ ^
+-------+------------+ | |
| SignedNumeric | +-+-------+-----------+
| (unary -) | | BinaryInteger |
+------+-------------+ |(words,%,bitwise,...)|
^ ++---+-----+----------+
| +-----------^ ^ ^---------------+
| | | |
+------+---------++ +---------+---------------+ +--+----------------+
| SignedInteger | | FixedWidthInteger | | UnsignedInteger |
| | |(endianness,overflow,...)| | |
+---------------+-+ +-+--------------------+--+ +-+-----------------+
^ ^ ^ ^
| | | |
| | | |
++--------+-+ +-+-------+-+
|Int family |-+ |UInt family|-+
+-----------+ | +-----------+ |
+-----------+ +-----------+
Dictionary and Set enhancements
這里簡單列一下 Dictionary 和 Set 增強了哪些功能：
- 通過 Sequence 來初始化
- 可以包含重復的 Key
- Filter 的結果的類型和原類型一致
- Dictionary 的 mapValues 方法
- Dictionary 的默認值
- Dictionary 可以分組
- Dictionary 可以翻轉
NSNumber bridging and Numeric types
let n = NSNumber(value: 999)
let v = n as? UInt8 // Swift 4: nil, Swift 3: 231
在 Swift 4 中，把一個值為 999 的 NSNumber 轉換為 UInt8 后，能正確的返回 nil，而在 Swift 3 中會不可預料的返回 231。
MutableCollection.swapAt(::)
MutableCollection 現在有了一個新方法 swapAt(::) 用來交換兩個位置的值，例如：
var mutableArray = [1, 2, 3, 4]
mutableArray.swapAt(1, 2)
print(mutableArray)
// 打印結果：[1, 3, 2, 4]
四、構建過程改進
New Build System
Xcode 9 引入了 New Build System，可在 Xcode 9 的 File -> Project Settings... 中選擇開啟。
預編譯 Bridging Headers 文件
對于 Swift 和 Objective-C 混合的項目，Swift 調用 Objective-C 時，需要建立一個 Bridging Headers 文件，然后把 Swift 要調用的 Objective-C 類的頭文件都寫在里面，編譯器會讀取 Bridging Headers 中的頭文件，然后生成一個龐大的 Swift 文件，文件內容是這些頭文件內的 API 的 Swift 版本。然后編譯器會在編譯每一個 Swift 文件時，都要編譯一遍這個龐大的 Swift 文件的內容。
有了預編譯 Bridging Headers 以后，編譯器會在預編譯階段把 Bridging Headers 編譯一次，然后插入到每個 Swift 文件中，這樣就大大提高了編譯速度。
蘋果宣稱 Xcode 9 和 Swift 4 對于 Swift 和 Objective-C 混合編譯的速度提高了 40%。
Indexing 可以在編譯的同時進行
用 Swift 開發項目時，近幾個版本的 Xcode 進行 Indexing 的速度慢的令人發指。Xcode 9 和 Swift 4 在這方面做了優化，可以在編譯的同時進行 Indexing，一般編譯結束后 Indexing 也會同時完成。
COW Existential Containers
Swift 中有個東西叫 Existential Containers，它用來保存未知類型的值，它的內部是一個 Inline value buffer，如果 Inline value buffer 中的值占用空間很大時，這個值會被分配在堆上，然而在堆上分配內存是一個性能比較慢的操作。
Swift 4 中為了優化性能引入了 COW Existential Containers，這里的 COW 就代表 "Copy-On-Write"，當存在多個相同的值時，他們會共用 buffer 上的空間，直到某個值被修改時，這個被修改的值才會被拷貝一份并分配內存空間。
移除未調用的協議實現
struct Date {
private let secondsSinceReferenceDate: Double
}
extension Date: Equatable {
static func ==(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
return lhs.secondsSinceReferenceDate == rhs.secondsSinceReferenceDate
}
}
extension Date: Comparable {
static func <(lhs: Date, rhs: Date) -> Bool {
return lhs.secondsSinceReferenceDate < rhs.secondsSinceReferenceDate
}
}
看上面例子，Date 實現了 Equatable 和 Comparable 協議。編譯時如果編譯器發現沒有任何地方調用了對 Date 進行大小比較的方法，編譯器會移除 Comparable 協議的實現，來達到減小包大小的目的。
減少隱式 @objc 自動推斷
在項目中想把 Swift 寫的 API 暴露給 Objective-C 調用，需要增加 @objc。在 Swift 3 中，編譯器會在很多地方為我們隱式的加上 @objc，例如當一個類繼承于 NSObject，那么這個類的所有方法都會被隱式的加上 @objc。
class MyClass: NSObject {
func print() { ... } // 包含隱式的 @objc
func show() { ... } // 包含隱式的 @objc
}
這樣很多并不需要暴露給 Objective-C 也被加上了 @objc。大量 @objc 會導致二進制文件大小的增加。
在 Swift 4 中，隱式 @objc 自動推斷只會發生在很少的當必須要使用 @objc 的情況，比如：
- 復寫父類的 Objective-C 方法
- 符合一個 Objective-C 的協議
其它大多數地方必須手工顯示的加上 @objc。
減少了隱式 @objc 自動推斷后，Apple Music app 的包大小減少了 5.7%。
五、 Exclusive Access to Memory
在遍歷一個 Collection 的時候可以去修改每一個元素的值，但是在遍歷時如果去添加或刪除一個元素就可能會引起 Crash。
例如為 MutableCollection 擴展一個 modifyEach 方法來修改每個元素的值，代碼如下：
extension MutableCollection {
mutating func modifyEach(_ body: (inout Element) -> ()) {
for index in self.indices {
body(&self[index])
}
}
}
假如在調用 modifyEach 時去刪除元素：
var numbers = [1, 2, 3]
numbers.modifyEach { element in
element *= 2
numbers.removeAll()
}
就會在運行時 Crash。Swift 4 中引入了 Exclusive Access to Memory，使得這個錯誤可以在編譯時被檢查出來。
六、 兼容性
Xcode 9 中同時集成了 Swift 3.2 和 Swift 4。
- Swift 3.2 完全兼容 Swift 3.1，并會在過時的語法或函數上報告警告。
- Swift 3.2 具有 Swift 4 的一些寫法，但是性能不如 Swift 4。
- Swift 3.2 和 Swift 4 可以混合編譯，可以指定一部分模塊用 Swift 3.2 編譯，一部分用 Swift 4 編譯。
- 遷移到 Swift 4 后能獲得 Swift 4 所有的新特性，并且性能比 Swift 3.2 好。
總結：當 Xcode 正式版發布后，現有的 Swift 代碼可以直接升級到 Swift 3.2 而不用做任何改動，后續可以再遷移到 Swift 4。或者直接遷移到 Swift 4 也可以，Swift 4 相比 Swift 3 的 API 變化還是不大的，很多第三方庫都可以直接用 Swift 4 編譯。Swift 1 到 2 和 Swift 2 到 3 的遷移的痛苦在 3 到 4 的遷移上已經大大改善了。
七、參考資料
- WWDC 2017 Session 402 《What's New in Swift》
- WWDC 2017 Session 212 《What's New in Foundation》
- WWDC 2017 Session 102 《Platforms State of the Union》
- 《Swift Language Programming (Swift 4.0)》
- https://github.com/apple/swift-evolution
- https://github.com/ole/whats-new-in-swift-4
- https://www.raywenderlich.com/163857/whats-new-swift-4
- https://www.hackingwithswift.com/swift4
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