22 协议

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22.1 协议的语法

说明：协议的定义方式与类,结构体,枚举的定义非常相似。

  • 要使类遵循某个协议,需要在类型名称后加上协议名称,中间以: 分隔,作为类型定义的一部分
  • 遵循多个 协议时,各协议之间用逗号, 分隔
  • 如果类在遵循协议的同时拥有父类,应该将父类名放在协议名之前,以,分隔
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// 定义协议
protocol SomeProtocol {
	// 协议内容
}

// 实现协议
struct SomeStructure: FirstProtocol, AnotherProtocol {
	// 结构体内容
}

// 继承类并实现协议
class SomeClass: SomeSuperClass, FirstProtocol, AnotherProtocol {
	// 类的内容
}

22.2 对属性的规定

说明：表现在4个方面

  • 名称
  • 类型
  • 可读还是可写
  • 实例属性还是类属性

注意：不指定是存储型属性还是计算型属性

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// 定义协议
protocol FullyNamed {
    // 只读属性
    var fullName: String { get }
}

// 实现协议
class Starship: FullyNamed {
    var prefix: String?
    var name: String
    init(name: String, prefix: String? = nil) {
        self.name = name
        self.prefix = prefix
    }
    // 只读计算属性
    var fullName: String {
        return (prefix != nil ? prefix! + " " : "") + name
    }
}

// 创建实例
var ncc1701 = Starship(name: "Enterprise", prefix: "USS")

22.2.1 可读&可写

说明：在协议中指定属性规则是都使用var（不使用let）

可读&可写 协议 实现
可读 {get} 可以只读，可以可读可写
可写 {get set} 不能是常量或只读计算属性 
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// 定义协议
protocol SomeProtocol {
	// 可读可写
    var mustBeSettable : Int { get set }
    // 只读
    var doesNotNeedToBeSettable: Int { get }
}

22.2.2 实例属性&类属性

说明：

实例属性&类属性 协议 实现
实例属性 默认 默认
类属性 static static或class 
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// 定义协议
protocol AnotherProtocol {
	// 类属性
    static var someTypeProperty: Int { get set }
}

22.3 对方法的规定

说明：协议可以要求采纳协议的类型实现某些指定的实例方法或类方法。
语法：像普通方法一样放在协议的定义中，但是不需要{}和方法体

  • 可以在协议中定义具有可变参数的方法，和普通方法的定义方式相同
  • 不支持为协议中的方法的参数提供默认值
  • 在协议中定义类方法的时候，总是使用 static 关键字作为前缀；当类类型采纳协议时，除了 static 关键字，还可以使用 class 关键字作为前缀
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// 定义协议
protocol SomeProtocol {
    // 类方法
    static func someTypeMethod()
}

// 定义协议
protocol RandomNumberGenerator {
    // 实例方法
    func random() -> Double
}

// 线性同余随机数生成器
class LinearCongruentialGenerator: RandomNumberGenerator {
    // 存储上一次生成的随机数
    var lastRandom = 42.0
    let m = 139968.0
    let a = 3877.0
    let c = 29573.0
    // 获取随机数
    func random() -> Double {
        lastRandom = ((lastRandom * a + c) % m)
        return lastRandom / m
    }
}
// 创建实例
let generator = LinearCongruentialGenerator()
print("Here's a random number: \(generator.random())")// 0.37464991998171”

22.4 对Mutating方法的规定

说明：如果你在协议中定义了一个实例方法，该方法会改变采纳该协议的类型的实例，那么在定义协议时需要在方法前加 mutating

实现者 协议 实现
类类型 mutating 不用写 mutating 关键字
值类型 mutating 必须写mutating 关键字 
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// 协议
protocol Togglable {
    // 当它被调用时，将改变实例属性，从而切换采纳该协议类型的实例的状态
    mutating func toggle()
}

// 实现协议：开关
enum OnOffSwitch: Togglable {
    case Off, On
    // 实现协议定义的 mutating 方法
    mutating func toggle() {
        switch self {
        case Off:
            self = On
        case On:
            self = Off
        }
    }
}
// 创建实例
var lightSwitch = OnOffSwitch.Off
// 调用 mutating 方法
lightSwitch.toggle()

22.5 对构造器的规定

说明：协议可以要求采纳协议的类型实现指定的构造器
语法：你可以像编写普通构造器那样，在协议的定义里写下构造器的声明，但不需要写{}和构造器的实体

22.5.1 构造器要求在类中的实现

说明：使用required 修饰符（除非在final类中），可以是指定构造器或便利构造器

  • 如果一个子类重写了父类的指定构造器，并且该构造器满足了某个协议的要求，那么该构造器的实现需要同时标注 required 和 override 修饰符
  • 如果类已经被标记为 final，那么不需要在协议构造器的实现中使用 required 修饰符，因为final 类不能有子类

注意：使用 required 修饰符可以确保所有子类也必须提供此构造器实现，从而也能符合协议。

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// 协议
protocol SomeProtocol {
    // 构造器要求
    init()
}

// 父类：没有实现协议
class SomeSuperClass {
    init() {
        // 这里是构造器的实现部分
    }
}

// 子类：既继承了父类，也实现了协议
class SomeSubClass: SomeSuperClass, SomeProtocol {
    // 因为继承自父类，需要加上 override
    required override init() {
        // 这里是构造器的实现部分
    }
}

22.5.2 可失败构造器要求

说明：协议还可以为采纳协议的类型定义可失败构造器要求

构造器 协议 实现
可失败构造器 init? init?或init
非可失败构造器 init init或init!

22.6 协议作为类型

说明：尽管协议本身并未实现任何功能，但是协议可以被当做一个成熟的类型来使用。

  • 作为函数、方法或构造器中的参数类型或返回值类型
  • 作为常量、变量或属性的类型
  • 作为数组、字典或其他容器中的元素类型

注意：作为一种类型，协议类型的名称应与其他类型的写法相同（大写字母开头的驼峰式写法）

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// 协议
protocol RandomNumberGenerator {
    func random() -> Double
}

// 实现
class LinearCongruentialGenerator: RandomNumberGenerator {
    // 存储上一次生成的随机数
    var lastRandom = 42.0
    let m = 139968.0
    let a = 3877.0
    let c = 29573.0
    // 获取随机数
    func random() -> Double {
        lastRandom = ((lastRandom * a + c) % m)
        return lastRandom / m
    }
}

// 骰子
class Dice {
    // 骰子的面
    let sides: Int
    // 使用协议类型声明常量
    let generator: RandomNumberGenerator
    
    // 使用协议类型作为参数（需要传递一个实现了该协议枚举、结构体或类的实例）
    init(sides: Int, generator: RandomNumberGenerator) {
        self.sides = sides
        self.generator = generator
    }
    
    // 掷骰子
    func roll() -> Int {
        return Int(generator.random() * Double(sides)) + 1
    }
}
// 创建骰子实例
var d6 = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator())

// 掷骰子5次
for _ in 1...5 {
    print("Random dice roll is \(d6.roll())")
}

22.7 委托（代理）模式

描述：委托是一种设计模式，它允许类或结构体将一些需要它们负责的功能委托给其他类型的实例。
说明：委托模式的实现很简单

  • 定义协议来封装那些需要被委托的功能，这样就能确保采纳协议的类型能提供这些功能
  • 委托模式可以用来响应特定的动作，或者接收外部数据源提供的数据，而无需关心外部数据源的类型。

案例：游戏将监控这一功能委托给游戏监控器。

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// 协议
protocol RandomNumberGenerator {
    func random() -> Double
}

// 实现
class LinearCongruentialGenerator: RandomNumberGenerator {
    // 存储上一次生成的随机数
    var lastRandom = 42.0
    let m = 139968.0
    let a = 3877.0
    let c = 29573.0
    // 获取随机数
    func random() -> Double {
        lastRandom = ((lastRandom * a + c) % m)
        return lastRandom / m
    }
}

// 骰子
class Dice {
    // 骰子的面
    let sides: Int
    // 使用协议类型声明常量
    let generator: RandomNumberGenerator
    
    // 使用协议类型作为参数（需要传递一个实现了该协议枚举、结构体或类的实例）
    init(sides: Int, generator: RandomNumberGenerator) {
        self.sides = sides
        self.generator = generator
    }
    
    // 掷骰子
    func roll() -> Int {
        return Int(generator.random() * Double(sides)) + 1
    }
}

// 协议：掷骰子游戏
protocol DiceGame {
    // 骰子
    var dice: Dice { get }
    // 进行游戏
    func play()
}

// 协议：追踪 DiceGame
protocol DiceGameDelegate {
    // 游戏开始
    func gameDidStart(game: DiceGame)
    // 游戏进行
    func game(game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll:Int)
    // 游戏结束
    func gameDidEnd(game: DiceGame)
}

// 实现：蛇梯棋游戏
class SnakesAndLadders: DiceGame {
    let finalSquare = 25
    // 实现属性（要求只读，可以声明为 let ）
    let dice = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator())
    var square = 0
    var board: [Int]
    init() {
        board = [Int](count: finalSquare + 1, repeatedValue: 0)
        board[03] = +08; board[06] = +11; board[09] = +09; board[10] = +02
        board[14] = -10; board[19] = -11; board[22] = -02; board[24] = -08
    }
    // 游戏监控器
    var delegate: DiceGameDelegate?
    // 实现方法
    func play() {
        square = 0
        // 开始游戏
        delegate?.gameDidStart(self)
        gameLoop: while square != finalSquare {
            let diceRoll = dice.roll()
            delegate?.game(self, didStartNewTurnWithDiceRoll: diceRoll)
            switch square + diceRoll {
            case finalSquare:
                break gameLoop
            case let newSquare where newSquare > finalSquare:
                continue gameLoop
            default:
                square += diceRoll
                square += board[square]
            }
        }
        // 结束游戏
        delegate?.gameDidEnd(self)
    }
}

// 实现：游戏监控器
class DiceGameTracker: DiceGameDelegate {
    var numberOfTurns = 0
    // 游戏开始时被调用
    func gameDidStart(game: DiceGame) {
        numberOfTurns = 0
        if game is SnakesAndLadders {
            print("Started a new game of Snakes and Ladders")
        }
        print("The game is using a \(game.dice.sides)-sided dice")
    }
    // 游戏进行时被调用
    func game(game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll: Int) {
        ++numberOfTurns
        print("Rolled a \(diceRoll)")
    }
    // 游戏结束时被调用
    func gameDidEnd(game: DiceGame) {
        print("The game lasted for \(numberOfTurns) turns")
    }
}

// 监控器实例
let tracker = DiceGameTracker()
// 游戏实例
let game = SnakesAndLadders()
// 将监控器实例提供给游戏实例(不是必需的)
game.delegate = tracker
// 游戏开始
game.play()

22.8 在扩展中添加协议成员

说明：即便无法修改源代码，依然可以通过扩展令已有类型采纳并符合协议。
原理：通过扩展令已有类型采纳并符合协议时，该类型的所有实例也会随之获得协议中定义的各项功能。

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// 协议：要求提供一个能描述自身的计算属性
protocol TextRepresentable {
    var textualDescription: String {get}
}

// 骰子
class Dice {
    // 骰子的面
    let sides: Int
    init(sides: Int) {
        self.sides = sides
    }
}
//  通过extension使骰子实现协议
extension Dice: TextRepresentable {
    var textualDescription: String {
        return "A \(sides)-sided dice"
    }
}
// 创建实例
let d12 = Dice(sides: 12)
print(d12.textualDescription)

22.9 通过扩展补充协议声明

说明：可以通过扩展空的扩展体补充协议声明。需要两个前提

  • 已经实现了协议中所有要求
  • 没有声明为遵循该协议
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// 协议：要求提供一个能描述自身的计算属性
protocol TextRepresentable {
    var textualDescription: String {get}
}

// 结构体（没有声明实现的协议）
struct Hamster {
    var name: String
    var textualDescription: String {
        return "A hamster named \(name)"
    }
}

// 通过扩展补充协议声明
extension Hamster: TextRepresentable {}

// 创建实例
let simonTheHamster = Hamster(name: "Simon")

// 作为 TextRepresentable 类型使用
let somethingTextRepresentable: TextRepresentable = simonTheHamster
print(somethingTextRepresentable.textualDescription)

22.10 集合中的协议类型

说明：协议类型可以在集合使用,表示集合中的元素均为协议类型
注意：被当作协议类型使用后，只能使用和访问协议指定的功能（丢失具体类型的特色能力）。

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// 协议类型数组
let things: [TextRepresentable] = [game, d12, simonTheHamster]
// 遍历
for thing in things {
    print(thing.textualDescription)
}

22.11 协议的继承

说明：协议能够继承一个或多个其他协议，可以在继承的协议的基础上增加新的要求。和类的继承类似
语法：多个被继承的协议间用,分隔

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protocol InheritingProtocol: SomeProtocol, AnotherProtocol {
    // 这里是协议的定义部分
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// 父类协议
protocol TextRepresentable {
    var textualDescription: String {get}
}

// 子类协议
protocol PrettyTextRepresentable: TextRepresentable {
    // 额外要求采纳协议的类型提供一个返回值为 String 类型的 prettyTextualDescription 属性
    var prettyTextualDescription: String { get }
}

// 通过扩展让已有类实现子类协议（要同时实现父类协议）
extension SnakesAndLadders: PrettyTextRepresentable {
    var prettyTextualDescription: String {
        var output = textualDescription + ":\n"
        for index in 1...finalSquare {
            switch board[index] {
            case let ladder where ladder > 0:
                output += "▲ "
            case let snake where snake < 0:
                output += "▼ "
            default:
                output += "○ "
            }
        }
        return output
    }
}

// 已有的实例也会获取到这种实现
print(game.prettyTextualDescription)

22.12 类类型专属协议

说明：以在协议的继承列表中，通过添加 class 关键字来限制协议只能被类类型采纳，而结构体或枚举不能采纳该协议
语法：class 关键字必须第一个出现在协议的继承列表中(在其他继承的协议之前)
应用：当协议定义的要求需要采纳协议的类型必须是引用语义而非值语义时，应该采用类类型专属协议。

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protocol SomeClassOnlyProtocol: class, SomeInheritedProtocol {
    // 这里是类类型专属协议的定义部分
}

22.13 协议合成

说明：有时候需要同时采纳多个协议，你可以将多个协议采用 protocol<SomeProtocol, AnotherProtocol> 这样的格式进行组合，作为一种临时协议存在，这个过程称为 协议合成。
语法：可以在 protocol<> 中罗列任意多个你想要采纳的协议，以,分隔。
注意：协议合成并不会生成新的、永久的协议类型，而是将多个协议中的要求合成到一个只在局部作用域有效的临时协议中。

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// 协议1
protocol Named {
    var name: String { get }
}
// 协议2
protocol Aged {
    var age: Int { get }
}

// 实现两个协议
struct Person: Named, Aged {
    var name: String
    var age: Int
}

/**
* 协议合成
* @param {protocol<Named, Aged>} celebrator 实现了两种协议的类型的实例
*/
func wishHappyBirthday(celebrator: protocol<Named, Aged>) {
    print("Happy birthday \(celebrator.name) - you're \(celebrator.age)!")
}

// 创建实例
let birthdayPerson = Person(name: "Malcolm", age: 21)

// 传递符合两种协议的实例给函数
wishHappyBirthday(birthdayPerson)

22.14 检验协议的一致性

说明：其实就是检验是否符合某协议，或者转换到指定的协议类型。检查和转换到某个协议类型在语法上和类型的检查和转换完全相同

操作符 用途 返回值 备注
is 用来检查实例是否符合某个协议 符合则返回 true，否则返回 false
as? 返回指定协议的可选值 ，当实例符合某个协议时，返回类型为协议类型的可选值，否则返回 nil
as! 将实例强制向下转换到某个协议类型 指定的协议类型 如果强转失败，会引发运行时错误 
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// 协议
protocol HasArea {
    var area: Double { get }
}

// 实现1
class Circle: HasArea {
    let pi = 3.1415927
    var radius: Double
    var area: Double { return pi * radius * radius }
    init(radius: Double) { self.radius = radius }
}

// 实现2
class Country: HasArea {
    var area: Double
    init(area: Double) { self.area = area }
}

// 不实现
class Animal {
    var legs: Int
    init(legs: Int) { self.legs = legs }
}

// 对应实例
let objects: [AnyObject] = [
    Circle(radius: 2.0),
    Country(area: 243_610),
    Animal(legs: 4)
]

// 遍历，使用 as?
for object in objects {
    if let objectWithArea = object as? HasArea {
        print("Area is \(objectWithArea.area)")
    } else {
        print("Something that doesn't have an area")
    }
}

22.15 对可选协议的规定

说明：协议可以定义可选要求，采纳协议的类型可以选择是否实现这些要求。
语法：在协议中使用 optional关键字作为前缀来定义可选要求。

  • 使用可选要求时，它们的类型会自动变成可选的
  • 需要import Foundation

限制：

  • 定义协议：可选的协议要求只能用在标记 @objc 特性的协议中
  • 采纳协议：标记 @objc 特性的协议只能被继承自 Objective-C 类的类或者@objc 类采纳
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import Foundation
/**
* @objc
* 协议：只能被 [继承自 Objective-C 类的类] 或者 [@objc 类]采纳
*/
objc protocol CounterDataSource {
    optional func incrementForCount(count: Int) -> Int
    optional var fixedIncrement: Int { get }
}

// 类
class Counter {
    var count = 0
    var dataSource: CounterDataSource?
    func increment() {
        if let amount = dataSource?.incrementForCount?(count) {
            count += amount
        } else if let amount = dataSource?.fixedIncrement {
            count += amount
        }
    }
}

/**
* 采纳协议
* 继承了 NSObject，所以可以采纳 CounterDataSource
*/
class ThreeSource: NSObject, CounterDataSource {
    let fixedIncrement = 3
}

var counter = Counter()
counter.dataSource = ThreeSource()
for _ in 1...4 {
    counter.increment()
    print(counter.count)
}

22.16 协议扩展

说明：协议可以通过扩展来为采纳协议的类型提供属性、方法以及下标脚本的实现。
优点：扩展协议不但扩展了要求，同时提供了实现。因而无需在每个采纳协议的类型中都重复同样的实现，也无需使用全局函数。

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// 定义协议
protocol RandomNumberGenerator {
    // 实例方法
    func random() -> Double
}

// 采纳协议：线性同余随机数生成器
class LinearCongruentialGenerator: RandomNumberGenerator {
    // 存储上一次生成的随机数
    var lastRandom = 42.0
    let m = 139968.0
    let a = 3877.0
    let c = 29573.0
    // 获取随机数
    func random() -> Double {
        lastRandom = ((lastRandom * a + c) % m)
        return lastRandom / m
    }
}

// 扩展协议（同时提供了实现）
extension RandomNumberGenerator {
    func randomBool() -> Bool {
        return random() > 0.5
    }
}

// 采纳了协议的类型的实例
let generator = LinearCongruentialGenerator()
print("Here's a random number: \(generator.random())")
// 打印 “Here's a random number: 0.37464991998171”
print("And here's a random Boolean: \(generator.randomBool())")

22.16.1 提供默认实现

说明：可以通过协议扩展来为协议要求的属性、方法以及下标脚本提供默认的实现。
注意：如果采纳协议的类型为这些要求提供了自己的实现，那么这些自定义实现将会替代扩展中的默认实现被使用。

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// 扩展协议
extension PrettyTextRepresentable  {
	// 为协议提供一个默认的属性
    var prettyTextualDescription: String {
        return textualDescription
    }
}

22.16.2 为协议扩展添加限制条件

说明：在扩展协议的时候，可以指定一些限制条件，只有采纳协议的类型满足这些限制条件时，才能获得协议扩展提供的默认实现。
语法：这些限制条件写在协议名之后，使用 where 子句来描述.

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// 协议：要求提供一个能描述自身的计算属性
protocol TextRepresentable {
    var textualDescription: String {get}
}

// 结构体（没有声明实现的协议）
struct Hamster {
    var name: String
    var textualDescription: String {
        return "A hamster named \(name)"
    }
}

// 通过扩展补充协议声明
extension Hamster: TextRepresentable {}

// 通过扩展采纳协议
extension CollectionType where Generator.Element: TextRepresentable {
    var textualDescription: String {
        let itemsAsText = self.map { $0.textualDescription }
        return "[" + itemsAsText.joinWithSeparator(", ") + "]"
    }
}

let murrayTheHamster = Hamster(name: "Murray")
let morganTheHamster = Hamster(name: "Morgan")
let mauriceTheHamster = Hamster(name: "Maurice")
let hamsters = [murrayTheHamster, morganTheHamster, mauriceTheHamster]

print(hamsters.textualDescription)