類和結(jié)構(gòu)體 - Classes and Structures

類和結(jié)構(gòu)體

類和結(jié)構(gòu)體是人們構(gòu)建代碼所用的一種通用且靈活的構(gòu)造體。為了在類和結(jié)構(gòu)體中實(shí)現(xiàn)各種功能，我們必須要嚴(yán)格按照常量、變量以及函數(shù)所規(guī)定的語法規(guī)則來定義屬性和添加方法。

與其他編程語言所不同的是，Swift 并不要求你為自定義類和結(jié)構(gòu)去創(chuàng)建獨(dú)立的接口和實(shí)現(xiàn)文件。你所要做的是在一個(gè)單一文件中定義一個(gè)類或者結(jié)構(gòu)體，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)生成面向其它代碼的外部接口。

注意：通常一個(gè)類的實(shí)例被稱為對(duì)象。然而在Swift 中，類和結(jié)構(gòu)體的關(guān)系要比在其他語言中更加的密切，本章中所討論的大部分功能都可以用在類和結(jié)構(gòu)體上。因此，我們會(huì)主要使用實(shí)例而不是對(duì)象。

類和結(jié)構(gòu)體對(duì)比

Swift 中類和結(jié)構(gòu)體有很多共同點(diǎn)。共同處在于：

• 定義屬性用于存儲(chǔ)值
• 定義方法用于提供功能
• 定義附屬腳本用于訪問值
• 定義構(gòu)造器用于生成初始化值
• 通過擴(kuò)展以增加默認(rèn)實(shí)現(xiàn)的功能
• 符合協(xié)議以對(duì)某類提供標(biāo)準(zhǔn)功能

更多信息請(qǐng)參見 屬性，方法，下標(biāo)腳本，初始過程，擴(kuò)展，和協(xié)議。

與結(jié)構(gòu)體相比，類還有如下的附加功能：

• 繼承允許一個(gè)類繼承另一個(gè)類的特征
• 類型轉(zhuǎn)換允許在運(yùn)行時(shí)檢查和解釋一個(gè)類實(shí)例的類型
• 解構(gòu)器允許一個(gè)類實(shí)例釋放任何其所被分配的資源
• 引用計(jì)數(shù)允許對(duì)一個(gè)類的多次引用

更多信息請(qǐng)參見繼承，類型轉(zhuǎn)換，初始化，和自動(dòng)引用計(jì)數(shù)。

注意：結(jié)構(gòu)體總是通過被復(fù)制的方式在代碼中傳遞，因此請(qǐng)不要使用引用計(jì)數(shù)。

定義

類和結(jié)構(gòu)體有著類似的定義方式。我們通過關(guān)鍵字class和struct來分別表示類和結(jié)構(gòu)體，并在一對(duì)大括號(hào)中定義它們的具體內(nèi)容：

    class SomeClass {
        // class definition goes here
    }
    struct SomeStructure {
        // structure definition goes here
    }

注意：在你每次定義一個(gè)新類或者結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，實(shí)際上你是有效地定義了一個(gè)新的 Swift 類型。因此請(qǐng)使用 UpperCamelCase 這種方式來命名（如 SomeClass 和SomeStructure等），以便符合標(biāo)準(zhǔn)Swift 類型的大寫命名風(fēng)格（如String，Int和Bool）。相反的，請(qǐng)使用lowerCamelCase這種方式為屬性和方法命名（如framerate和incrementCount），以便和類區(qū)分。

以下是定義結(jié)構(gòu)體和定義類的示例：

    struct Resolution {
        var width = 0
        var height = 0
    }
    class VideoMode {
        var resolution = Resolution()
        var interlaced = false
        var frameRate = 0.0
        var name: String?
    }

在上面的示例中我們定義了一個(gè)名為Resolution的結(jié)構(gòu)體，用來描述一個(gè)顯示器的像素分辨率。這個(gè)結(jié)構(gòu)體包含了兩個(gè)名為width和height的存儲(chǔ)屬性。存儲(chǔ)屬性是捆綁和存儲(chǔ)在類或結(jié)構(gòu)體中的常量或變量。當(dāng)這兩個(gè)屬性被初始化為整數(shù)0的時(shí)候，它們會(huì)被推斷為Int類型。

在上面的示例中我們還定義了一個(gè)名為VideoMode的類，用來描述一個(gè)視頻顯示器的特定模式。這個(gè)類包含了四個(gè)儲(chǔ)存屬性變量。第一個(gè)是分辨率，它被初始化為一個(gè)新的Resolution結(jié)構(gòu)體的實(shí)例，具有Resolution的屬性類型。新VideoMode實(shí)例同時(shí)還會(huì)初始化其它三個(gè)屬性，它們分別是，初始值為false(意為“non-interlaced video”)的interlaced，回放幀率初始值為0.0的frameRate和值為可選String的name。name屬性會(huì)被自動(dòng)賦予一個(gè)默認(rèn)值nil，意為“沒有name值”，因?yàn)樗且粋€(gè)可選類型。

類和結(jié)構(gòu)體實(shí)例

Resolution結(jié)構(gòu)體和VideoMode類的定義僅描述了什么是Resolution和VideoMode。它們并沒有描述一個(gè)特定的分辨率（resolution）或者視頻模式（video mode）。為了描述一個(gè)特定的分辨率或者視頻模式，我們需要生成一個(gè)它們的實(shí)例。

生成結(jié)構(gòu)體和類實(shí)例的語法非常相似：

    let someResolution = Resolution()
    let someVideoMode = VideoMode()

結(jié)構(gòu)體和類都使用構(gòu)造器語法來生成新的實(shí)例。構(gòu)造器語法的最簡單形式是在結(jié)構(gòu)體或者類的類型名稱后跟隨一個(gè)空括弧，如Resolution()或VideoMode()。通過這種方式所創(chuàng)建的類或者結(jié)構(gòu)體實(shí)例，其屬性均會(huì)被初始化為默認(rèn)值。構(gòu)造過程章節(jié)會(huì)對(duì)類和結(jié)構(gòu)體的初始化進(jìn)行更詳細(xì)的討論。

屬性訪問

通過使用點(diǎn)語法（dot syntax），你可以訪問實(shí)例中所含有的屬性。其語法規(guī)則是，實(shí)例名后面緊跟屬性名，兩者通過點(diǎn)號(hào)(.)連接：

    println("The width of someResolution is \(someResolution.width)")
    // 輸出 "The width of someResolution is 0"

在上面的例子中，someResolution.width引用someResolution的width屬性，返回width的初始值0。

你也可以訪問子屬性，如VideoMode中Resolution屬性的width屬性：

    println("The width of someVideoMode is \(someVideoMode.resolution.width)")
    // 輸出 "The width of someVideoMode is 0"

你也可以使用點(diǎn)語法為屬性變量賦值：

    someVideoMode.resolution.width = 1280
    println("The width of someVideoMode is now \(someVideoMode.resolution.width)")
    // 輸出 "The width of someVideoMode is now 1280"

注意：與 Objective-C 語言不同的是，Swift 允許直接設(shè)置結(jié)構(gòu)體屬性的子屬性。上面的最后一個(gè)例子，就是直接設(shè)置了someVideoMode中resolution屬性的width這個(gè)子屬性，以上操作并不需要重新設(shè)置resolution屬性。

結(jié)構(gòu)體類型的成員逐一構(gòu)造器(Memberwise Initializers for structure Types)

所有結(jié)構(gòu)體都有一個(gè)自動(dòng)生成的成員逐一構(gòu)造器，用于初始化新結(jié)構(gòu)體實(shí)例中成員的屬性。新實(shí)例中各個(gè)屬性的初始值可以通過屬性的名稱傳遞到成員逐一構(gòu)造器之中：

    let vga = Resolution(width:640, height: 480)

與結(jié)構(gòu)體不同，類實(shí)例沒有默認(rèn)的成員逐一構(gòu)造器。構(gòu)造過程章節(jié)會(huì)對(duì)構(gòu)造器進(jìn)行更詳細(xì)的討論。

結(jié)構(gòu)體和枚舉是值類型

值類型被賦予給一個(gè)變量，常數(shù)或者本身被傳遞給一個(gè)函數(shù)的時(shí)候，實(shí)際上操作的是其的拷貝。

在之前的章節(jié)中，我們已經(jīng)大量使用了值類型。實(shí)際上，在 Swift 中，所有的基本類型：整數(shù)（Integer）、浮點(diǎn)數(shù)（floating-point）、布爾值（Booleans）、字符串（string)、數(shù)組（array）和字典（dictionaries），都是值類型，并且都是以結(jié)構(gòu)體的形式在后臺(tái)所實(shí)現(xiàn)。

在 Swift 中，所有的結(jié)構(gòu)體和枚舉都是值類型。這意味著它們的實(shí)例，以及實(shí)例中所包含的任何值類型屬性，在代碼中傳遞的時(shí)候都會(huì)被復(fù)制。

請(qǐng)看下面這個(gè)示例，其使用了前一個(gè)示例中Resolution結(jié)構(gòu)體：

    let hd = Resolution(width: 1920, height: 1080)
    var cinema = hd

在以上示例中，聲明了一個(gè)名為hd的常量，其值為一個(gè)初始化為全高清視頻分辨率（1920 像素寬，1080 像素高）的Resolution實(shí)例。

然后示例中又聲明了一個(gè)名為cinema的變量，其值為之前聲明的hd。因?yàn)?code>Resolution是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，所以cinema的值其實(shí)是hd的一個(gè)拷貝副本，而不是hd本身。盡管hd和cinema有著相同的寬（width）和高（height）屬性，但是在后臺(tái)中，它們是兩個(gè)完全不同的實(shí)例。

下面，為了符合數(shù)碼影院放映的需求（2048 像素寬，1080 像素高），cinema的width屬性需要作如下修改：

    cinema.width = 2048

這里，將會(huì)顯示cinema的width屬性確已改為了2048：

    println("cinema is now  \(cinema.width) pixels wide")
    // 輸出 "cinema is now 2048 pixels wide"

然而，初始的hd實(shí)例中width屬性還是1920：

    println("hd is still \(hd.width ) pixels wide")
    // 輸出 "hd is still 1920 pixels wide"

在將hd賦予給cinema的時(shí)候，實(shí)際上是將hd中所存儲(chǔ)的值（values）進(jìn)行拷貝，然后將拷貝的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到新的cinema實(shí)例中。結(jié)果就是兩個(gè)完全獨(dú)立的實(shí)例碰巧包含有相同的數(shù)值。由于兩者相互獨(dú)立，因此將cinema的width修改為2048并不會(huì)影響hd中的寬（width）。

枚舉也遵循相同的行為準(zhǔn)則：

    enum CompassPoint {
        case North, South, East, West
    }
    var currentDirection = CompassPoint.West
    let rememberedDirection = currentDirection
    currentDirection = .East
    if rememberDirection == .West {
        println("The remembered direction is still .West")
    }
    // 輸出 "The remembered direction is still .West"

上例中rememberedDirection被賦予了currentDirection的值（value），實(shí)際上它被賦予的是值（value）的一個(gè)拷貝。賦值過程結(jié)束后再修改currentDirection的值并不影響rememberedDirection所儲(chǔ)存的原始值（value）的拷貝。

類是引用類型

與值類型不同，引用類型在被賦予到一個(gè)變量、常量或者被傳遞到一個(gè)函數(shù)時(shí)，操作的是引用，其并不是拷貝。因此，引用的是已存在的實(shí)例本身而不是其拷貝。

請(qǐng)看下面這個(gè)示例，其使用了之前定義的VideoMode類：

    let tenEighty = VideoMode()
    tenEighty.resolution = hd
    tenEighty.interlaced = true
    tenEighty.name = "1080i"
    tenEighty.frameRate = 25.0

以上示例中，聲明了一個(gè)名為tenEighty的常量，其引用了一個(gè)VideoMode類的新實(shí)例。在之前的示例中，這個(gè)視頻模式（video mode）被賦予了HD分辨率（1920*1080）的一個(gè)拷貝（hd）。同時(shí)設(shè)置為交錯(cuò)（interlaced）,命名為“1080i”。最后，其幀率是25.0幀每秒。

然后，tenEighty 被賦予名為alsoTenEighty的新常量，同時(shí)對(duì)alsoTenEighty的幀率進(jìn)行修改：

    let alsoTenEighty = tenEighty
    alsoTenEighty.frameRate = 30.0

因?yàn)轭愂且妙愋?，所?code>tenEight和alsoTenEight實(shí)際上引用的是相同的VideoMode實(shí)例。換句話說，它們是同一個(gè)實(shí)例的兩種叫法。

下面，通過查看tenEighty的frameRate屬性，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它正確的顯示了基本VideoMode實(shí)例的新幀率，其值為30.0：

    println("The frameRate property of tenEighty is now \(tenEighty.frameRate)")
    // 輸出 "The frameRate property of theEighty is now 30.0"

需要注意的是tenEighty和alsoTenEighty被聲明為常量（（constants）而不是變量。然而你依然可以改變tenEighty.frameRate和alsoTenEighty.frameRate,因?yàn)檫@兩個(gè)常量本身不會(huì)改變。它們并不存儲(chǔ)這個(gè)VideoMode實(shí)例，在后臺(tái)僅僅是對(duì)VideoMode實(shí)例的引用。所以，改變的是被引用的基礎(chǔ)VideoMode的frameRate參數(shù)，而不改變常量的值。

恒等運(yùn)算符

因?yàn)轭愂且妙愋?，有可能有多個(gè)常量和變量在后臺(tái)同時(shí)引用某一個(gè)類實(shí)例。（對(duì)于結(jié)構(gòu)體和枚舉來說，這并不成立。因?yàn)樗鼈冏鳛橹殿愋?，在被賦予到常量、變量或者傳遞到函數(shù)時(shí)，其值總是會(huì)被拷貝。）

如果能夠判定兩個(gè)常量或者變量是否引用同一個(gè)類實(shí)例將會(huì)很有幫助。為了達(dá)到這個(gè)目的，Swift 內(nèi)建了兩個(gè)恒等運(yùn)算符：

• 等價(jià)于 （ === ）
• 不等價(jià)于 （ !== ）

以下是運(yùn)用這兩個(gè)運(yùn)算符檢測(cè)兩個(gè)常量或者變量是否引用同一個(gè)實(shí)例：

    if tenEighty === alsoTenTighty {
        println("tenTighty and alsoTenEighty refer to the same Resolution instance.")
    }
    //輸出 "tenEighty and alsoTenEighty refer to the same Resolution instance."

請(qǐng)注意“等價(jià)于"（用三個(gè)等號(hào)表示，===） 與“等于"（用兩個(gè)等號(hào)表示，==）的不同：

• “等價(jià)于”表示兩個(gè)類類型（class type）的常量或者變量引用同一個(gè)類實(shí)例。
• “等于”表示兩個(gè)實(shí)例的值“相等”或“相同”，判定時(shí)要遵照類設(shè)計(jì)者定義定義的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，因此相比于“相等”，這是一種更加合適的叫法。

當(dāng)你在定義你的自定義類和結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，你有義務(wù)來決定判定兩個(gè)實(shí)例“相等”的標(biāo)準(zhǔn)。在章節(jié)運(yùn)算符函數(shù)(Operator Functions)中將會(huì)詳細(xì)介紹實(shí)現(xiàn)自定義“等于”和“不等于”運(yùn)算符的流程。

指針

如果你有 C，C++ 或者 Objective-C 語言的經(jīng)驗(yàn)，那么你也許會(huì)知道這些語言使用指針來引用內(nèi)存中的地址。一個(gè) Swift 常量或者變量引用一個(gè)引用類型的實(shí)例與 C 語言中的指針類似，不同的是并不直接指向內(nèi)存中的某個(gè)地址，而且也不要求你使用星號(hào)（*）來表明你在創(chuàng)建一個(gè)引用。Swift 中這些引用與其它的常量或變量的定義方式相同。

類和結(jié)構(gòu)體的選擇

在你的代碼中，你可以使用類和結(jié)構(gòu)體來定義你的自定義數(shù)據(jù)類型。

然而，結(jié)構(gòu)體實(shí)例總是通過值傳遞，類實(shí)例總是通過引用傳遞。這意味兩者適用不同的任務(wù)。當(dāng)你在考慮一個(gè)工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)構(gòu)造和功能的時(shí)候，你需要決定每個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)造是定義成類還是結(jié)構(gòu)體。

按照通用的準(zhǔn)則，當(dāng)符合一條或多條以下條件時(shí)，請(qǐng)考慮構(gòu)建結(jié)構(gòu)體：

• 結(jié)構(gòu)體的主要目的是用來封裝少量相關(guān)簡單數(shù)據(jù)值。
• 有理由預(yù)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)體實(shí)例在賦值或傳遞時(shí)，封裝的數(shù)據(jù)將會(huì)被拷貝而不是被引用。
• 任何在結(jié)構(gòu)體中儲(chǔ)存的值類型屬性，也將會(huì)被拷貝，而不是被引用。
• 結(jié)構(gòu)體不需要去繼承另一個(gè)已存在類型的屬性或者行為。

合適的結(jié)構(gòu)體候選者包括：

• 幾何形狀的大小，封裝一個(gè)width屬性和height屬性，兩者均為Double類型。
• 一定范圍內(nèi)的路徑，封裝一個(gè)start屬性和length屬性，兩者均為Int類型。
• 三維坐標(biāo)系內(nèi)一點(diǎn)，封裝x，y和z屬性，三者均為Double類型。

在所有其它案例中，定義一個(gè)類，生成一個(gè)它的實(shí)例，并通過引用來管理和傳遞。實(shí)際中，這意味著絕大部分的自定義數(shù)據(jù)構(gòu)造都應(yīng)該是類，而非結(jié)構(gòu)體。

集合（Collection）類型的賦值和拷貝行為

Swift 中字符串（String）,數(shù)組（Array）和字典（Dictionary）類型均以結(jié)構(gòu)體的形式實(shí)現(xiàn)。這意味著String，Array，Dictionary類型數(shù)據(jù)被賦值給新的常量(或變量），或者被傳入函數(shù)（或方法）中時(shí)，它們的值會(huì)發(fā)生拷貝行為（值傳遞方式）。

Objective-C中字符串（NSString）,數(shù)組（NSArray）和字典（NSDictionary）類型均以類的形式實(shí)現(xiàn)，這與Swfit中以值傳遞方式是不同的。NSString，NSArray，NSDictionary在發(fā)生賦值或者傳入函數(shù)（或方法）時(shí)，不會(huì)發(fā)生值拷貝，而是傳遞已存在實(shí)例的引用。

注意：以上是對(duì)于數(shù)組，字典，字符串和其它值的拷貝的描述。在你的代碼中，拷貝好像是確實(shí)是在有拷貝行為的地方產(chǎn)生過。然而，在 Swift 的后臺(tái)中，只有確有必要，實(shí)際（actual）拷貝才會(huì)被執(zhí)行。Swift 管理所有的值拷貝以確保性能最優(yōu)化的性能，所以你也沒有必要去避免賦值以保證最優(yōu)性能。（實(shí)際賦值由系統(tǒng)管理優(yōu)化）