Swift泛型与协议扩展深度解析

### Swift 泛型与协议扩展深度解析 #### 1. 泛型中 `where` 子句的类型约束 在 Swift 里，`where` 关键字功能强大，它不仅能在循环或 `switch` 语句里施加约束，还能在函数声明时对泛型参数或返回类型进一步约束。下面是一个给 `Stack<Element>` 添加方法的例子，该方法可把数组中的每个元素压入栈中： ```swift struct Stack<Element>: Sequence { // 其他代码... mutating func pushAll(_ array: [Element]) { for item in array { self.push(item) } } } // 使用示例 for value in myStack { print("for-in loop: got \(value)") } myStack.pushAll([1, 2, 3]) for value in myStack { print("after pushing: got \(value)") } ``` 不过，`pushAll(_:)` 方法虽有用，但通用性欠佳。因为任何符合 `Sequence` 协议的类型都能用于 `for-in` 循环，所以该方法不应局限于数组，而应能接受任何序列，像同样符合 `Sequence` 协议的 `Stack` 也可。 但首次尝试修改会在调用 `self.push(_:)` 时产生编译时类型错误： ```swift struct Stack<Element>: Sequence { // 其他代码... mutating func pushAll<S: Sequence>(_ sequence: S) { for item in sequence { self.push(item) } } } ``` 这里把 `pushAll(_:)` 方法泛型化，用占位类型 `S` 表示符合 `Sequence` 协议的类型，虽能保证可用 `for-in` 循环遍历，但还不够。要把序列中的元素压入栈，需确保序列元素类型与栈元素类型匹配，即添加约束：序列 `S` 产生的元素类型为 `Element`。Swift 借助 `where` 子句支持此类约束： ```swift struct Stack<Element>: Sequence { // 其他代码... mutating func pushAll<S: Sequence>(_ sequence: S) where S.Element == Element { for item in sequence { self.push(item) } } } ``` 此时，占位类型 `S` 要符合 `Sequence` 协议且满足 `where` 子句要求。`S.Element` 指序列 `S` 关联的 `Element` 类型，约束 `S.Element == Element` 要求 `Element` 关联类型的具体类型与栈的 `Element` 占位类型具体类型匹配。 下面是使用示例： ```swift var myOtherStack = Stack<Int>() myOtherStack.pushAll([1, 2, 3]) myStack.pushAll(myOtherStack) for value in myStack { print("after pushing items onto stack, got \(value)") } ``` 需注意，若协议有关联类型，当前不能把该协议用作变量或函数声明中的类型。例如，`Sequence` 有关联类型 `Element`，以下代码无法编译： ```swift func printElements(from sequence: Sequence) { for item in sequence { print(item) } } ``` 不过，可把协议用作泛型类型约束： ```swift func printElements<S: Sequence>(from sequence: S) { for element in sequence { print(element) } } ``` #### 2. 泛型组合与不透明类型 泛型数据结构可通过协议相互组合，构建能优雅描述复杂概念的类型系统。例如，字典数组的组合类型可能是 `Array<Dictionary<String,Int>>`。有时，我们想隐藏组合的一些实现细节。 下面以餐厅里饥肠辘辘的人点烤面包为例。先定义 `Food` 协议和符合该协议的食物： ```swift protocol Food { var menuListing: String { get } } struct Bread: Food { var kind = "sourdough" var menuListing: String { "\(kind) bread" } } func eat<T: Food>(_ food: T) { print("I sure love \(food.menuListing).") } eat(Bread()) ``` 接着定义餐厅结构体及嵌套结构体，用于定义餐厅可能制作的食物的准备方式： ```swift struct Restaurant { struct SlicedFood<Ingredient: Food>: Food { var food: Ingredient var menuListing: String { "a slice of \(food.menuListing)" } } struct CookedFood<Ingredient: Food>: Food { var food: Ingredient var menuListing: String { "\(food.menuListing), cooked to perfection" } } func makeSlicedBread() -> SlicedFood<Bread> { return SlicedFood(food: Bread()) } func makeToast() -> Coo ```