Swift编程：多态、类型转换、类与结构体差异及属性详解

### Swift编程：多态、类型转换、类与结构体差异及属性详解 #### 1. 多态与类型转换 多态意味着一个对象可以有多种形式。例如，每个僵尸（Zombie）也是一个怪物（Monster），因为僵尸继承自怪物，所以可以把僵尸实例当作怪物来处理，但反过来不一定安全。 ```swift let fredTheZombie: Monster = Zombie() fredTheZombie.town = myTown fredTheZombie.terrorizeTown() fredTheZombie.town?.printDescription() ``` 这里声明了一个`Monster`类型的变量`fredTheZombie`，但存储了一个`Zombie`类型的值。编译器根据声明的变量类型来决定后续可以对该变量进行的操作。只要只对变量执行怪物相关的操作，编译器就会认为这是可行的。 当尝试访问仅存在于`Zombie`中的属性时，会出现编译器错误： ```swift let fredTheZombie: Monster = Zombie() fredTheZombie.town = myTown fredTheZombie.terrorizeTown() fredTheZombie.town?.printDescription() fredTheZombie.walksWithLimp = true ``` 可以使用`as`关键字进行类型转换。从更通用的类型（超类）转换为更具体的类型（子类）称为向下转换，这是不安全的。有两种转换方式： - **强制转换（`as!`）**：如果尝试访问实例没有的属性，程序会在转换处崩溃。 ```swift (fredTheZombie as! Zombie).walksWithLimp = true ``` - **条件转换（`as?`）**：如果转换在运行时失败，转换表达式将返回`nil`，这通常是更安全的选择。 ```swift (fredTheZombie as? Zombie)?.walksWithLimp = true ``` 从子类转换为其超类称为向上转换，这总是安全的，使用`as`关键字即可。还可以使用`is`关键字在运行时检查实例的类型： ```swift if fredTheZombie is Zombie { print("I knew it!") } ``` 多态和类型转换也适用于函数。接受`Monster`类型参数的函数可以接受`Zombie`类型的参数，但反之则可能需要不安全的类型转换。 #### 2. 类与结构体的差异 类和结构体的一个显著区别是类支持继承，而结构体不支持。但更本质的区别在于内存管理。 结构体和枚举是值类型，当复制一个结构体变量时，会复制整个实例。例如： ```swift var myTown = Town() var yourTown = myTown myTown.changePopulation(by: 500) print("myTown has \(myTown.population) and yourTown has \(yourTown.population)") ``` `yourTown`是`myTown`的一个副本，修改`myTown`的人口不会影响`yourTown`。 类是引用类型，类变量只存储对实例实际存储位置的引用。例如： ```swift var frederickTheZombie = fredTheZombie frederickTheZombie.name = "Frederick" print("Fred's name is \(fredTheZombie.name)") ``` 这里`frederickTheZombie`和`fredTheZombie`引用同一个僵尸实例，修改`frederickTheZombie`的名字会影响`fredTheZombie`。 类的实例方法不需要使用`mutating`关键字，因为`self`已经是对实例的引用，而不是副本。 ```mermaid graph LR A[类型] --> B[值类型（结构体、枚举）] A --> C[引用类型（类）] B --> D[复制整个实例] C --> E[存储引用] ``` #### 3. 挑战任务 - **青铜挑战**：修复程序中的一个bug。当僵尸袭击人口少于10的城镇时，城镇人口会变为负数。修改`Town`类的`changePopulation(by:)`方法，确保城镇人口不会为负数。 - **白银挑战**：创建`Monster`的另一个子类`Vampire`，添加`thralls`属性来存储吸血鬼的奴隶。重写`terrorizeTown()`方法，在城镇有人的情况下，捕获一个镇民并将其变成吸血鬼奴隶，同时减少城镇人口。 #### 4. 类型方法 除了实例方法，还可以定义类型方法，用于处理类型级别的信息。 对于值类型，使用`static`关键字定义类型方法： ```swift struct Square { static func numberOfSides() -> Int { return 4 } } ``` 对于类，使用`class`关键字定义类型方法： ```swift class Zombie: Monster { class func makeSpookyNoise() -> String { return "Brains..." } } ``` 子类可以重写类方法。如果不想让子类重写类方法，可以使用`static`或`final class`关键字。 类型方法可以调用其他类型方法，甚至可以处理类型属性，但不能调用实