Swift 4.0 新特性

WWDC 2017 帶來了很多驚喜，在這次大會上，Swift 4 也伴隨著 Xcode 9 測試版來到了我們的麵前，雖然正式版要8月底9月初才會公布，但很多強大的新特性正吸引我們去學習它。根據大會上已經開放的新特性，先一睹為快。

體驗

Swift 4包含在Xcode 9中，您可以從Apple的開發者門戶下載最新版本的Xcode 9（您必須擁有一個活躍的開發者帳戶）。每個Xcode測試版將在發布時捆綁最新的Swift 4快照。在閱讀時，您會注意到[SE-xxxx]格式的鏈接。這些鏈接將帶您到相關的Swift Evolution提案。如果您想了解有關任何主題的更多信息，請務必查看。

版本遷移

由於Swift 4新增了很多的新的語法特性，這些語法和思想完全區別於Swift 3及以下版本。因此，使用Swift遷移工具將為您處理大部分更改，在Xcode中，您可以導航到編輯/轉換/到當前Swift語法…以啟動轉換工具。

語法改進

extension 中可以訪問 private 的屬性

例如有如下代碼：

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
    }
}

上麵代碼定義了一個 Date 結構體，並實現 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。

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。所以，在 Swift 3 中必須把 private 改為 fileprivate。但是如果用 fileprivate，屬性的作用域就會更大，可能會不小心造成屬性的濫用。

struct Date {
    fileprivate let secondsSinceReferenceDate: Double
}
...

而在 Swift 4 中，private 的屬性的作用域擴大到了 extension 中，並且被限定在了 struct 和 extension 內部，這樣就不需要再改成 fileprivate 了。

類型和協議的組合類型

考慮以下如下代碼：

protocol Shakeable {
    func shake()
}

extension UIButton: Shakeable { /* ... */ }
extension UISlider: Shakeable { /* ... */ }

func shakeEm(controls: [???]) {
    for control in controls where control.state.isEnabled {
    }
    control.shake()
}

？？？處怎麼寫呢？在Swift 3中可以這麼寫。

func shakeEm(controls: [UIControl]) {
    for control in controls where control.isEnabled {
        if control is Shakeable {
            (control as! Shakeable).shake()
        }
    }
}

在Swift 4中，如果將類型和協議用 & 組合在一起使用，代碼就可以這麼寫了。

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
}

Associated Type 追加Where 約束語句

在 Swift 4 中可以在 associated type 後麵聲明的類型後追加 where 語句，其語法格式如下：

associatedtype Element where <xxx>

下麵是 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餘的類型判斷。

Key Paths 語法

先來看看Swift 3的Key Paths語法：

@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)

在Swift 4中上麵的代碼可以這樣寫：

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

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，以前的下標語法就隻能返回 Any，在取出值後需要用 as? 來轉換類型。在Swift 4中，下標也可以使用泛型。

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

字符串

Unicode 字符串

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 字符和上麵一撇字符組合在一起表示 \u{65}\u{301}。例如：

這個 family 是一個由多個字符組合成的字符，打印出來的結果為一個家庭。上麵的代碼在 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，對於英語、法語、德語、西班牙語的處理速度提高了 3.5 倍。對於簡體中文、日語的處理速度提高了 2.5 倍。

去掉了 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)
}

在Swift 4 可以把上麵代碼中的所有的 characters 都去掉：

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。例如：

let values = "abcdefg"
let startSlicingIndex = values.index(values.startIndex, offsetBy: 3)
let subvalues = values[startSlicingIndex...] // One-sided Slicing
// defg

將String 當做 Collection 來用

Swift 4 中 String 可以當做 Collection 來用，並不是因為 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

遍曆字符

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 的背後有個 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，由於原字符串的 Buffer 被子字符串的 Owner Object 持有了，原字符串 Buffer 並不會釋放，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() 包一層，係統會通過複製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。例如：

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

多行字符串字麵量

Swift 3 中寫很長的字符串隻能寫在一行。

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")

字符串中間有換行隻能通過添加 \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")

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。Swift 4 中引入了 Codable 幫我們解決了這個問題，這和Java等麵向對象語言有異曲同工之妙。例如：

struct Language: Codable {
    var name: String
    var version: Int
}

想讓這個 Language 對象的實例持久化，隻需要讓 Language 符合 Codable 協議即可，Language 中不用寫別的代碼。符合了 Codable 協議以後，可以選擇把對象 encode 成 JSON 或者 PropertyList。

Encode操作

let swift = Language(name: "Swift", version: 4)
if let encoded = try? JSONEncoder().encode(swift) {
    // 把 encoded 保存起來
}

Decode操作

if let decoded = try? JSONDecoder().decode(Language.self, from: encoded) {
    print(decoded.name)
}

Sequence

在Swift 3中，

protocol Sequence {
    associatedtype Iterator: IteratorProtocol
    func makeIterator() -> Iterator
}

由於 Swift 4 中的 associatedtype 支持追加 where 語句，所以 Sequence 做了這樣的改進。

protocol Sequence {
    associatedtype Element
    associatedtype Iterator: IteratorProtocol where Iterator.Element == Element
    func makeIterator() -> Iterator
}

Swift 4 中獲取 Sequence 的元素類型可以不用 Iterator.Element，而是直接取 Element。例如：

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。

Protocol-oriented integers

整數類型的協議也做了修改，新增了 FixedWidthInteger 等協議，具體的協議繼承關係如下：

Dictionary and Set enhancements

這裏簡單的羅列了Dictionary 和 Set 增強的功能點：

通過 Sequence 來初始化；
可以包含重複的 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

在 Swift 4 中，把一個值為 999 的 NSNumber 轉換為 UInt8 後，能正確的返回 nil，而在 Swift 3 中會不可預料的返回 231。

let n = NSNumber(value: 999)
let v = n as? UInt8 // Swift 4: nil, Swift 3: 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]

Xcode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

對於 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，然後把 Swift 要調用的 Objective-C 類的頭文件都寫在裏麵，編譯器會讀取 Bridging Headers 中的頭文件，然後生成一個龐大的 Swift 文件，文件內容是這些頭文件內的 API 的 Swift 版本。然後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 以後，編譯器會在預編譯階段把 Bridging Headers 編譯一次，然後插入到每個 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 對於 Swift 和 Objective-C 混合編譯的速度提高了 40%）。

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，這裏的 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並分配內存空間。

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
    }
}

例如，上麵的代碼中，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，例如當一個類繼承於 NSObject，那麼這個類的所有方法都會被隱式的加上 @objc。這樣很多並不需要暴露給 Objective-C 也被加上了 @objc。大量 @objc 會導致二進製文件大小的增加。

class MyClass: NSObject {
    func print() { ... } // 包含隱式的 @objc
    func show() { ... } // 包含隱式的 @objc
}

在 Swift 4 中，隱式 @objc 自動推斷隻會發生在很少的當必須要使用 @objc 的情況，比如：

複寫父類的 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 自動推斷後，Apple Music app 的包大小減少了 5.7%。

兼容

Xcode 9 中同時集成了 Swift 3.2 和 Swift 4。

Swift 3.2 完全兼容 Swift 3.1，並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 後能獲得 Swift 4 所有的新特性，並且性能比 Swift 3.2 好。

當 Xcode 正式版發布後，現有的 Swift 代碼可以直接升級到 Swift 3.2 而不用做任何改動，後續可以再遷移到 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。

參考資料：

最後更新：2017-08-15 22:32:36

Swift 4.0 新特性

體驗

版本遷移

語法改進

extension 中可以訪問 private 的屬性

類型和協議的組合類型

Associated Type 追加Where 約束語句

Key Paths 語法

下標支持泛型

字符串

Unicode 字符串

更快的字符處理速度

去掉了 characters

One-sided Slicing

將String 當做 Collection 來用

Substring

多行字符串字麵量

Swift 標準庫

Encoding and Decoding

Sequence

Protocol-oriented integers

Dictionary and Set enhancements

NSNumber

MutableCollection.swapAt(::)

Xcode改進

New Build System

預編譯 Bridging Headers 文件

COW Existential Containers

移除未調用的協議實現

減少隱式 @objc 自動推斷

兼容

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去掉了 characters

One-sided Slicing

將String 當做 Collection 來用

Substring

多行字符串字麵量

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Sequence

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