泛型

1.0 翻譯：takalard 校對(duì)：lifedim

2.0 翻譯+校對(duì)： SergioChan

2.1 校對(duì)：shanks，2015-11-01

2.2：翻譯+校對(duì)：Lanford，2016-04-08 SketchK 2016-05-16

3.0：翻譯+校對(duì)：chenmingjia，2016-09-12
3.0.1，shanks，2016-11-13

3.1：翻譯：qhd，2017-04-10

4.0 翻譯+校對(duì)：kemchenj 2017-09-21

本頁(yè)包含內(nèi)容：

• 泛型所解決的問(wèn)題
• 泛型函數(shù)
• 類(lèi)型參數(shù)
• 命名類(lèi)型參數(shù)
• 泛型類(lèi)型
• 擴(kuò)展一個(gè)泛型類(lèi)型
• 類(lèi)型約束
• 關(guān)聯(lián)類(lèi)型
• 泛型 Where 語(yǔ)句
• 具有泛型 where 子句的擴(kuò)展
• 具有泛型 Where 子句的關(guān)聯(lián)類(lèi)型
• 泛型下標(biāo)

泛型代碼讓你能夠根據(jù)自定義的需求，編寫(xiě)出適用于任意類(lèi)型、靈活可重用的函數(shù)及類(lèi)型。它能讓你避免代碼的重復(fù)，用一種清晰和抽象的方式來(lái)表達(dá)代碼的意圖。

泛型是 Swift 最強(qiáng)大的特性之一，許多 Swift 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)是通過(guò)泛型代碼構(gòu)建的。事實(shí)上，泛型的使用貫穿了整本語(yǔ)言手冊(cè)，只是你可能沒(méi)有發(fā)現(xiàn)而已。例如，Swift 的 Array 和 Dictionary 都是泛型集合。你可以創(chuàng)建一個(gè) Int 數(shù)組，也可創(chuàng)建一個(gè) String 數(shù)組，甚至可以是任意其他 Swift 類(lèi)型的數(shù)組。同樣的，你也可以創(chuàng)建存儲(chǔ)任意指定類(lèi)型的字典。

泛型所解決的問(wèn)題

下面是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的非泛型函數(shù) swapTwoInts(_:_:)，用來(lái)交換兩個(gè) Int 值：

func swapTwoInts(_ a: inout Int, _ b: inout Int) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

這個(gè)函數(shù)使用輸入輸出參數(shù)（inout）來(lái)交換 a 和 b 的值，請(qǐng)參考輸入輸出參數(shù)。

swapTwoInts(_:_:) 函數(shù)交換 b 的原始值到 a，并交換 a 的原始值到 b。你可以調(diào)用這個(gè)函數(shù)交換兩個(gè) Int 變量的值：

var someInt = 3
var anotherInt = 107
swapTwoInts(&someInt, &anotherInt)
print("someInt is now \(someInt), and anotherInt is now \(anotherInt)")
// 打印 “someInt is now 107, and anotherInt is now 3”

誠(chéng)然，swapTwoInts(_:_:) 函數(shù)挺有用，但是它只能交換 Int 值，如果你想要交換兩個(gè) String 值或者 Double值，就不得不寫(xiě)更多的函數(shù)，例如 swapTwoStrings(_:_:) 和 swapTwoDoubles(_:_:)，如下所示：

func swapTwoStrings(_ a: inout String, _ b: inout String) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

func swapTwoDoubles(_ a: inout Double, _ b: inout Double) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

你可能注意到 swapTwoInts(_:_:)、swapTwoStrings(_:_:) 和 swapTwoDoubles(_:_:) 的函數(shù)功能都是相同的，唯一不同之處就在于傳入的變量類(lèi)型不同，分別是 Int、String 和 Double。

在實(shí)際應(yīng)用中，通常需要一個(gè)更實(shí)用更靈活的函數(shù)來(lái)交換兩個(gè)任意類(lèi)型的值，幸運(yùn)的是，泛型代碼幫你解決了這種問(wèn)題。（這些函數(shù)的泛型版本已經(jīng)在下面定義好了。）

注意
在上面三個(gè)函數(shù)中，a 和 b 類(lèi)型必須相同。如果 a 和 b 類(lèi)型不同，那它們倆就不能互換值。Swift 是類(lèi)型安全的語(yǔ)言，所以它不允許一個(gè) String 類(lèi)型的變量和一個(gè) Double 類(lèi)型的變量互換值。試圖這樣做將導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤。

泛型函數(shù)

泛型函數(shù)可以適用于任何類(lèi)型，下面的 swapTwoValues(_:_:) 函數(shù)是上面三個(gè)函數(shù)的泛型版本：

func swapTwoValues<T>(_ a: inout T, _ b: inout T) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

swapTwoValues(_:_:) 的函數(shù)主體和 swapTwoInts(_:_:) 函數(shù)是一樣的，它們只在第一行有點(diǎn)不同，如下所示：

func swapTwoInts(_ a: inout Int, _ b: inout Int)
func swapTwoValues<T>(_ a: inout T, _ b: inout T)

這個(gè)函數(shù)的泛型版本使用了占位類(lèi)型名（在這里用字母 T 來(lái)表示）來(lái)代替實(shí)際類(lèi)型名（例如 Int、String 或 Double）。占位類(lèi)型名沒(méi)有指明 T 必須是什么類(lèi)型，但是它指明了 a 和 b 必須是同一類(lèi)型 T，無(wú)論 T 代表什么類(lèi)型。只有 swapTwoValues(_:_:) 函數(shù)在調(diào)用時(shí)，才會(huì)根據(jù)所傳入的實(shí)際類(lèi)型決定 T 所代表的類(lèi)型。

泛型函數(shù)和非泛型函數(shù)的另外一個(gè)不同之處，在于這個(gè)泛型函數(shù)名（swapTwoValues(_:_:)）后面跟著占位類(lèi)型名（T），并用尖括號(hào)括起來(lái)（<T>）。這個(gè)尖括號(hào)告訴 Swift 那個(gè) T 是 swapTwoValues(_:_:) 函數(shù)定義內(nèi)的一個(gè)占位類(lèi)型名，因此 Swift 不會(huì)去查找名為 T 的實(shí)際類(lèi)型。

swapTwoValues(_:_:) 函數(shù)現(xiàn)在可以像 swapTwoInts(_:_:) 那樣調(diào)用，不同的是它能接受兩個(gè)任意類(lèi)型的值，條件是這兩個(gè)值有著相同的類(lèi)型。swapTwoValues(_:_:) 函數(shù)被調(diào)用時(shí)，T 所代表的類(lèi)型都會(huì)由傳入的值的類(lèi)型推斷出來(lái)。

在下面的兩個(gè)例子中，T 分別代表 Int 和 String：

var someInt = 3
var anotherInt = 107
swapTwoValues(&someInt, &anotherInt)
// someInt 現(xiàn)在 107, and anotherInt 現(xiàn)在 3

var someString = "hello"
var anotherString = "world"
swapTwoValues(&someString, &anotherString)
// someString 現(xiàn)在 "world", and anotherString 現(xiàn)在 "hello"

注意
上面定義的 swapTwoValues(_:_:) 函數(shù)是受 swap(_:_:) 函數(shù)啟發(fā)而實(shí)現(xiàn)的。后者存在于 Swift 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，你可以在你的應(yīng)用程序中使用它。如果你在代碼中需要類(lèi)似 swapTwoValues(_:_:) 函數(shù)的功能，你可以使用已存在的 swap(_:_:) 函數(shù)。

類(lèi)型參數(shù)

在上面的 swapTwoValues(_:_:) 例子中，占位類(lèi)型 T 是類(lèi)型參數(shù)的一個(gè)例子。類(lèi)型參數(shù)指定并命名一個(gè)占位類(lèi)型，并且緊隨在函數(shù)名后面，使用一對(duì)尖括號(hào)括起來(lái)（例如 <T>）。

一旦一個(gè)類(lèi)型參數(shù)被指定，你可以用它來(lái)定義一個(gè)函數(shù)的參數(shù)類(lèi)型（例如 swapTwoValues(_:_:) 函數(shù)中的參數(shù) a 和 b），或者作為函數(shù)的返回類(lèi)型，還可以用作函數(shù)主體中的注釋類(lèi)型。在這些情況下，類(lèi)型參數(shù)會(huì)在函數(shù)調(diào)用時(shí)被實(shí)際類(lèi)型所替換。（在上面的 swapTwoValues(_:_:) 例子中，當(dāng)函數(shù)第一次被調(diào)用時(shí)，T 被 Int 替換，第二次調(diào)用時(shí)，被 String 替換。）

你可提供多個(gè)類(lèi)型參數(shù)，將它們都寫(xiě)在尖括號(hào)中，用逗號(hào)分開(kāi)。

命名類(lèi)型參數(shù)

在大多數(shù)情況下，類(lèi)型參數(shù)具有一個(gè)描述性名字，例如 Dictionary<Key, Value> 中的 Key 和 Value，以及 Array<Element> 中的 Element，這可以告訴閱讀代碼的人這些類(lèi)型參數(shù)和泛型函數(shù)之間的關(guān)系。然而，當(dāng)它們之間沒(méi)有有意義的關(guān)系時(shí)，通常使用單個(gè)字母來(lái)命名，例如 T、U、V，正如上面演示的 swapTwoValues(_:_:) 函數(shù)中的 T 一樣。

注意
請(qǐng)始終使用大寫(xiě)字母開(kāi)頭的駝峰命名法（例如 T 和 MyTypeParameter）來(lái)為類(lèi)型參數(shù)命名，以表明它們是占位類(lèi)型，而不是一個(gè)值。

泛型類(lèi)型

除了泛型函數(shù)，Swift 還允許你定義泛型類(lèi)型。這些自定義類(lèi)、結(jié)構(gòu)體和枚舉可以適用于任何類(lèi)型，類(lèi)似于 Array 和 Dictionary。

這部分內(nèi)容將向你展示如何編寫(xiě)一個(gè)名為 Stack （棧）的泛型集合類(lèi)型。棧是一系列值的有序集合，和 Array 類(lèi)似，但它相比 Swift 的 Array 類(lèi)型有更多的操作限制。數(shù)組允許在數(shù)組的任意位置插入新元素或是刪除其中任意位置的元素。而棧只允許在集合的末端添加新的元素（稱之為入棧）。類(lèi)似的，棧也只能從末端移除元素（稱之為出棧）。

注意
棧的概念已被 UINavigationController 類(lèi)用來(lái)構(gòu)造視圖控制器的導(dǎo)航結(jié)構(gòu)。你通過(guò)調(diào)用 UINavigationController 的 pushViewController(_:animated:) 方法來(lái)添加新的視圖控制器到導(dǎo)航棧，通過(guò) popViewControllerAnimated(_:) 方法來(lái)從導(dǎo)航棧中移除視圖控制器。每當(dāng)你需要一個(gè)嚴(yán)格的“后進(jìn)先出”方式來(lái)管理集合，棧都是最實(shí)用的模型。

下圖展示了一個(gè)棧的入棧（push）和出棧（pop）的行為：

1. 現(xiàn)在有三個(gè)值在棧中。
2. 第四個(gè)值被壓入到棧的頂部。
3. 現(xiàn)在有四個(gè)值在棧中，最近入棧的那個(gè)值在頂部。
4. 棧中最頂部的那個(gè)值被移除出棧。
5. 一個(gè)值移除出棧后，現(xiàn)在棧又只有三個(gè)值了。

下面展示了如何編寫(xiě)一個(gè)非泛型版本的棧，以 Int 型的棧為例：

struct IntStack {
    var items = [Int]()
    mutating func push(_ item: Int) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Int {
        return items.removeLast()
    }
}

這個(gè)結(jié)構(gòu)體在棧中使用一個(gè)名為 items 的 Array 屬性來(lái)存儲(chǔ)值。Stack 提供了兩個(gè)方法：push(_:) 和 pop()，用來(lái)向棧中壓入值以及從棧中移除值。這些方法被標(biāo)記為 mutating，因?yàn)樗鼈冃枰薷慕Y(jié)構(gòu)體的 items 數(shù)組。

上面的 IntStack 結(jié)構(gòu)體只能用于 Int 類(lèi)型。不過(guò)，可以定義一個(gè)泛型 Stack 結(jié)構(gòu)體，從而能夠處理任意類(lèi)型的值。

下面是相同代碼的泛型版本：

struct Stack<Element> {
    var items = [Element]()
    mutating func push(_ item: Element) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Element {
        return items.removeLast()
    }
}

注意，Stack 基本上和 IntStack 相同，只是用占位類(lèi)型參數(shù) Element 代替了實(shí)際的 Int 類(lèi)型。這個(gè)類(lèi)型參數(shù)包裹在緊隨結(jié)構(gòu)體名的一對(duì)尖括號(hào)里（<Element>）。

Element 為待提供的類(lèi)型定義了一個(gè)占位名。這種待提供的類(lèi)型可以在結(jié)構(gòu)體的定義中通過(guò) Element 來(lái)引用。在這個(gè)例子中，Element 在如下三個(gè)地方被用作占位符：

• 創(chuàng)建 items 屬性，使用 Element 類(lèi)型的空數(shù)組對(duì)其進(jìn)行初始化。
• 指定 push(_:) 方法的唯一參數(shù) item 的類(lèi)型必須是 Element 類(lèi)型。
• 指定 pop() 方法的返回值類(lèi)型必須是 Element 類(lèi)型。

由于 Stack 是泛型類(lèi)型，因此可以用來(lái)創(chuàng)建 Swift 中任意有效類(lèi)型的棧，就像 Array 和 Dictionary 那樣。

你可以通過(guò)在尖括號(hào)中寫(xiě)出棧中需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類(lèi)型來(lái)創(chuàng)建并初始化一個(gè) Stack 實(shí)例。例如，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè) String 類(lèi)型的棧，可以寫(xiě)成 Stack<String>()：

var stackOfStrings = Stack<String>()
stackOfStrings.push("uno")
stackOfStrings.push("dos")
stackOfStrings.push("tres")
stackOfStrings.push("cuatro")
// 棧中現(xiàn)在有 4 個(gè)字符串

下圖展示了 stackOfStrings 如何將這四個(gè)值入棧：

移除并返回棧頂部的值 "cuatro"，即將其出棧：

let fromTheTop = stackOfStrings.pop()
// fromTheTop 的值為 "cuatro"，現(xiàn)在棧中還有 3 個(gè)字符串

下圖展示了 stackOfStrings 如何將頂部的值出棧：

擴(kuò)展一個(gè)泛型類(lèi)型

當(dāng)你擴(kuò)展一個(gè)泛型類(lèi)型的時(shí)候，你并不需要在擴(kuò)展的定義中提供類(lèi)型參數(shù)列表。原始類(lèi)型定義中聲明的類(lèi)型參數(shù)列表在擴(kuò)展中可以直接使用，并且這些來(lái)自原始類(lèi)型中的參數(shù)名稱會(huì)被用作原始定義中類(lèi)型參數(shù)的引用。

下面的例子擴(kuò)展了泛型類(lèi)型 Stack，為其添加了一個(gè)名為 topItem 的只讀計(jì)算型屬性，它將會(huì)返回當(dāng)前棧頂端的元素而不會(huì)將其從棧中移除：

extension Stack {
    var topItem: Element? {
        return items.isEmpty ? nil : items[items.count - 1]
    }
}

topItem 屬性會(huì)返回一個(gè) Element 類(lèi)型的可選值。當(dāng)棧為空的時(shí)候，topItem 會(huì)返回 nil；當(dāng)棧不為空的時(shí)候，topItem 會(huì)返回 items 數(shù)組中的最后一個(gè)元素。

注意，這個(gè)擴(kuò)展并沒(méi)有定義一個(gè)類(lèi)型參數(shù)列表。相反的，Stack 類(lèi)型已有的類(lèi)型參數(shù)名稱 Element，被用在擴(kuò)展中來(lái)表示計(jì)算型屬性 topItem 的可選類(lèi)型。

計(jì)算型屬性 topItem 現(xiàn)在可以用來(lái)訪問(wèn)任意 Stack 實(shí)例的頂端元素且不移除它：

if let topItem = stackOfStrings.topItem {
    print("The top item on the stack is \(topItem).")
}
// 打印 “The top item on the stack is tres.”

類(lèi)型約束

swapTwoValues(_:_:) 函數(shù)和 Stack 類(lèi)型可以作用于任何類(lèi)型。不過(guò)，有的時(shí)候如果能將使用在泛型函數(shù)和泛型類(lèi)型中的類(lèi)型添加一個(gè)特定的類(lèi)型約束，將會(huì)是非常有用的。類(lèi)型約束可以指定一個(gè)類(lèi)型參數(shù)必須繼承自指定類(lèi)，或者符合一個(gè)特定的協(xié)議或協(xié)議組合。

例如，Swift 的 Dictionary 類(lèi)型對(duì)字典的鍵的類(lèi)型做了些限制。在字典的描述中，字典的鍵的類(lèi)型必須是可哈希（hashable）的。也就是說(shuō)，必須有一種方法能夠唯一地表示它。Dictionary 的鍵之所以要是可哈希的，是為了便于檢查字典是否已經(jīng)包含某個(gè)特定鍵的值。若沒(méi)有這個(gè)要求，Dictionary 將無(wú)法判斷是否可以插入或者替換某個(gè)指定鍵的值，也不能查找到已經(jīng)存儲(chǔ)在字典中的指定鍵的值。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，一個(gè)類(lèi)型約束被強(qiáng)制加到 Dictionary 的鍵類(lèi)型上，要求其鍵類(lèi)型必須符合 Hashable 協(xié)議，這是 Swift 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中定義的一個(gè)特定協(xié)議。所有的 Swift 基本類(lèi)型（例如 String、Int、Double 和 Bool）默認(rèn)都是可哈希的。

當(dāng)你創(chuàng)建自定義泛型類(lèi)型時(shí)，你可以定義你自己的類(lèi)型約束，這些約束將提供更為強(qiáng)大的泛型編程能力。抽象概念，例如可哈希的，描述的是類(lèi)型在概念上的特征，而不是它們的顯式類(lèi)型。

類(lèi)型約束語(yǔ)法

你可以在一個(gè)類(lèi)型參數(shù)名后面放置一個(gè)類(lèi)名或者協(xié)議名，并用冒號(hào)進(jìn)行分隔，來(lái)定義類(lèi)型約束，它們將成為類(lèi)型參數(shù)列表的一部分。對(duì)泛型函數(shù)添加類(lèi)型約束的基本語(yǔ)法如下所示（作用于泛型類(lèi)型時(shí)的語(yǔ)法與之相同）：

func someFunction<T: SomeClass, U: SomeProtocol>(someT: T, someU: U) {
    // 這里是泛型函數(shù)的函數(shù)體部分
}

上面這個(gè)函數(shù)有兩個(gè)類(lèi)型參數(shù)。第一個(gè)類(lèi)型參數(shù) T，有一個(gè)要求 T 必須是 SomeClass 子類(lèi)的類(lèi)型約束；第二個(gè)類(lèi)型參數(shù) U，有一個(gè)要求 U 必須符合 SomeProtocol 協(xié)議的類(lèi)型約束。

類(lèi)型約束實(shí)踐

這里有個(gè)名為 findIndex(ofString:in:) 的非泛型函數(shù)，該函數(shù)的功能是在一個(gè) String 數(shù)組中查找給定 String 值的索引。若查找到匹配的字符串，findIndex(ofString:in:) 函數(shù)返回該字符串在數(shù)組中的索引值，否則返回 nil：

func findIndex(ofString valueToFind: String, in array: [String]) -> Int? {
    for (index, value) in array.enumerated() {
        if value == valueToFind {
            return index
        }
    }
    return nil
}

findIndex(ofString:in:) 函數(shù)可以用于查找字符串?dāng)?shù)組中的某個(gè)字符串：

let strings = ["cat", "dog", "llama", "parakeet", "terrapin"]
if let foundIndex = findIndex(ofString: "llama", in: strings) {
    print("The index of llama is \(foundIndex)")
}
// 打印 “The index of llama is 2”

如果只能查找字符串在數(shù)組中的索引，用處不是很大。不過(guò)，你可以用占位類(lèi)型 T 替換 String 類(lèi)型來(lái)寫(xiě)出具有相同功能的泛型函數(shù) findIndex(_:_:)。

下面展示了 findIndex(ofString:in:) 函數(shù)的泛型版本 findIndex(ofString:in:)。請(qǐng)注意這個(gè)函數(shù)返回值的類(lèi)型仍然是 Int?，這是因?yàn)楹瘮?shù)返回的是一個(gè)可選的索引數(shù)，而不是從數(shù)組中得到的一個(gè)可選值。需要提醒的是，這個(gè)函數(shù)無(wú)法通過(guò)編譯，原因會(huì)在例子后面說(shuō)明：

func findIndex<T>(of valueToFind: T, in array:[T]) -> Int? {
    for (index, value) in array.enumerated() {
        if value == valueToFind {
            return index
        }
    }
    return nil
}

上面所寫(xiě)的函數(shù)無(wú)法通過(guò)編譯。問(wèn)題出在相等性檢查上，即 "if value == valueToFind"。不是所有的 Swift 類(lèi)型都可以用等式符（==）進(jìn)行比較。比如說(shuō)，如果你創(chuàng)建一個(gè)自定義的類(lèi)或結(jié)構(gòu)體來(lái)表示一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型，那么 Swift 無(wú)法猜到對(duì)于這個(gè)類(lèi)或結(jié)構(gòu)體而言“相等”意味著什么。正因如此，這部分代碼無(wú)法保證適用于每個(gè)可能的類(lèi)型 T，當(dāng)你試圖編譯這部分代碼時(shí)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的錯(cuò)誤。

不過(guò)，所有的這些并不會(huì)讓我們無(wú)從下手。Swift 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中定義了一個(gè) Equatable 協(xié)議，該協(xié)議要求任何遵循該協(xié)議的類(lèi)型必須實(shí)現(xiàn)等式符（==）及不等符(!=)，從而能對(duì)該類(lèi)型的任意兩個(gè)值進(jìn)行比較。所有的 Swift 標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型自動(dòng)支持 Equatable 協(xié)議。

任何 Equatable 類(lèi)型都可以安全地使用在 findIndex(of:in:) 函數(shù)中，因?yàn)槠浔ＷC支持等式操作符。為了說(shuō)明這個(gè)事實(shí)，當(dāng)你定義一個(gè)函數(shù)時(shí)，你可以定義一個(gè) Equatable 類(lèi)型約束作為類(lèi)型參數(shù)定義的一部分：

func findIndex<T: Equatable>(of valueToFind: T, in array:[T]) -> Int? {
    for (index, value) in array.enumerated() {
        if value == valueToFind {
            return index
        }
    }
    return nil
}

findIndex(of:in:) 唯一的類(lèi)型參數(shù)寫(xiě)做 T: Equatable，也就意味著“任何符合 Equatable 協(xié)議的類(lèi)型 T ”。

findIndex(of:in:) 函數(shù)現(xiàn)在可以成功編譯了，并且可以作用于任何符合 Equatable 的類(lèi)型，如 Double 或 String：

let doubleIndex = findIndex(of: 9.3, in: [3.14159, 0.1, 0.25])
// doubleIndex 類(lèi)型為 Int?，其值為 nil，因?yàn)?9.3 不在數(shù)組中
let stringIndex = findIndex(of: "Andrea", in: ["Mike", "Malcolm", "Andrea"])
// stringIndex 類(lèi)型為 Int?，其值為 2

關(guān)聯(lián)類(lèi)型

定義一個(gè)協(xié)議時(shí)，有的時(shí)候聲明一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)類(lèi)型作為協(xié)議定義的一部分將會(huì)非常有用。關(guān)聯(lián)類(lèi)型為協(xié)議中的某個(gè)類(lèi)型提供了一個(gè)占位名（或者說(shuō)別名），其代表的實(shí)際類(lèi)型在協(xié)議被采納時(shí)才會(huì)被指定。你可以通過(guò) associatedtype 關(guān)鍵字來(lái)指定關(guān)聯(lián)類(lèi)型。

關(guān)聯(lián)類(lèi)型實(shí)踐

下面例子定義了一個(gè) Container 協(xié)議，該協(xié)議定義了一個(gè)關(guān)聯(lián)類(lèi)型 ItemType：

protocol Container {
    associatedtype ItemType
    mutating func append(_ item: ItemType)
    var count: Int { get }
    subscript(i: Int) -> ItemType { get }
}

Container 協(xié)議定義了三個(gè)任何采納了該協(xié)議的類(lèi)型（即容器）必須提供的功能：

• 必須可以通過(guò) append(_:) 方法添加一個(gè)新元素到容器里。
• 必須可以通過(guò) count 屬性獲取容器中元素的數(shù)量，并返回一個(gè) Int 值。
• 必須可以通過(guò)索引值類(lèi)型為 Int 的下標(biāo)檢索到容器中的每一個(gè)元素。

這個(gè)協(xié)議沒(méi)有指定容器中元素該如何存儲(chǔ)，以及元素必須是何種類(lèi)型。這個(gè)協(xié)議只指定了三個(gè)任何遵從 Container 協(xié)議的類(lèi)型必須提供的功能。遵從協(xié)議的類(lèi)型在滿足這三個(gè)條件的情況下也可以提供其他額外的功能。

任何遵從 Container 協(xié)議的類(lèi)型必須能夠指定其存儲(chǔ)的元素的類(lèi)型，必須保證只有正確類(lèi)型的元素可以加進(jìn)容器中，必須明確通過(guò)其下標(biāo)返回的元素的類(lèi)型。

為了定義這三個(gè)條件，Container 協(xié)議需要在不知道容器中元素的具體類(lèi)型的情況下引用這種類(lèi)型。Container 協(xié)議需要指定任何通過(guò) append(_:) 方法添加到容器中的元素和容器中的元素是相同類(lèi)型，并且通過(guò)容器下標(biāo)返回的元素的類(lèi)型也是這種類(lèi)型。

為了達(dá)到這個(gè)目的，Container 協(xié)議聲明了一個(gè)關(guān)聯(lián)類(lèi)型 ItemType，寫(xiě)作 associatedtype ItemType。這個(gè)協(xié)議無(wú)法定義 ItemType 是什么類(lèi)型的別名，這個(gè)信息將留給遵從協(xié)議的類(lèi)型來(lái)提供。盡管如此，ItemType 別名提供了一種方式來(lái)引用 Container 中元素的類(lèi)型，并將之用于 append(_:) 方法和下標(biāo)，從而保證任何 Container 的行為都能夠正如預(yù)期地被執(zhí)行。

下面是先前的非泛型的 IntStack 類(lèi)型，這一版本采納并符合了 Container 協(xié)議：

struct IntStack: Container {
    // IntStack 的原始實(shí)現(xiàn)部分
    var items = [Int]()
    mutating func push(_ item: Int) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Int {
        return items.removeLast()
    }
    // Container 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)部分
    typealias ItemType = Int
    mutating func append(_ item: Int) {
        self.push(item)
    }
    var count: Int {
        return items.count
    }
    subscript(i: Int) -> Int {
        return items[i]
    }
}

IntStack 結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)了 Container 協(xié)議的三個(gè)要求，其原有功能也不會(huì)和這些要求相沖突。

此外，IntStack 在實(shí)現(xiàn) Container 的要求時(shí)，指定 ItemType 為 Int 類(lèi)型，即 typealias ItemType = Int，從而將 Container 協(xié)議中抽象的 ItemType 類(lèi)型轉(zhuǎn)換為具體的 Int 類(lèi)型。

由于 Swift 的類(lèi)型推斷，你實(shí)際上不用在 IntStack 的定義中聲明 ItemType 為 Int。因?yàn)?IntStack 符合 Container 協(xié)議的所有要求，Swift 只需通過(guò) append(_:) 方法的 item 參數(shù)類(lèi)型和下標(biāo)返回值的類(lèi)型，就可以推斷出 ItemType 的具體類(lèi)型。事實(shí)上，如果你在上面的代碼中刪除了 typealias ItemType = Int 這一行，一切仍舊可以正常工作，因?yàn)?Swift 清楚地知道 ItemType 應(yīng)該是哪種類(lèi)型。

你也可以讓泛型 Stack 結(jié)構(gòu)體遵從 Container 協(xié)議：

struct Stack<Element>: Container {
    // Stack<Element> 的原始實(shí)現(xiàn)部分
    var items = [Element]()
    mutating func push(_ item: Element) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Element {
        return items.removeLast()
    }
    // Container 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)部分
    mutating func append(_ item: Element) {
        self.push(item)
    }
    var count: Int {
        return items.count
    }
    subscript(i: Int) -> Element {
        return items[i]
    }
}

這一次，占位類(lèi)型參數(shù) Element 被用作 append(_:) 方法的 item 參數(shù)和下標(biāo)的返回類(lèi)型。Swift 可以據(jù)此推斷出 Element 的類(lèi)型即是 ItemType 的類(lèi)型。

通過(guò)擴(kuò)展一個(gè)存在的類(lèi)型來(lái)指定關(guān)聯(lián)類(lèi)型

通過(guò)擴(kuò)展添加協(xié)議一致性中描述了如何利用擴(kuò)展讓一個(gè)已存在的類(lèi)型符合一個(gè)協(xié)議，這包括使用了關(guān)聯(lián)類(lèi)型的協(xié)議。

Swift 的 Array 類(lèi)型已經(jīng)提供 append(_:) 方法，一個(gè) count 屬性，以及一個(gè)接受 Int 類(lèi)型索引值的下標(biāo)用以檢索其元素。這三個(gè)功能都符合 Container 協(xié)議的要求，也就意味著你只需簡(jiǎn)單地聲明 Array 采納該協(xié)議就可以擴(kuò)展 Array，使其遵從 Container 協(xié)議。你可以通過(guò)一個(gè)空擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，正如通過(guò)擴(kuò)展采納協(xié)議中的描述：

extension Array: Container {}

如同上面的泛型 Stack 結(jié)構(gòu)體一樣，Array 的 append(_:) 方法和下標(biāo)確保了 Swift 可以推斷出 ItemType 的類(lèi)型。定義了這個(gè)擴(kuò)展后，你可以將任意 Array 當(dāng)作 Container 來(lái)使用。

約束關(guān)聯(lián)類(lèi)型

你可以給協(xié)議里的關(guān)聯(lián)類(lèi)型添加類(lèi)型注釋，讓遵守協(xié)議的類(lèi)型必須遵循這個(gè)約束條件。例如，下面的代碼定義了一個(gè) Item 必須遵循 Equatable 的 Container 類(lèi)型：

protocol Container {
    associatedtype Item: Equatable
    mutating func append(_ item: Item)
    var count: Int { get }
    subscript(i: Int) -> Item { get }
}

為了遵守了 Container 協(xié)議，Item 類(lèi)型也必須遵守 Equatable 協(xié)議。

泛型 where 語(yǔ)句

類(lèi)型約束讓你能夠?yàn)榉盒秃瘮?shù)，下標(biāo)，類(lèi)型的類(lèi)型參數(shù)定義一些強(qiáng)制要求。

為關(guān)聯(lián)類(lèi)型定義約束也是非常有用的。你可以在參數(shù)列表中通過(guò) where 子句為關(guān)聯(lián)類(lèi)型定義約束。你能通過(guò) where 子句要求一個(gè)關(guān)聯(lián)類(lèi)型遵從某個(gè)特定的協(xié)議，以及某個(gè)特定的類(lèi)型參數(shù)和關(guān)聯(lián)類(lèi)型必須類(lèi)型相同。你可以通過(guò)將 where 關(guān)鍵字緊跟在類(lèi)型參數(shù)列表后面來(lái)定義 where 子句，where 子句后跟一個(gè)或者多個(gè)針對(duì)關(guān)聯(lián)類(lèi)型的約束，以及一個(gè)或多個(gè)類(lèi)型參數(shù)和關(guān)聯(lián)類(lèi)型間的相等關(guān)系。你可以在函數(shù)體或者類(lèi)型的大括號(hào)之前添加 where 子句。

下面的例子定義了一個(gè)名為 allItemsMatch 的泛型函數(shù)，用來(lái)檢查兩個(gè) Container 實(shí)例是否包含相同順序的相同元素。如果所有的元素能夠匹配，那么返回 true，否則返回 false。

被檢查的兩個(gè) Container 可以不是相同類(lèi)型的容器（雖然它們可以相同），但它們必須擁有相同類(lèi)型的元素。這個(gè)要求通過(guò)一個(gè)類(lèi)型約束以及一個(gè) where 子句來(lái)表示：

func allItemsMatch<C1: Container, C2: Container> (_ someContainer: C1, _ anotherContainer: C2) -> Bool
    where C1.ItemType == C2.ItemType, C1.ItemType: Equatable {

        // 檢查兩個(gè)容器含有相同數(shù)量的元素
        if someContainer.count != anotherContainer.count {
            return false
        }

        // 檢查每一對(duì)元素是否相等
        for i in 0..<someContainer.count {
            if someContainer[i] != anotherContainer[i] {
                return false
            }
        }

        // 所有元素都匹配，返回 true
        return true
}

這個(gè)函數(shù)接受 someContainer 和 anotherContainer 兩個(gè)參數(shù)。參數(shù) someContainer 的類(lèi)型為 C1，參數(shù) anotherContainer 的類(lèi)型為 C2。C1 和 C2 是容器的兩個(gè)占位類(lèi)型參數(shù)，函數(shù)被調(diào)用時(shí)才能確定它們的具體類(lèi)型。

這個(gè)函數(shù)的類(lèi)型參數(shù)列表還定義了對(duì)兩個(gè)類(lèi)型參數(shù)的要求：

• C1 必須符合 Container 協(xié)議（寫(xiě)作 C1: Container）。
• C2 必須符合 Container 協(xié)議（寫(xiě)作 C2: Container）。
• C1 的 ItemType 必須和 C2 的 ItemType類(lèi)型相同（寫(xiě)作 C1.ItemType == C2.ItemType）。
• C1 的 ItemType 必須符合 Equatable 協(xié)議（寫(xiě)作 C1.ItemType: Equatable）。

第三個(gè)和第四個(gè)要求被定義為一個(gè) where 子句，寫(xiě)在關(guān)鍵字 where 后面，它們也是泛型函數(shù)類(lèi)型參數(shù)列表的一部分。

這些要求意味著：

• someContainer 是一個(gè) C1 類(lèi)型的容器。
• anotherContainer 是一個(gè) C2 類(lèi)型的容器。
• someContainer 和 anotherContainer 包含相同類(lèi)型的元素。
• someContainer 中的元素可以通過(guò)不等于操作符（!=）來(lái)檢查它們是否彼此不同。

第三個(gè)和第四個(gè)要求結(jié)合起來(lái)意味著 anotherContainer 中的元素也可以通過(guò) != 操作符來(lái)比較，因?yàn)樗鼈兒?someContainer 中的元素類(lèi)型相同。

這些要求讓 allItemsMatch(_:_:) 函數(shù)能夠比較兩個(gè)容器，即使它們的容器類(lèi)型不同。

allItemsMatch(_:_:) 函數(shù)首先檢查兩個(gè)容器是否擁有相同數(shù)量的元素，如果它們的元素?cái)?shù)量不同，那么一定不匹配，函數(shù)就會(huì)返回 false。

進(jìn)行這項(xiàng)檢查之后，通過(guò) for-in 循環(huán)和半閉區(qū)間操作符（..<）來(lái)迭代每個(gè)元素，檢查 someContainer 中的元素是否不等于 anotherContainer 中的對(duì)應(yīng)元素。如果兩個(gè)元素不相等，那么兩個(gè)容器不匹配，函數(shù)返回 false。

如果循環(huán)體結(jié)束后未發(fā)現(xiàn)任何不匹配的情況，表明兩個(gè)容器匹配，函數(shù)返回 true。

下面演示了 allItemsMatch(_:_:) 函數(shù)的使用：

var stackOfStrings = Stack<String>()
stackOfStrings.push("uno")
stackOfStrings.push("dos")
stackOfStrings.push("tres")

var arrayOfStrings = ["uno", "dos", "tres"]

if allItemsMatch(stackOfStrings, arrayOfStrings) {
    print("All items match.")
} else {
    print("Not all items match.")
}
// 打印 “All items match.”

上面的例子創(chuàng)建了一個(gè) Stack 實(shí)例來(lái)存儲(chǔ)一些 String 值，然后將三個(gè)字符串壓入棧中。這個(gè)例子還通過(guò)數(shù)組字面量創(chuàng)建了一個(gè) Array 實(shí)例，數(shù)組中包含同棧中一樣的三個(gè)字符串。即使棧和數(shù)組是不同的類(lèi)型，但它們都遵從 Container 協(xié)議，而且它們都包含相同類(lèi)型的值。因此你可以用這兩個(gè)容器作為參數(shù)來(lái)調(diào)用 allItemsMatch(_:_:) 函數(shù)。在上面的例子中，allItemsMatch(_:_:) 函數(shù)正確地顯示了這兩個(gè)容器中的所有元素都是相互匹配的。

具有泛型 where 子句的擴(kuò)展

你也可以使用泛型 where 子句作為擴(kuò)展的一部分?；谝郧暗睦樱旅娴氖纠龜U(kuò)展了泛型 Stack 結(jié)構(gòu)體，添加一個(gè) isTop(_:) 方法。

extension Stack where Element: Equatable {
    func isTop(_ item: Element) -> Bool {
        guard let topItem = items.last else {
            return false
        }
        return topItem == item
    }
}

這個(gè)新的 isTop(_:) 方法首先檢查這個(gè)棧是不是空的，然后比較給定的元素與棧頂部的元素。如果你嘗試不用泛型 where 子句，會(huì)有一個(gè)問(wèn)題：在 isTop(_:) 里面使用了 == 運(yùn)算符，但是 Stack 的定義沒(méi)有要求它的元素是符合 Equatable 協(xié)議的，所以使用 == 運(yùn)算符導(dǎo)致編譯時(shí)錯(cuò)誤。使用泛型 where 子句可以為擴(kuò)展添加新的條件，因此只有當(dāng)棧中的元素符合 Equatable 協(xié)議時(shí)，擴(kuò)展才會(huì)添加 isTop(_:) 方法。

以下是 isTop(_:) 方法的調(diào)用方式：

if stackOfStrings.isTop("tres") {
    print("Top element is tres.")
} else {
    print("Top element is something else.")
}
// 打印 "Top element is tres."

如果嘗試在其元素不符合 Equatable 協(xié)議的棧上調(diào)用 isTop(_:) 方法，則會(huì)收到編譯時(shí)錯(cuò)誤。

struct NotEquatable { }
var notEquatableStack = Stack<NotEquatable>()
let notEquatableValue = NotEquatable()
notEquatableStack.push(notEquatableValue)
notEquatableStack.isTop(notEquatableValue)  // 報(bào)錯(cuò)

你可以使用泛型 where 子句去擴(kuò)展一個(gè)協(xié)議。基于以前的示例，下面的示例擴(kuò)展了 Container 協(xié)議，添加一個(gè) startsWith(_:) 方法。

extension Container where Item: Equatable {
    func startsWith(_ item: Item) -> Bool {
        return count >= 1 && self[0] == item
    }
}

這個(gè) startsWith(_:) 方法首先確保容器至少有一個(gè)元素，然后檢查容器中的第一個(gè)元素是否與給定的元素相等。任何符合 Container 協(xié)議的類(lèi)型都可以使用這個(gè)新的 startsWith(_:) 方法，包括上面使用的棧和數(shù)組，只要容器的元素是符合 Equatable 協(xié)議的。

if [9, 9, 9].startsWith(42) {
    print("Starts with 42.")
} else {
    print("Starts with something else.")
}
// 打印 "Starts with something else."

上述示例中的泛型 where 子句要求 Item 符合協(xié)議，但也可以編寫(xiě)一個(gè)泛型 where 子句去要求 Item 為特定類(lèi)型。例如：

extension Container where Item == Double {
    func average() -> Double {
        var sum = 0.0
        for index in 0..<count {
            sum += self[index]
        }
        return sum / Double(count)
    }
}
print([1260.0, 1200.0, 98.6, 37.0].average())
// 打印 "648.9"

此示例將一個(gè) average() 方法添加到 Item 類(lèi)型為 Double 的容器中。此方法遍歷容器中的元素將其累加，并除以容器的數(shù)量計(jì)算平均值。它將數(shù)量從 Int 轉(zhuǎn)換為 Double 確保能夠進(jìn)行浮點(diǎn)除法。

就像可以在其他地方寫(xiě)泛型 where 子句一樣，你可以在一個(gè)泛型 where 子句中包含多個(gè)條件作為擴(kuò)展的一部分。用逗號(hào)分隔列表中的每個(gè)條件。

具有泛型 where 子句的關(guān)聯(lián)類(lèi)型

你可以在關(guān)聯(lián)類(lèi)型后面加上具有泛型 where 的字句。例如，建立一個(gè)包含迭代器（Iterator）的容器，就像是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中使用的 Sequence 協(xié)議那樣。你應(yīng)該這么寫(xiě)：

protocol Container {
    associatedtype Item
    mutating func append(_ item: Item)
    var count: Int { get }
    subscript(i: Int) -> Item { get }

    associatedtype Iterator: IteratorProtocol where Iterator.Element == Item
    func makeIterator() -> Iterator
}

迭代器（Iterator）的泛型 where 子句要求：無(wú)論迭代器是什么類(lèi)型，迭代器中的元素類(lèi)型，必須和容器項(xiàng)目的類(lèi)型保持一致。makeIterator() 則提供了容器的迭代器的訪問(wèn)接口。

一個(gè)協(xié)議繼承了另一個(gè)協(xié)議，你通過(guò)在協(xié)議聲明的時(shí)候，包含泛型 where 子句，來(lái)添加了一個(gè)約束到被繼承協(xié)議的關(guān)聯(lián)類(lèi)型。例如，下面的代碼聲明了一個(gè) ComparableContainer 協(xié)議，它要求所有的 Item 必須是 Comparable 的。

protocol ComparableContainer: Container where Item: Comparable { }

泛型下標(biāo)

下標(biāo)能夠是泛型的，他們能夠包含泛型 where 子句。你可以把占位符類(lèi)型的名稱寫(xiě)在 subscript 后面的尖括號(hào)里，在下標(biāo)代碼體開(kāi)始的標(biāo)志的花括號(hào)之前寫(xiě)下泛型 where 子句。例如：

extension Container {
    subscript<Indices: Sequence>(indices: Indices) -> [Item]
        where Indices.Iterator.Element == Int {
            var result = [Item]()
            for index in indices {
                result.append(self[index])
            }
            return result
    }
}

這個(gè) Container 協(xié)議的擴(kuò)展添加了一個(gè)下標(biāo)方法，接收一個(gè)索引的集合，返回每一個(gè)索引所在的值的數(shù)組。這個(gè)泛型下標(biāo)的約束如下：

這個(gè) Container 協(xié)議的擴(kuò)展添加了一個(gè)下標(biāo)：下標(biāo)是一個(gè)序列的索引，返回的則是索引所在的項(xiàng)目的值所構(gòu)成的數(shù)組。這個(gè)泛型下標(biāo)的約束如下：

• 在尖括號(hào)中的泛型參數(shù) Indices，必須是符合標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的 Sequence 協(xié)議的類(lèi)型。
• 下標(biāo)使用的單一的參數(shù)，indices，必須是 Indices 的實(shí)例。
• 泛型 where 子句要求 Sequence（Indices）的迭代器，其所有的元素都是 Int 類(lèi)型。這樣就能確保在序列（Sequence）中的索引和容器(Container)里面的索引類(lèi)型是一致的。

綜合一下，這些約束意味著，傳入到 indices 下標(biāo)，是一個(gè)整型的序列. (譯者：原來(lái)的 Container 協(xié)議，subscript 必須是 Int 型的，擴(kuò)展中新的 subscript，允許下標(biāo)是一個(gè)的序列，而非單一的值。)