結(jié)構(gòu)體和類

結(jié)構(gòu)體和類作為一種通用而又靈活的結(jié)構(gòu)，成為了人們構(gòu)建代碼的基礎(chǔ)。你可以使用定義常量、變量和函數(shù)的語法，為你的結(jié)構(gòu)體和類定義屬性、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的結(jié)構(gòu)體和類的接口與實現(xiàn)代碼分別創(chuàng)建文件。你只需在單一的文件中定義一個結(jié)構(gòu)體或者類，系統(tǒng)將會自動生成面向其它代碼的外部接口。

注意

通常一個類的實例被稱為對象。然而相比其他語言，Swift 中結(jié)構(gòu)體和類的功能更加相近，本章中所討論的大部分功能都可以用在結(jié)構(gòu)體或者類上。因此，這里會使用實例這個更通用的術(shù)語。

結(jié)構(gòu)體和類對比

Swift 中結(jié)構(gòu)體和類有很多共同點。兩者都可以：

• 定義屬性用于存儲值
• 定義方法用于提供功能
• 定義下標(biāo)操作用于通過下標(biāo)語法訪問它們的值
• 定義構(gòu)造器用于設(shè)置初始值
• 通過擴展以增加默認實現(xiàn)之外的功能
• 遵循協(xié)議以提供某種標(biāo)準(zhǔn)功能

更多信息請參見 屬性、方法、下標(biāo)、構(gòu)造過程、擴展 和 協(xié)議。

與結(jié)構(gòu)體相比，類還有如下的附加功能：

• 繼承允許一個類繼承另一個類的特征
• 類型轉(zhuǎn)換允許在運行時檢查和解釋一個類實例的類型
• 析構(gòu)器允許一個類實例釋放任何其所被分配的資源
• 引用計數(shù)允許對一個類的多次引用

更多信息請參見 繼承、類型轉(zhuǎn)換、析構(gòu)過程 和 自動引用計數(shù)。

類支持的附加功能是以增加復(fù)雜性為代價的。作為一般準(zhǔn)則，優(yōu)先使用結(jié)構(gòu)體，因為它們更容易理解，僅在適當(dāng)或必要時才使用類。實際上，這意味著你的大多數(shù)自定義數(shù)據(jù)類型都會是結(jié)構(gòu)體和枚舉。更多詳細的比較參見 在結(jié)構(gòu)和類之間進行選擇。

類型定義的語法

結(jié)構(gòu)體和類有著相似的定義方式。你通過 struct 關(guān)鍵字引入結(jié)構(gòu)體，通過 class 關(guān)鍵字引入類，并將它們的具體定義放在一對大括號中：

struct SomeStructure {
    // 在這里定義結(jié)構(gòu)體
}
class SomeClass {
    // 在這里定義類
}

注意

每當(dāng)你定義一個新的結(jié)構(gòu)體或者類時，你都是定義了一個新的 Swift 類型。請使用 UpperCamelCase 這種方式來命名類型（如這里的 SomeClass 和 SomeStructure），以便符合標(biāo)準(zhǔn) Swift 類型的大寫命名風(fēng)格（如 String，Int 和 Bool）。請使用 lowerCamelCase 這種方式來命名屬性和方法（如 frameRate 和 incrementCount），以便和類型名區(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?
}

在上面的示例中定義了一個名為 Resolution 的結(jié)構(gòu)體，用來描述基于像素的分辨率。這個結(jié)構(gòu)體包含了名為 width 和 height 的兩個存儲屬性。存儲屬性是與結(jié)構(gòu)體或者類綁定的，并存儲在其中的常量或變量。當(dāng)這兩個屬性被初始化為整數(shù) 0 的時候，它們會被推斷為 Int 類型。

在上面的示例還定義了一個名為 VideoMode 的類，用來描述視頻顯示器的某個特定視頻模式。這個類包含了四個可變的存儲屬性。第一個， resolution，被初始化為一個新的 Resolution 結(jié)構(gòu)體的實例，屬性類型被推斷為 Resolution。新 VideoMode 實例同時還會初始化其它三個屬性，它們分別是初始值為 false 的 interlaced（意為“非隔行視頻”），初始值為 0.0 的 frameRate，以及值為可選 String 的 name。因為 name 是一個可選類型，它會被自動賦予一個默認值 nil，意為“沒有 name 值”。

結(jié)構(gòu)體和類的實例

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特定的分辨率（resolution）或者視頻模式（video mode）。為此，你需要創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體或者類的一個實例。

創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體和類實例的語法非常相似：

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

結(jié)構(gòu)體和類都使用構(gòu)造器語法來創(chuàng)建新的實例。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對空括號，如 Resolution() 或 VideoMode()。通過這種方式所創(chuàng)建的類或者結(jié)構(gòu)體實例，其屬性均會被初始化為默認值。構(gòu)造過程 章節(jié)會對類和結(jié)構(gòu)體的初始化進行更詳細的討論。

屬性訪問

你可以通過使用點語法訪問實例的屬性。其語法規(guī)則是，實例名后面緊跟屬性名，兩者以點號（.）分隔，不帶空格：

print("The width of someResolution is \(someResolution.width)")
// 打印 "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：

print("The width of someVideoMode is \(someVideoMode.resolution.width)")
// 打印 "The width of someVideoMode is 0"

你也可以使用點語法為可變屬性賦值：

someVideoMode.resolution.width = 1280
print("The width of someVideoMode is now \(someVideoMode.resolution.width)")
// 打印 "The width of someVideoMode is now 1280"

結(jié)構(gòu)體類型的成員逐一構(gòu)造器

所有結(jié)構(gòu)體都有一個自動生成的成員逐一構(gòu)造器，用于初始化新結(jié)構(gòu)體實例中成員的屬性。新實例中各個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，類實例沒有默認的成員逐一構(gòu)造器。構(gòu)造過程 章節(jié)會對構(gòu)造器進行更詳細的討論。

結(jié)構(gòu)體和枚舉是值類型

值類型是這樣一種類型，當(dāng)它被賦值給一個變量、常量或者被傳遞給一個函數(shù)的時候，其值會被拷貝。

在之前的章節(jié)中，你已經(jīng)大量使用了值類型。實際上，Swift 中所有的基本類型：整數(shù)（integer）、浮點數(shù)（floating-point number）、布爾值（boolean）、字符串（string)、數(shù)組（array）和字典（dictionary），都是值類型，其底層也是使用結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)的。

Swift 中所有的結(jié)構(gòu)體和枚舉類型都是值類型。這意味著它們的實例，以及實例中所包含的任何值類型的屬性，在代碼中傳遞的時候都會被復(fù)制。

注意

標(biāo)準(zhǔn)庫定義的集合，例如數(shù)組，字典和字符串，都對復(fù)制進行了優(yōu)化以降低性能成本。新集合不會立即復(fù)制，而是跟原集合共享同一份內(nèi)存，共享同樣的元素。在集合的某個副本要被修改前，才會復(fù)制它的元素。而你在代碼中看起來就像是立即發(fā)生了復(fù)制。

請看下面這個示例，其使用了上一個示例中的 Resolution 結(jié)構(gòu)體：

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

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

然后示例中又聲明了一個名為 cinema 的變量，并將 hd 賦值給它。因為 Resolution 是一個結(jié)構(gòu)體，所以會先創(chuàng)建一個現(xiàn)有實例的副本，然后將副本賦值給 cinema 。盡管 hd 和 cinema 有著相同的寬（width）和高（height），但是在幕后它們是兩個完全不同的實例。

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 屬性被修改為稍微寬一點的 2K 標(biāo)準(zhǔn)：

cinema.width = 2048

查看 cinema 的 width 屬性，它的值確實改為了 2048：

print("cinema is now  \(cinema.width) pixels wide")
// 打印 "cinema is now 2048 pixels wide"

然而，初始的 hd 實例中 width 屬性還是 1920：

print("hd is still \(hd.width) pixels wide")
// 打印 "hd is still 1920 pixels wide"

將 hd 賦值給 cinema 時，hd 中所存儲的值會拷貝到新的 cinema 實例中。結(jié)果就是兩個完全獨立的實例包含了相同的數(shù)值。由于兩者相互獨立，因此將 cinema 的 width 修改為 2048 并不會影響 hd 中的 width 的值，如下圖所示：

枚舉也遵循相同的行為準(zhǔn)則：

enum CompassPoint {
    case north, south, east, west
    mutating func turnNorth() {
        self = .north
    }
}
var currentDirection = CompassPoint.west
let rememberedDirection = currentDirection
currentDirection.turnNorth()

print("The current direction is \(currentDirection)")
print("The remembered direction is \(rememberedDirection)")
// 打印 "The current direction is north"
// 打印 "The remembered direction is west"

當(dāng) rememberedDirection 被賦予了 currentDirection 的值，實際上它被賦予的是值的一個拷貝。賦值過程結(jié)束后再修改 currentDirection 的值并不影響 rememberedDirection 所儲存的原始值的拷貝。

類是引用類型

與值類型不同，引用類型在被賦予到一個變量、常量或者被傳遞到一個函數(shù)時，其值不會被拷貝。因此，使用的是已存在實例的引用，而不是其拷貝。

請看下面這個示例，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，聲明了一個名為 tenEighty 的常量，并讓其引用一個 VideoMode 類的新實例。它的視頻模式（video mode）被賦值為之前創(chuàng)建的 HD 分辨率（1920*1080）的一個拷貝。然后將它設(shè)置為隔行視頻，名字設(shè)為 “1080i”，并將幀率設(shè)置為 25.0 幀每秒。

接下來，將 tenEighty 賦值給一個名為 alsoTenEighty 的新常量，并修改 alsoTenEighty 的幀率：

let alsoTenEighty = tenEighty
alsoTenEighty.frameRate = 30.0

因為類是引用類型，所以 tenEight 和 alsoTenEight 實際上引用的是同一個 VideoMode 實例。換句話說，它們是同一個實例的兩種叫法，如下圖所示：

通過查看 tenEighty 的 frameRate 屬性，可以看到它正確地顯示了底層的 VideoMode 實例的新幀率 30.0：

print("The frameRate property of tenEighty is now \(tenEighty.frameRate)")
// 打印 "The frameRate property of theEighty is now 30.0"

這個例子也顯示了為何引用類型更加難以理解。如果 tenEighty 和 alsoTenEighty 在你代碼中的位置相距很遠，那么就很難找到所有修改視頻模式的地方。無論在哪使用 tenEighty，你都要考慮使用 alsoTenEighty 的代碼，反之亦然。相反，值類型就更容易理解了，因為你的源碼中與同一個值交互的代碼都很近。

需要注意的是 tenEighty 和 alsoTenEighty 被聲明為常量而不是變量。然而你依然可以改變 tenEighty.frameRate 和 alsoTenEighty.frameRate，這是因為 tenEighty 和 alsoTenEighty 這兩個常量的值并未改變。它們并不“存儲”這個 VideoMode 實例，而僅僅是對 VideoMode 實例的引用。所以，改變的是底層 VideoMode 實例的 frameRate 屬性，而不是指向 VideoMode 的常量引用的值。

恒等運算符

因為類是引用類型，所以多個常量和變量可能在幕后同時引用同一個類實例。（對于結(jié)構(gòu)體和枚舉來說，這并不成立。因為它們作為值類型，在被賦予到常量、變量或者傳遞到函數(shù)時，其值總是會被拷貝。）

判定兩個常量或者變量是否引用同一個類實例有時很有用。為了達到這個目的，Swift 提供了兩個恒等運算符：

• 相同（===）
• 不相同（!==）

使用這兩個運算符檢測兩個常量或者變量是否引用了同一個實例：

if tenEighty === alsoTenEighty {
    print("tenEighty and alsoTenEighty refer to the same VideoMode instance.")
}
// 打印 "tenEighty and alsoTenEighty refer to the same VideoMode instance."

請注意，“相同”（用三個等號表示，===）與“等于”（用兩個等號表示，==）的不同?！跋嗤北硎緝蓚€類類型（class type）的常量或者變量引用同一個類實例?！暗扔凇北硎緝蓚€實例的值“相等”或“等價”，判定時要遵照設(shè)計者定義的評判標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)在定義你的自定義結(jié)構(gòu)體和類的時候，你有義務(wù)來決定判定兩個實例“相等”的標(biāo)準(zhǔn)。在章節(jié) 等價操作符 中將會詳細介紹實現(xiàn)自定義 == 和 != 運算符的流程。

指針

如果你有 C，C++ 或者 Objective-C 語言的經(jīng)驗，那么你也許會知道這些語言使用指針來引用內(nèi)存中的地址。Swift 中引用了某個引用類型實例的常量或變量，與 C 語言中的指針類似，不過它并不直接指向某個內(nèi)存地址，也不要求你使用星號（*）來表明你在創(chuàng)建一個引用。相反，Swift 中引用的定義方式與其它的常量或變量的一樣。如果需要直接與指針交互，你可以使用標(biāo)準(zhǔn)庫提供的指針和緩沖區(qū)類型 —— 參見 手動管理內(nèi)存。