Swift 开发教程系列 - 第12章：协议与协议扩展

协议（Protocol）是 Swift 的一种重要特性，它定义了实现特定功能的方法、属性或其他要求。通过协议，可以将行为定义从具体实现中分离，使代码更具可读性和扩展性。Swift 的协议支持协议扩展，这一特性允许我们为协议定义默认实现，使得协议不仅仅是一个要求的集合，还可以具备部分功能。

12.1 什么是协议

协议定义了一组用于实现特定功能的方法或属性。任何符合该协议的类型都必须实现这些方法和属性，确保符合协议的类型拥有相似的功能和行为。

协议示例

protocol Drivable {var speed: Double { get set }func drive()
}class Car: Drivable {var speed: Double = 0.0func drive() {print("Driving at \(speed) km/h")}
}let myCar = Car()
myCar.speed = 80.0
myCar.drive()  // 输出："Driving at 80.0 km/h"

在上例中，Drivable 协议要求任何符合该协议的类型都必须实现 speed 属性和 drive() 方法。Car 类遵循 Drivable 协议，并提供了具体的实现。

12.2 协议中的属性和方法

协议不仅可以定义方法，还可以定义属性和下标（subscript）。协议中的属性可以是只读的，也可以是可读写的。

1. 只读属性：使用 { get } 声明只读属性，符合该协议的类型必须实现此属性。
2. 可读写属性：使用 { get set } 声明可读写属性，符合该协议的类型必须支持读取和写入。

示例代码

protocol Identifiable {var id: String { get }
}struct User: Identifiable {var id: String
}let user = User(id: "12345")
print("User ID: \(user.id)")  // 输出："User ID: 12345"

在上例中，Identifiable 协议定义了一个只读属性 id，符合协议的类型 User 实现了此属性。

12.3 协议的继承

Swift 的协议支持继承，可以从一个协议继承多个协议，并添加自己的要求。

示例代码

protocol Vehicle {var maxSpeed: Double { get }
}protocol Drivable: Vehicle {func drive()
}class Bicycle: Drivable {var maxSpeed: Double = 25.0func drive() {print("Cycling at a safe speed.")}
}let bike = Bicycle()
bike.drive()  // 输出："Cycling at a safe speed."

在上例中，Drivable 协议继承自 Vehicle 协议，这意味着任何符合 Drivable 的类型必须同时满足 Vehicle 的要求。

12.4 协议组合

Swift 支持将多个协议组合在一起，定义一个新类型，该类型必须同时符合多个协议的要求。

示例代码

protocol Named {var name: String { get }
}protocol Aged {var age: Int { get }
}struct Person: Named, Aged {var name: Stringvar age: Int
}func printInfo(of person: Named & Aged) {print("\(person.name) is \(person.age) years old")
}let alice = Person(name: "Alice", age: 30)
printInfo(of: alice)  // 输出："Alice is 30 years old"

在上例中，函数 printInfo 的参数类型 Named & Aged 表示参数必须同时符合 Named 和 Aged 协议。

12.5 协议扩展

协议扩展允许你为协议提供默认实现，使得符合该协议的类型可以直接使用这些实现，而无需自行实现。这样可以避免代码重复，并使协议的行为更为一致。

示例代码

protocol Greetable {var name: String { get }func greet()
}extension Greetable {func greet() {print("Hello, \(name)!")}
}struct Friend: Greetable {var name: String
}let friend = Friend(name: "John")
friend.greet()  // 输出："Hello, John!"

在上例中，Greetable 协议的扩展提供了 greet() 方法的默认实现，因此符合协议的 Friend 结构体可以直接调用 greet() 方法，而无需自己实现。

12.6 协议的应用场景

1. 接口设计：通过协议定义模块的公共接口，使代码更具模块化和可读性。
2. 依赖注入：使用协议替代具体类型，可以实现更灵活的依赖注入。
3. 委托模式：在委托模式中，协议用于定义委托对象的方法和属性，使不同类型的对象可以通过协议进行交互。
4. 类型约束：在泛型编程中，使用协议作为类型约束，确保泛型类型符合特定要求。

委托模式示例

protocol DataSource {func fetchData() -> [String]
}class TableView {var dataSource: DataSource?func reloadData() {if let data = dataSource?.fetchData() {print("Data: \(data)")}}
}class DataProvider: DataSource {func fetchData() -> [String] {return ["Item 1", "Item 2", "Item 3"]}
}let tableView = TableView()
tableView.dataSource = DataProvider()
tableView.reloadData()  // 输出："Data: ["Item 1", "Item 2", "Item 3"]"

在上例中，DataSource 协议定义了 fetchData() 方法，使 TableView 类不需要知道具体的数据来源，而是通过协议获取数据。

12.7 协议的优点

1. 灵活性：协议可以帮助实现松耦合的设计，使代码更具模块化和灵活性。
2. 可扩展性：协议扩展使得协议不只是一个要求的集合，还可以包含默认实现，方便扩展协议的功能。
3. 代码复用：通过协议和协议扩展，可以避免重复代码，提高代码的复用性。
4. 类型安全：Swift 的类型检查确保协议实现的安全性，避免了运行时错误。

通过本章的学习，你将会发现协议在 Swift 开发中扮演着至关重要的角色，使代码更加灵活、可扩展，并且容易维护。下一章将探讨 Swift 的错误处理机制（Error Handling），帮助你编写更加健壮和稳定的代码。