Swift 运算符重载简介

aoc_sheng 6年前
   <p>在任何一门计算机编程语言中,运算符重载都是非常强大的特性之一,因此苹果决定为 Swift 也提供这一机制。然而,”能力越强责任越大”。利用运算符重载你很容易实现一些奇怪的场景,例如用减法运算符实现两数相加,或者用乘法运算符实现两数相除,但这显然都不是你希望出现的。</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/748eb0516bf5c11fea944ee1ccb5517f.png" alt="Swift 运算符重载简介" width="768" height="384"></p>    <h2> </h2>    <p> </p>    <p>在任何一门计算机编程语言中,运算符重载都是非常强大的特性之一,因此苹果决定为 Swift 也提供这一机制。然而,”能力越强责任越大”。利用运算符重载你很容易实现一些奇怪的场景,例如用减法运算符实现两数相加,或者用乘法运算符实现两数相除,但这显然都不是你希望出现的。</p>    <p>好了,闲话少叙 —— 让我们看看运算符重载究竟是怎么一回事。</p>    <h2>挑战</h2>    <p>这一小节的任务很简单:扩展乘法运算符的标准功能,使其适用于字符串。你将会用到字符串拼接运算符,想象一下这种用法:</p>    <pre>  <code class="language-swift">"abc" * 5 = "abc" + "abc" + "abc" + "abc" + "abc" = "abcabcabcabcabc"</code></pre>    <p>正式编码之前,思考一下应该怎么做,分几步来实现。我的做法是这样的:</p>    <ul>     <li>定义变量 <code>result</code> 并进行初始化 —— 默认字符串。</li>     <li>从 2 开始循环,一直到待拼接的字符串数目终止,每次迭代只做一件事 —— 把字符串拼接到 <code>result</code> 末尾。</li>     <li>打印 <code>result</code>。</li>    </ul>    <p>算法大致就是这样,接下来让我们付诸实践。</p>    <h2>基本运算符重载</h2>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/477507717599c441dad2444f72637c8b.jpg" alt="Swift 运算符重载简介" width="640" height="305"><br> 启动 Xcode 并新建一个 playground 文件。删除原有代码,添加乘法运算符的函数原型:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func *(lhs: String, rhs: Int) -> String {    }</code></pre>    <p>函数有两个参数 —— 左操作数是 <code>String</code> 类型,右操作数是 <code>Int</code> 类型,函数返回类型为 <code>String</code> 。<br> 函数体内应该完成三件事。首先,定义 <code>result</code> 变量并初始化为函数的 <code>String</code> 参数 —— 这是一个变量,稍后会修改它的值。</p>    <pre>  <code class="language-swift">var result = lhs</code></pre>    <p>接下来使用 <code>for in</code> 控制流语句及闭区间运行符从 2 开始循环,直到函数的 <code>Int</code> 参数时为止:</p>    <pre>  <code class="language-swift">for _ in 2...rhs {    }</code></pre>    <p>注意:这里使用了 <code>_</code> 作为通配符,因为我们希望忽略序列的具体值 —— 关于循环的更多说明可以看这里。</p>    <p>循环体内只有一个任务 —— 更新 <code>result</code>:</p>    <pre>  <code class="language-swift">result += lhs</code></pre>    <p>注意:你也可以按如下方式来写 —— 上边这种写法更短,是因为用了加法复合运算符。</p>    <pre>  <code class="language-swift">result = result + lhs</code></pre>    <p>最后返回 result:</p>    <pre>  <code class="language-swift">return result</code></pre>    <p>现在我们直接使用运算符:</p>    <pre>  <code class="language-swift">let u = "abc"  let v = u * 5</code></pre>    <p>搞定了!只是还有一个问题 —— 你只能将其用于字符串,那其它类型的数据怎么办?我们使用范型运算符来完善。</p>    <h2>泛型运算符</h2>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/4a0a2a5c87094d274fc9d992d2707154.jpg" alt="Swift 运算符重载简介" width="640" height="304"><br> 泛型默认是不支持运算符的,所以需要协议来支持。向 playground 中添加协议原型:</p>    <pre>  <code class="language-swift">protocol Type {    }</code></pre>    <p>现在向协议中添加加法复合运算符函数的原型:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func +=(inout lhs: Self, rhs: Self)</code></pre>    <p>函数拥有左右操作数,并且都设置为 <code>Self</code> 类型 —— 这是一种巧妙的方式,说明二者的类型都是实现了该协议的类。左操作数标记为<code>inout</code>,因为它的值是要被修改并且最后被函数返回的。</p>    <p>或者,你也可以定义加法运算符的函数原型:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func +(lhs: Self, rhs: Self) -> Self</code></pre>    <p>函数拥有 <code>Self</code> 类型的左右操作数,并且加法运算的返回结果也是 <code>Self</code> 。这种情况下就不需要使用 <code>inout</code> 参数了。</p>    <p>接下来,为 <code>String</code> , <code>Int</code> , <code>Double</code> , <code>Float</code> 等实现了 <code>Type</code> 协议的类型创建扩展。</p>    <pre>  <code class="language-swift">extension String: Type {}  extension Int: Type {}  extension Double: Type {}  extension Float: Type {}</code></pre>    <p>注意:这些扩展的实现是空的,因为你并不打算为默认类型添加任何东西,仅仅是要让他们遵循 <code>Type</code> 协议。</p>    <p>现在向 playground 中添加乘法操作符函数原型:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func *<T: Type>(lhs: T, rhs: Int) -> T {    }</code></pre>    <p>函数有两个参数,左操作数是 <code>T</code> 类型,右操作数是 <code>Int</code> 类型,函数返回类型为 <code>T</code> 。利用类型约束使 <code>T</code> 类型遵循<code>Type</code> 协议,这样它就可以使用加法复合运算符了。</p>    <p>注意:你可以使用 <code>where</code> 关键字定义类型约束——尽管上边的方法更简短:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func *<T where T: Type>(lhs: T, rhs: Int) -> T</code></pre>    <p>函数的实现跟之前一样:</p>    <pre>  <code class="language-swift">var result = lhs    for _ in 2...rhs {        result += lhs    }    return result</code></pre>    <p>注意:可以使用加法操作符替代,但要确保它的函数原型添加到了协议中。<br> 测试一下:</p>    <pre>  <code class="language-swift">let x = "abc"  let y = x * 5    let a = 2  let b = a * 5    let c = 3.14  let d = c * 5    let e: Float = 4.56  let f = e * 5</code></pre>    <p>搞定了!不过有一个问题:你使用的是标准乘法运算符,这个可能造成歧义。如果换成其它运算符会更好。接下来我们试着用自定义运算符解决这个问题。</p>    <h2>自定义运算符</h2>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/720f8a2f35a05760357fb6c99c83751b.jpg" alt="Swift 运算符重载简介" width="640" height="305"></p>    <p>首先添加下面一行到 playground:</p>    <pre>  <code class="language-swift">infix operator ** {associativity left precedence 150}</code></pre>    <p>一步一步解释:</p>    <ul>     <li>自定义乘法运算符的名称是 **。</li>     <li>类型是 <code>中缀运算符(infix)</code> 因为它有两个操作数。</li>     <li>运算顺序从左至右,因此是左结合。</li>     <li>优先级设置为 150 —— 与标准乘法运算符相同,因为它是高优先级运算符。</li>    </ul>    <p>注意:关于运算符优先级和结合性的更多说明可以看这里。</p>    <p>自定义运算符的函数原型与标准运算符类似 —— 只有函数名不同:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func **<T: Type>(lhs: T, rhs: Int) -> T {    }</code></pre>    <p>函数实现跟之前完全一样:</p>    <pre>  <code class="language-swift">var result = lhs    for _ in 2...rhs {        result += lhs    }    return result</code></pre>    <p>测试一下:</p>    <pre>  <code class="language-swift">let g = "abc"  let h = g ** 5    let i = 2  let j = i ** 5    let k = 3.14  let l = k ** 5    let m: Float = 4.56  let n = m ** 5</code></pre>    <p>搞定了!还有一个问题——运算符的复合类型还没有定义,接下来我们解决这个问题:</p>    <h2>复合运算符</h2>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/614951ff12f65bbdbea47954103294bc.jpg" alt="Swift 运算符重载简介" width="640" height="305"><br> 复合运算符的类型、优先级和结合性和之前一样 —— 只有名称不同:</p>    <pre>  <code class="language-swift">infix operator **= {associativity left precedence 150}</code></pre>    <p>接着向 playground 添加复合运算符的函数原型:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func **=<T: Type>(inout lhs: T, rhs: Int) {    }</code></pre>    <p>函数没有返回类型,因为左操作数被标记为  <code>inout</code> 。<br> 函数体只做一件事 —— 运用之前的自定义运算符返回乘法结果:</p>    <pre>  <code class="language-swift">lhs = lhs ** rhs</code></pre>    <p>测试一下:</p>    <pre>  <code class="language-swift">var o = "abc"  o **= 5    var q = 2  q **= 5    var s = 3.14  s **= 5    var w: Float = 4.56  w **= 5</code></pre>    <p>搞定了!这已经是最简版本了!</p>    <h2>总结</h2>    <p>如果谨慎地使用运算符重载,它便能够发挥强大的功能 —— 我希望你能在自己的项目中找到合适使用的方法。<br> 作为参考,这里有一个完整版的 Playground,我已经在 Xcode 7.3 用 Swift 2.2 测试过了。</p>    <p>如果你对本教程或者运算符重载有什么看法的话可以给我留言。</p>    <blockquote>     <p>本文作者:Cosmin Pupăză  本文译者:zltunes</p>     <p>外文链接:<a href="/misc/goto?guid=4959671309153892850">An Introduction to Operator Overloading in Swift</a></p>     <p>本文转自:<a href="http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4NjAzODk0OQ==&mid=2652684142&idx=1&sn=43c1ccc2a1304cee64a4a0acd15ad141&scene=0#wechat_redirect">SwiftGG翻译组</a></p>     <p>致谢:连环画是在 MakeBeliefsComix.com 制作的。</p>    </blockquote>