泛型

泛型代码让你能根据自定义的需求，编写出适用于任意类型的、灵活可复用的函数及类型。你可避免编写重复的代码，而是用一种清晰抽象的方式来表达代码的意图。

泛型是 Swift 最强大的特性之一，很多 Swift 标准库是基于泛型代码构建的。实际上，即使你没有意识到，你也一直在语言指南中使用泛型。例如，Swift 的 Array 和 Dictionary 都是泛型集合。你可以创建一个 Int 类型数组，也可创建一个 String 类型数组，甚至可以是任意其他 Swift 类型的数组。同样，你也可以创建一个存储任意指定类型的字典，并对该类型没有限制。

泛型解决的问题

下面是一个标准的非泛型函数 swapTwoInts(_:_:)，用来交换两个 Int 值：

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

这个函数使用输入输出参数（inout）来交换 a 和 b 的值，具体请参考 输入输出参数。

swapTwoInts(_:_:) 函数将 b 的原始值换成了 a，将 a 的原始值换成了 b，你可以调用这个函数来交换两个 Int 类型变量：

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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”

swapTwoInts(_:_:) 函数很实用，但它只能作用于 Int 类型。如果你想交换两个 String 类型值，或者 Double 类型值，你必须编写对应的函数，类似下面 swapTwoStrings(_:_:) 和 swapTwoDoubles(_:_:) 函数：

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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
}

你可能注意到了，swapTwoInts(_:_:‘)、swapTwoStrings(_:_:) 和 swapTwoDoubles(_:_:) 函数体是一样的，唯一的区别是它们接受的参数类型（Int、String 和 Double）。

在实际应用中，通常需要一个更实用更灵活的函数来交换两个任意类型的值，幸运的是，泛型代码帮你解决了这种问题。（这些函数的泛型版本已经在下面定义好了。）

注意

在上面三个函数中，a 和 b 类型必须相同。如果 a 和 b 类型不同，那它们俩就不能互换值。Swift 是类型安全的语言，所以它不允许一个 String 类型的变量和一个 Double 类型的变量互换值。试图这样做将导致编译错误。

泛型函数

泛型函数可适用于任意类型，下面是函数 swapTwoInts(_:_:) 的泛型版本，命名为 swapTwoValues(_:_:)：

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

swapTwoValues(_:_:) 和 swapTwoInts(_:_:) 函数体内容相同，它们只在第一行不同，如下所示：

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

泛型版本的函数使用占位符类型名（这里叫做 T ），而不是 实际类型名（例如 Int、String 或 Double），占位符类型名并不关心 T 具体的类型，但它要求 a 和b 必须是相同的类型，T 的实际类型由每次调用 swapTwoValues(_:_:) 来决定。

泛型函数和非泛型函数的另外一个不同之处在于这个泛型函数名（swapTwoValues(_:_:)）后面跟着占位类型名（T），并用尖括号括起来（<T>）。这个尖括号告诉 Swift 那个 T 是 swapTwoValues(_:_:) 函数定义内的一个占位类型名，因此 Swift 不会去查找名为 T的实际类型。

swapTwoValues(_:_:) 函数现在可以像 swapTwoInts(_:_:) 那样调用，不同的是它能接受两个任意类型的值，条件是这两个值有着相同的类型。swapTwoValues(_:_:) 函数被调用时，T 所代表的类型都会由传入的值的类型推断出来。

在下面的两个例子中，T 分别代表 Int 和 String：

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var someInt = 3
var anotherInt = 107
swapTwoValues(&someInt, &anotherInt)
// someInt 现在是 107，anotherInt 现在是 3

var someString = "hello"
var anotherString = "world"
swapTwoValues(&someString, &anotherString)
// someString 现在是“world”，anotherString 现在是“hello”

注意

上面定义的 swapTwoValues(_:_:) 函数是受 swap(_:_:) 函数启发而实现的。后者存在于 Swift 标准库，你可以在你的应用程序中使用它。如果你在代码中需要类似 swapTwoValues(_:_:) 函数的功能，你可以使用已存在的 swap(_:_:) 函数。

类型参数

上面 swapTwoValues(_:_:) 例子中，占位类型 T 是一个类型参数的例子，类型参数指定并命名一个占位类型，并且紧随在函数名后面，使用一对尖括号括起来（例如 <T>）。

一旦一个类型参数被指定，你可以用它来定义一个函数的参数类型（例如 swapTwoValues(_:_:) 函数中的参数 a 和 b），或者作为函数的返回类型，还可以用作函数主体中的注释类型。在这些情况下，类型参数会在函数调用时被实际类型所替换。（在上面的 swapTwoValues(_:_:) 例子中，当函数第一次被调用时，T 被 Int 替换，第二次调用时，被 String 替换。）

你可提供多个类型参数，将它们都写在尖括号中，用逗号分开。

命名类型参数

大多情况下，类型参数具有描述下的名称，例如字典 Dictionary<Key, Value> 中的 Key 和 Value 及数组 Array<Element> 中的 Element，这能告诉阅读代码的人这些参数类型与泛型类型或函数之间的关系。然而，当它们之间没有有意义的关系时，通常使用单个字符来表示，例如 T、U、V，例如上面演示函数 swapTwoValues(_:_:) 中的 T。

注意

请始终使用大写字母开头的驼峰命名法（例如 T 和 MyTypeParameter）来为类型参数命名，以表明它们是占位类型，而不是一个值。

泛型类型

除了泛型函数，Swift 还允许自定义泛型类型。这些自定义类、结构体和枚举可以适用于任意类型，类似于 Array 和 Dictionary。

本节将向你展示如何编写一个名为 Stack（栈）的泛型集合类型。栈是值的有序集合，和数组类似，但比数组有更严格的操作限制。数组允许在其中任意位置插入或是删除元素。而栈只允许在集合的末端添加新的元素（称之为入栈）。类似的，栈也只能从末端移除元素（称之为出栈）。

注意

栈的概念已被 UINavigationController 类用来构造视图控制器的导航结构。你通过调用 UINavigationController 的 pushViewController(_:animated:) 方法来添加新的视图控制器到导航栈，通过 popViewControllerAnimated(_:) 方法来从导航栈中移除视图控制器。每当你需要一个严格的“后进先出”方式来管理集合，栈都是最实用的模型。

下图展示了入栈（push）和出栈（pop）的行为：

1. 现在有三个值在栈中。
2. 第四个值被压入到栈的顶部。
3. 现在栈中有四个值，最近入栈的那个值在顶部。
4. 栈中最顶部的那个值被移除出栈。
5. 一个值移除出栈后，现在栈又只有三个值了。

下面展示如何编写一个非泛型版本的栈，以 Int 型的栈为例：

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

这个结构体在栈中使用一个名为 items 的数组属性来存储值。栈提供了两个方法：push(_:) 和 pop()，用来向栈中压入值以及从栈中移除值。这些方法被标记为 mutating，因为它们需要修改结构体的 items 数组。

上面的 IntStack 结构体只能用于 Int 类型。不过，可以定义一个泛型 Stack 结构体，从而能够处理任意类型的值。

下面是相同代码的泛型版本：

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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，只是用占位类型参数 Element 代替了实际的 Int 类型。这个类型参数包裹在紧随结构体名的一对尖括号里（<Element>）。

Element 为待提供的类型定义了一个占位名。这种待提供的类型可以在结构体的定义中通过 Element 来引用。在这个例子中，Element 在如下三个地方被用作占位符：

• 创建 items 属性，使用 Element 类型的空数组对其进行初始化。
• 指定 push(_:) 方法的唯一参数 item 的类型必须是 Element 类型。
• 指定 pop() 方法的返回值类型必须是 Element 类型。

由于 Stack 是泛型类型，因此可以用来创建适用于 Swift 中任意有效类型的栈，就像 Array 和 Dictionary 那样。

你可以通过在尖括号中写出栈中需要存储的数据类型来创建并初始化一个 Stack 实例。例如，要创建一个 String 类型的栈，可以写成 Stack<String>()：

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var stackOfStrings = Stack<String>()
stackOfStrings.push("uno")
stackOfStrings.push("dos")
stackOfStrings.push("tres")
stackOfStrings.push("cuatro")
// 栈中现在有 4 个字符串

下图展示了 stackOfStrings 如何将这四个值压栈：

移除并返回栈顶部的值“cuatro”，即出栈：

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let fromTheTop = stackOfStrings.pop()
// fromTheTop 的值为“cuatro”，现在栈中还有 3 个字符串

下图展示了如何将顶部的值出栈：

泛型扩展

当对泛型类型进行扩展时，你并不需要提供类型参数列表作为定义的一部分。原始类型定义中声明的类型参数列表在扩展中可以直接使用，并且这些来自原始类型中的参数名称会被用作原始定义中类型参数的引用。

下面的例子扩展了泛型类型 Stack，为其添加了一个名为 topItem 的只读计算型属性，它将会返回当前栈顶元素且不会将其从栈中移除：

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

topItem 属性会返回 Element 类型的可选值。当栈为空的时候，topItem 会返回 nil；当栈不为空的时候，topItem 会返回 items 数组中的最后一个元素。

注意：这个扩展并没有定义类型参数列表。相反的，Stack 类型已有的类型参数名称 Element，被用在扩展中来表示计算型属性 topItem 的可选类型。

计算型属性 topItem 现在可以用来访问任意 Stack 实例的顶端元素且不移除它：

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

泛型类型的扩展，还可以包括类型扩展需要额外满足的条件，从而对类型添加新功能，这一部分将在具有泛型 Where 子句的扩展中进行讨论。

类型约束

swapTwoValues(_:_:) 函数和 Stack 适用于任意类型。不过，如果能对泛型函数或泛型类型中添加特定的类型约束，这将在某些情况下非常有用。类型约束指定类型参数必须继承自指定类、遵循特定的协议或协议组合。

例如，Swift 的 Dictionary 类型对字典的键的类型做了些限制。在 字典的描述 中，字典键的类型必须是可哈希（hashable）的。也就是说，必须有一种方法能够唯一地表示它。字典键之所以要是可哈希的，是为了便于检查字典中是否已经包含某个特定键的值。若没有这个要求，字典将无法判断是否可以插入或替换某个指定键的值，也不能查找到已经存储在字典中的指定键的值。

这个要求通过 Dictionary 键类型上的类型约束实现，它指明了键必须遵循 Swift 标准库中定义的 Hashable 协议。所有 Swift 的基本类型（例如 String、Int、Double 和 Bool）默认都是可哈希的。

当自定义泛型类型时，你可以定义你自己的类型约束，这些约束将提供更为强大的泛型编程能力。像 可哈希（hashable） 这种抽象概念根据它们的概念特征来描述类型，而不是它们的具体类型。

类型约束语法

在一个类型参数名后面放置一个类名或者协议名，并用冒号进行分隔，来定义类型约束。下面将展示泛型函数约束的基本语法（与泛型类型的语法相同）：

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func someFunction<T: SomeClass, U: SomeProtocol>(someT: T, someU: U) {
    // 这里是泛型函数的函数体部分
}

上面这个函数有两个类型参数。第一个类型参数 T 必须是 SomeClass 子类；第二个类型参数 U 必须符合 SomeProtocol 协议。

类型约束实践

这里有个名为 findIndex(ofString:in:) 的非泛型函数，该函数的功能是在一个 String 数组中查找给定 String 值的索引。若查找到匹配的字符串，findIndex(ofString:in:) 函数返回该字符串在数组中的索引值，否则返回 nil：

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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:) 函数可以用于查找字符串数组中的某个字符串值：

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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数组中的索引，用处不是很大。不过，你可以用占位类型 T 替换 String 类型来写出具有相同功能的泛型函数 findIndex(_:_:)。

下面展示了 findIndex(ofString:in:) 函数的泛型版本 findIndex(of:in:)。请注意这个函数返回值的类型仍然是 Int?，这是因为函数返回的是一个可选的索引数，而不是从数组中得到的一个可选值。需要提醒的是，这个函数无法通过编译，原因将在后面说明：

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

上面所写的函数无法通过编译。问题出在相等性检查上，即 “if value == valueToFind”。不是所有的 Swift 类型都可以用等式符（==）进行比较。例如，如果你自定义类或结构体来描述复杂的数据模型，对于这个类或结构体而言，Swift 无法明确知道“相等”意味着什么。正因如此，这部分代码无法保证适用于任意类型 T，当你试图编译这部分代码时就会出现相应的错误。

不过，所有的这些并不会让我们无从下手。Swift 标准库中定义了一个 Equatable 协议，该协议要求任何遵循该协议的类型必须实现等式符（==）及不等符（!=），从而能对该类型的任意两个值进行比较。所有的 Swift 标准类型自动支持 Equatable 协议。

遵循 Equatable 协议的类型都可以安全地用于 findIndex(of:in:) 函数，因为其保证支持等式操作符。为了说明这个事情，当定义一个函数时，你可以定义一个 Equatable 类型约束作为类型参数定义的一部分：

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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:) 类型参数写做 T: Equatable，也就意味着“任何符合 Equatable 协议的类型 T”。

findIndex(of:in:) 函数现在可以成功编译了，并且适用于任何符合 Equatable 的类型，如 Double 或 String：

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let doubleIndex = findIndex(of: 9.3, in: [3.14159, 0.1, 0.25])
// doubleIndex 类型为 Int?，其值为 nil，因为 9.3 不在数组中
let stringIndex = findIndex(of: "Andrea", in: ["Mike", "Malcolm", "Andrea"])
// stringIndex 类型为 Int?，其值为 2

关联类型

定义一个协议时，声明一个或多个关联类型作为协议定义的一部分将会非常有用。关联类型为协议中的某个类型提供了一个占位符名称，其代表的实际类型在协议被遵循时才会被指定。关联类型通过 associatedtype 关键字来指定。

关联类型实践

下面例子定义了一个 Container 协议，该协议定义了一个关联类型 Item：

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

Container 协议定义了三个任何遵循该协议的类型（即容器）必须提供的功能：

• 必须可以通过 append(_:) 方法添加一个新元素到容器里。
• 必须可以通过 count 属性获取容器中元素的数量，并返回一个 Int 值。
• 必须可以通过索引值类型为 Int 的下标检索到容器中的每一个元素。

该协议没有指定容器中元素该如何存储以及元素类型。该协议只指定了任何遵从 Container 协议的类型必须提供的三个功能。遵从协议的类型在满足这三个条件的情况下，也可以提供其他额外的功能。

任何遵从 Container 协议的类型必须能够指定其存储的元素的类型。具体来说，它必须确保添加到容器内的元素以及下标返回的元素类型是正确的。

为了定义这些条件，Container 协议需要在不知道容器中元素的具体类型的情况下引用这种类型。Container 协议需要指定任何通过 append(_:) 方法添加到容器中的元素和容器内的元素是相同类型，并且通过容器下标返回的元素的类型也是这种类型。

为此，Container 协议声明了一个关联类型 Item，写作 associatedtype Item。协议没有定义 Item 是什么，这个信息留给遵从协议的类型来提供。尽管如此，Item 别名提供了一种方式来引用 Container 中元素的类型，并将之用于 append(_:) 方法和下标，从而保证任何 Container 的行为都能如预期。

这是前面非泛型版本 IntStack 类型，使其遵循 Container 协议：

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struct IntStack: Container {
    // IntStack 的原始实现部分
    var items = [Int]()
    mutating func push(_ item: Int) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Int {
        return items.removeLast()
    }
    // Container 协议的实现部分
    typealias Item = Int
    mutating func append(_ item: Int) {
        self.push(item)
    }
    var count: Int {
        return items.count
    }
    subscript(i: Int) -> Int {
        return items[i]
    }
}

IntStack 结构体实现了 Container 协议的三个要求，其原有功能也不会和这些要求相冲突。

此外，IntStack 在实现 Container 的要求时，指定 Item 为 Int 类型，即 typealias Item = Int，从而将 Container 协议中抽象的 Item 类型转换为具体的 Int 类型。

由于 Swift 的类型推断，实际上在 IntStack 的定义中不需要声明 Item 为 Int。因为 IntStack 符合 Container 协议的所有要求，Swift 只需通过 append(_:) 方法的 item 参数类型和下标返回值的类型，就可以推断出 Item 的具体类型。事实上，如果你在上面的代码中删除了 typealias Item = Int 这一行，一切也可正常工作，因为 Swift 清楚地知道 Item 应该是哪种类型。

你也可以让泛型 Stack 结构体遵循 Container 协议：

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struct Stack<Element>: Container {
    // Stack<Element> 的原始实现部分
    var items = [Element]()
    mutating func push(_ item: Element) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Element {
        return items.removeLast()
    }
    // Container 协议的实现部分
    mutating func append(_ item: Element) {
        self.push(item)
    }
    var count: Int {
        return items.count
    }
    subscript(i: Int) -> Element {
        return items[i]
    }
}

这一次，占位类型参数 Element 被用作 append(_:) 方法的 item 参数和下标的返回类型。Swift 可以据此推断出 Element 的类型即是 Item 的类型。

扩展现有类型来指定关联类型

在扩展添加协议一致性 中描述了如何利用扩展让一个已存在的类型遵循一个协议，这包括使用了关联类型协议。

Swift 的 Array 类型已经提供 append(_:) 方法，count 属性，以及带有 Int 索引的下标来检索其元素。这三个功能都符合 Container 协议的要求，也就意味着你只需声明 Array 遵循Container 协议，就可以扩展 Array，使其遵从 Container 协议。你可以通过一个空扩展来实现这点，正如通过扩展采纳协议中的描述：

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extension Array: Container {}

Array 的 append(_:) 方法和下标确保了 Swift 可以推断出 Item 具体类型。定义了这个扩展后，你可以将任意 Array 当作 Container 来使用。

给关联类型添加约束

你可以在协议里给关联类型添加约束来要求遵循的类型满足约束。例如，下面的代码定义了 Container 协议， 要求关联类型 Item 必须遵循 Equatable 协议：

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

要遵守 Container 协议，Item 类型也必须遵守 Equatable 协议。

在关联类型约束里使用协议

协议可以作为它自身的要求出现。例如，有一个协议细化了 Container 协议，添加了一个suffix(_:) 方法。suffix(_:) 方法返回容器中从后往前给定数量的元素，并把它们存储在一个 Suffix 类型的实例里。

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protocol SuffixableContainer: Container {
    associatedtype Suffix: SuffixableContainer where Suffix.Item == Item
    func suffix(_ size: Int) -> Suffix
}

在这个协议里，Suffix 是一个关联类型，就像上边例子中 Container 的 Item 类型一样。Suffix 拥有两个约束：它必须遵循 SuffixableContainer 协议（就是当前定义的协议），以及它的 Item 类型必须是和容器里的 Item 类型相同。Item 的约束是一个 where 分句，它在下面具有泛型 Where 子句的扩展中有讨论。

这是上面 泛型类型 中 Stack 类型的扩展，它遵循了 SuffixableContainer 协议：

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extension Stack: SuffixableContainer {
    func suffix(_ size: Int) -> Stack {
        var result = Stack()
        for index in (count-size)..<count {
            result.append(self[index])
        }
        return result
    }
    // 推断 suffix 结果是Stack。
}
var stackOfInts = Stack<Int>()
stackOfInts.append(10)
stackOfInts.append(20)
stackOfInts.append(30)
let suffix = stackOfInts.suffix(2)
// suffix 包含 20 和 30

在上面的例子中，Suffix 是 Stack 的关联类型，也是 Stack ，所以 Stack 的后缀运算返回另一个 Stack 。另外，遵循 SuffixableContainer 的类型可以拥有一个与它自己不同的 Suffix 类型——也就是说后缀运算可以返回不同的类型。比如说，这里有一个非泛型 IntStack 类型的扩展，它遵循了 SuffixableContainer 协议，使用 Stack<Int> 作为它的后缀类型而不是 IntStack：

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extension IntStack: SuffixableContainer {
    func suffix(_ size: Int) -> Stack<Int> {
        var result = Stack<Int>()
        for index in (count-size)..<count {
            result.append(self[index])
        }
        return result
    }
    // 推断 suffix 结果是 Stack<Int>。
}

泛型 Where 语句

类型约束 让你能够为泛型函数、下标、类型的类型参数定义一些强制要求。

对关联类型添加约束通常是非常有用的。你可以通过定义一个泛型 where 子句来实现。通过泛型 where 子句让关联类型遵从某个特定的协议，以及某个特定的类型参数和关联类型必须类型相同。你可以通过将 where 关键字紧跟在类型参数列表后面来定义 where 子句，where 子句后跟一个或者多个针对关联类型的约束，以及一个或多个类型参数和关联类型间的相等关系。你可以在函数体或者类型的大括号之前添加 where 子句。

下面的例子定义了一个名为 allItemsMatch 的泛型函数，用来检查两个 Container 实例是否包含相同顺序的相同元素。如果所有的元素能够匹配，那么返回 true，否则返回 false。

被检查的两个 Container 可以不是相同类型的容器（虽然它们可以相同），但它们必须拥有相同类型的元素。这个要求通过一个类型约束以及一个 where 子句来表示：

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

        // 检查两个容器含有相同数量的元素
        if someContainer.count != anotherContainer.count {
            return false
        }

        // 检查每一对元素是否相等
        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
}

这个函数接受 someContainer 和 anotherContainer 两个参数。参数 someContainer 的类型为 C1，参数 anotherContainer 的类型为 C2。C1 和 C2 是容器的两个占位类型参数，函数被调用时才能确定它们的具体类型。

这个函数的类型参数列表还定义了对两个类型参数的要求：

• C1 必须符合 Container 协议（写作 C1: Container）。
• C2 必须符合 Container 协议（写作 C2: Container）。
• C1 的 Item 必须和 C2 的 Item 类型相同（写作 C1.Item == C2.Item）。
• C1 的 Item 必须符合 Equatable 协议（写作 C1.Item: Equatable）。

前两个要求定义在函数的类型形式参数列表里，后两个要求定义在了函数的泛型 where 分句中。

这些要求意味着：

• someContainer 是一个 C1 类型的容器。
• anotherContainer 是一个 C2 类型的容器。
• someContainer 和 anotherContainer 包含相同类型的元素。
• someContainer 中的元素可以通过不等于操作符（!=）来检查它们是否相同。

第三个和第四个要求结合起来意味着 anotherContainer 中的元素也可以通过 != 操作符来比较，因为它们和 someContainer 中的元素类型相同。

这些要求让 allItemsMatch(_:_:) 函数能够比较两个容器，即使它们的容器类型不同。

allItemsMatch(_:_:) 函数首先检查两个容器元素个数是否相同，如果元素个数不同，那么一定不匹配，函数就会返回 false。

进行这项检查之后，通过 for-in 循环和半闭区间操作符（..<）来迭代每个元素，检查 someContainer 中的元素是否不等于 anotherContainer 中的对应元素。如果两个元素不相等，那么两个容器不匹配，函数返回 false。

如果循环体结束后未发现任何不匹配的情况，表明两个容器匹配，函数返回 true。

下面是 allItemsMatch(_:_:) 函数的示例：

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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.”

上面的例子创建 Stack 实例来存储 String 值，然后将三个字符串压栈。这个例子还通过数组字面量创建了一个 Array 实例，数组中包含同栈中一样的三个字符串。即使栈和数组是不同的类型，但它们都遵从 Container 协议，而且它们都包含相同类型的值。因此你可以用这两个容器作为参数来调用 allItemsMatch(_:_:) 函数。在上面的例子中，allItemsMatch(_:_:) 函数正确地显示了这两个容器中的所有元素都是相互匹配的。

具有泛型 Where 子句的扩展

你也可以使用泛型 where 子句作为扩展的一部分。基于以前的例子，下面的示例扩展了泛型 Stack 结构体，添加一个 isTop(_:) 方法。

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

这个新的 isTop(_:) 方法首先检查这个栈是不是空的，然后比较给定的元素与栈顶部的元素。如果你尝试不用泛型 where 子句，会有一个问题：在 isTop(_:) 里面使用了 == 运算符，但是 Stack 的定义没有要求它的元素是符合 Equatable 协议的，所以使用 == 运算符导致编译时错误。使用泛型 where 子句可以为扩展添加新的条件，因此只有当栈中的元素符合 Equatable 协议时，扩展才会添加 isTop(_:) 方法。

以下是 isTop(_:) 方法的调用方式：

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

如果尝试在其元素不符合 Equatable 协议的栈上调用 isTop(_:) 方法，则会收到编译时错误。

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struct NotEquatable { }
var notEquatableStack = Stack<NotEquatable>()
let notEquatableValue = NotEquatable()
notEquatableStack.push(notEquatableValue)
notEquatableStack.isTop(notEquatableValue)  // 报错

你可以使用泛型 where 子句去扩展一个协议。基于以前的示例，下面的示例扩展了 Container 协议，添加一个 startsWith(_:) 方法。

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

这个 startsWith(_:) 方法首先确保容器至少有一个元素，然后检查容器中的第一个元素是否与给定的元素相等。任何符合 Container 协议的类型都可以使用这个新的 startsWith(_:) 方法，包括上面使用的栈和数组，只要容器的元素是符合 Equatable 协议的。

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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 遵循协议，但也可以编写一个泛型 where 子句去要求 Item 为特定类型。例如：

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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”

此示例将一个 average() 方法添加到 Item 类型为 Double 的容器中。此方法遍历容器中的元素将其累加，并除以容器的数量计算平均值。它将数量从 Int 转换为 Double 确保能够进行浮点除法。

就像可以在其他地方写泛型 where 子句一样，你可以在一个泛型 where 子句中包含多个条件作为扩展的一部分。用逗号分隔列表中的每个条件。

具有泛型 Where 子句的关联类型

你可以在关联类型后面加上具有泛型 where 的字句。例如，建立一个包含迭代器（Iterator）的容器，就像是标准库中使用的 Sequence 协议那样。你应该这么写：

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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：无论迭代器是什么类型，迭代器中的元素类型，必须和容器项目的类型保持一致。makeIterator() 则提供了容器的迭代器的访问接口。

一个协议继承了另一个协议，你通过在协议声明的时候，包含泛型 where 子句，来添加了一个约束到被继承协议的关联类型。例如，下面的代码声明了一个 ComparableContainer 协议，它要求所有的 Item 必须是 Comparable 的。

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protocol ComparableContainer: Container where Item: Comparable { }

泛型下标

下标可以是泛型，它们能够包含泛型 where 子句。你可以在 subscript 后用尖括号来写占位符类型，你还可以在下标代码块花括号前写 where 子句。例如：

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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
    }
}

这个 Container 协议的扩展添加了一个下标方法，接收一个索引的集合，返回每一个索引所在的值的数组。这个泛型下标的约束如下：

• 在尖括号中的泛型参数 Indices，必须是符合标准库中的 Sequence 协议的类型。
• 下标使用的单一的参数，indices，必须是 Indices 的实例。
• 泛型 where 子句要求 Sequence（Indices）的迭代器，其所有的元素都是 Int 类型。这样就能确保在序列（Sequence）中的索引和容器（Container）里面的索引类型是一致的。

综合一下，这些约束意味着，传入到 indices 下标，是一个整型的序列。

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协议

协议 定义了一个蓝图，规定了用来实现某一特定任务或者功能的方法、属性，以及其他需要的东西。类、结构体或枚举都可以遵循协议，并为协议定义的这些要求提供具体实现。某个类型能够满足某个协议的要求，就可以说该类型遵循这个协议。

除了遵循协议的类型必须实现的要求外，还可以对协议进行扩展，通过扩展来实现一部分要求或者实现一些附加功能，这样遵循协议的类型就能够使用这些功能。

协议语法

协议的定义方式与类、结构体和枚举的定义非常相似：

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protocol SomeProtocol {
    // 这里是协议的定义部分
}

要让自定义类型遵循某个协议，在定义类型时，需要在类型名称后加上协议名称，中间以冒号（:）分隔。遵循多个协议时，各协议之间用逗号（,）分隔：

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struct SomeStructure: FirstProtocol, AnotherProtocol {
    // 这里是结构体的定义部分
}

若一个拥有父类的类在遵循协议时，应该将父类名放在协议名之前，以逗号分隔：

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class SomeClass: SomeSuperClass, FirstProtocol, AnotherProtocol {
    // 这里是类的定义部分
}

属性要求

协议可以要求遵循协议的类型提供特定名称和类型的实例属性或类型属性。协议不指定属性是存储属性还是计算属性，它只指定属性的名称和类型。此外，协议还指定属性是可读的还是可读可写的。

如果协议要求属性是可读可写的，那么该属性不能是常量属性或只读的计算型属性。如果协议只要求属性是可读的，那么该属性不仅可以是可读的，如果代码需要的话，还可以是可写的。

协议总是用 var 关键字来声明变量属性，在类型声明后加上 { set get } 来表示属性是可读可写的，可读属性则用 { get } 来表示：

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protocol SomeProtocol {
    var mustBeSettable: Int { get set }
    var doesNotNeedToBeSettable: Int { get }
}

在协议中定义类型属性时，总是使用 static 关键字作为前缀。当类类型遵循协议时，除了 static 关键字，还可以使用 class 关键字来声明类型属性：

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protocol AnotherProtocol {
    static var someTypeProperty: Int { get set }
}

如下所示，这是一个只含有一个实例属性要求的协议：

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protocol FullyNamed {
    var fullName: String { get }
}

FullyNamed 协议除了要求遵循协议的类型提供 fullName 属性外，并没有其他特别的要求。这个协议表示，任何遵循 FullyNamed 的类型，都必须有一个可读的 String 类型的实例属性 fullName。

下面是一个遵循 FullyNamed 协议的简单结构体：

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struct Person: FullyNamed {
    var fullName: String
}
let john = Person(fullName: "John Appleseed")
// john.fullName 为 "John Appleseed"

这个例子中定义了一个叫做 Person 的结构体，用来表示一个具有名字的人。从第一行代码可以看出，它遵循了 FullyNamed 协议。

Person 结构体的每一个实例都有一个 String 类型的存储型属性 fullName。这正好满足了 FullyNamed 协议的要求，也就意味着 Person 结构体正确地符合了协议。（如果协议要求未被完全满足，在编译时会报错。）

下面是一个更为复杂的类，它采纳并遵循了 FullyNamed 协议：

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class Starship: FullyNamed {
    var prefix: String?
    var name: String
    init(name: String, prefix: String? = nil) {
        self.name = name
        self.prefix = prefix
    }
    var fullName: String {
        return (prefix != nil ? prefix! + " " : "") + name
    }
}
var ncc1701 = Starship(name: "Enterprise", prefix: "USS")
// ncc1701.fullName 为 "USS Enterprise"

Starship 类把 fullName 作为只读的计算属性来实现。每一个 Starship 类的实例都有一个名为 name 的非可选属性和一个名为 prefix 的可选属性。 当 prefix 存在时，计算属性 fullName 会将 prefix 插入到 name 之前，从而得到一个带有 prefix 的 fullName。

方法要求

协议可以要求遵循协议的类型实现某些指定的实例方法或类方法。这些方法作为协议的一部分，像普通方法一样放在协议的定义中，但是不需要大括号和方法体。可以在协议中定义具有可变参数的方法，和普通方法的定义方式相同。但是，不支持为协议中的方法提供默认参数。

正如属性要求中所述，在协议中定义类方法的时候，总是使用 static 关键字作为前缀。即使在类实现时，类方法要求使用 class 或 static 作为关键字前缀，前面的规则仍然适用：

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protocol SomeProtocol {
    static func someTypeMethod()
}

下面的例子定义了一个只含有一个实例方法的协议：

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protocol RandomNumberGenerator {
    func random() -> Double
}

RandomNumberGenerator 协议要求遵循协议的类型必须拥有一个名为 random， 返回值类型为 Double 的实例方法。尽管这里并未指明，但是我们假设返回值是从 0.0 到（但不包括）1.0。

RandomNumberGenerator 协议并不关心每一个随机数是怎样生成的，它只要求必须提供一个随机数生成器。

如下所示，下边是一个遵循并符合 RandomNumberGenerator 协议的类。该类实现了一个叫做 线性同余生成器（linear congruential generator） 的伪随机数算法。

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class LinearCongruentialGenerator: RandomNumberGenerator {
    var lastRandom = 42.0
    let m = 139968.0
    let a = 3877.0
    let c = 29573.0
    func random() -> Double {
        lastRandom = ((lastRandom * a + c).truncatingRemainder(dividingBy:m))
        return lastRandom / m
    }
}
let generator = LinearCongruentialGenerator()
print("Here's a random number: \(generator.random())")
// 打印 “Here's a random number: 0.37464991998171”
print("And another one: \(generator.random())")
// 打印 “And another one: 0.729023776863283”

异变方法要求

有时需要在方法中改变（或异变）方法所属的实例。例如，在值类型（即结构体和枚举）的实例方法中，将 mutating 关键字作为方法的前缀，写在 func 关键字之前，表示可以在该方法中修改它所属的实例以及实例的任意属性的值。这一过程在 在实例方法中修改值类型 章节中有详细描述。

如果你在协议中定义了一个实例方法，该方法会改变遵循该协议的类型的实例，那么在定义协议时需要在方法前加 mutating 关键字。这使得结构体和枚举能够遵循此协议并满足此方法要求。

注意

实现协议中的 mutating 方法时，若是类类型，则不用写 mutating 关键字。而对于结构体和枚举，则必须写 mutating 关键字。

如下所示，Togglable 协议只定义了一个名为 toggle 的实例方法。顾名思义，toggle() 方法将改变实例属性，从而切换遵循该协议类型的实例的状态。

toggle() 方法在定义的时候，使用 mutating 关键字标记，这表明当它被调用时，该方法将会改变遵循协议的类型的实例：

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protocol Togglable {
    mutating func toggle()
}

当使用枚举或结构体来实现 Togglable 协议时，需要提供一个带有 mutating 前缀的 toggle() 方法。

下面定义了一个名为 OnOffSwitch 的枚举。这个枚举在两种状态之间进行切换，用枚举成员 On 和 Off 表示。枚举的 toggle() 方法被标记为 mutating，以满足 Togglable 协议的要求：

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enum OnOffSwitch: Togglable {
    case off, on
    mutating func toggle() {
        switch self {
        case .off:
            self = .on
        case .on:
            self = .off
        }
    }
}
var lightSwitch = OnOffSwitch.off
lightSwitch.toggle()
// lightSwitch 现在的值为 .on

构造器要求

协议可以要求遵循协议的类型实现指定的构造器。你可以像编写普通构造器那样，在协议的定义里写下构造器的声明，但不需要写花括号和构造器的实体：

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protocol SomeProtocol {
    init(someParameter: Int)
}

协议构造器要求的类实现

你可以在遵循协议的类中实现构造器，无论是作为指定构造器，还是作为便利构造器。无论哪种情况，你都必须为构造器实现标上 required 修饰符：

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class SomeClass: SomeProtocol {
    required init(someParameter: Int) {
        // 这里是构造器的实现部分
    }
}

使用 required 修饰符可以确保所有子类也必须提供此构造器实现，从而也能符合协议。

关于 required 构造器的更多内容，请参考 必要构造器。

注意

如果类已经被标记为 final，那么不需要在协议构造器的实现中使用 required 修饰符，因为 final 类不能有子类。关于 final 修饰符的更多内容，请参见 防止重写。

如果一个子类重写了父类的指定构造器，并且该构造器满足了某个协议的要求，那么该构造器的实现需要同时标注 required 和 override 修饰符：

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protocol SomeProtocol {
    init()
}

class SomeSuperClass {
    init() {
        // 这里是构造器的实现部分
    }
}

class SomeSubClass: SomeSuperClass, SomeProtocol {
    // 因为遵循协议，需要加上 required
    // 因为继承自父类，需要加上 override
    required override init() {
        // 这里是构造器的实现部分
    }
}

可失败构造器要求

协议还可以为遵循协议的类型定义可失败构造器要求，详见 可失败构造器。

遵循协议的类型可以通过可失败构造器（init?）或非可失败构造器（init）来满足协议中定义的可失败构造器要求。协议中定义的非可失败构造器要求可以通过非可失败构造器（init）或隐式解包可失败构造器（init!）来满足。

协议作为类型

尽管协议本身并未实现任何功能，但是协议可以被当做一个功能完备的类型来使用。协议作为类型使用，有时被称作「存在类型」，这个名词来自「存在着一个类型 T，该类型遵循协议 T」。

协议可以像其他普通类型一样使用，使用场景如下：

• 作为函数、方法或构造器中的参数类型或返回值类型
• 作为常量、变量或属性的类型
• 作为数组、字典或其他容器中的元素类型

注意

协议是一种类型，因此协议类型的名称应与其他类型（例如 Int，Double，String）的写法相同，使用大写字母开头的驼峰式写法，例如（FullyNamed 和 RandomNumberGenerator）。

下面是将协议作为类型使用的例子：

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class Dice {
    let sides: Int
    let generator: RandomNumberGenerator
    init(sides: Int, generator: RandomNumberGenerator) {
        self.sides = sides
        self.generator = generator
    }
    func roll() -> Int {
        return Int(generator.random() * Double(sides)) + 1
    }
}

例子中定义了一个 Dice 类，用来代表桌游中拥有 N 个面的骰子。Dice 的实例含有 sides 和 generator 两个属性，前者是整型，用来表示骰子有几个面，后者为骰子提供一个随机数生成器，从而生成随机点数。

generator 属性的类型为 RandomNumberGenerator，因此任何遵循了 RandomNumberGenerator 协议的类型的实例都可以赋值给 generator，除此之外并无其他要求。并且由于其类型是 RandomNumberGenerator，在 Dice 类中与 generator 交互的代码，必须适用于所有 generator 实例都遵循的方法。这句话的意思是不能使用由 generator 底层类型提供的任何方法或属性。但是你可以通过向下转型，从协议类型转换成底层实现类型，比如从父类向下转型为子类。请参考 向下转型。

Dice 类还有一个构造器，用来设置初始状态。构造器有一个名为 generator，类型为 RandomNumberGenerator 的形参。在调用构造方法创建 Dice 的实例时，可以传入任何遵循 RandomNumberGenerator 协议的实例给 generator。

Dice 类提供了一个名为 roll 的实例方法，用来模拟骰子的面值。它先调用 generator 的 random() 方法来生成一个 [0.0,1.0) 区间内的随机数，然后使用这个随机数生成正确的骰子面值。因为 generator 遵循了 RandomNumberGenerator 协议，可以确保它有个 random() 方法可供调用。

下面的例子展示了如何使用 LinearCongruentialGenerator 的实例作为随机数生成器来创建一个六面骰子：

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var d6 = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator())
for _ in 1...5 {
    print("Random dice roll is \(d6.roll())")
}
// Random dice roll is 3
// Random dice roll is 5
// Random dice roll is 4
// Random dice roll is 5
// Random dice roll is 4

委托

委托是一种设计模式，它允许类或结构体将一些需要它们负责的功能委托给其他类型的实例。委托模式的实现很简单：定义协议来封装那些需要被委托的功能，这样就能确保遵循协议的类型能提供这些功能。委托模式可以用来响应特定的动作，或者接收外部数据源提供的数据，而无需关心外部数据源的类型。

下面的例子定义了两个基于骰子游戏的协议：

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protocol DiceGame {
    var dice: Dice { get }
    func play()
}
protocol DiceGameDelegate {
    func gameDidStart(_ game: DiceGame)
    func game(_ game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll: Int)
    func gameDidEnd(_ game: DiceGame)
}

DiceGame 协议可以被任意涉及骰子的游戏遵循。

DiceGameDelegate 协议可以被任意类型遵循，用来追踪 DiceGame 的游戏过程。为了防止强引用导致的循环引用问题，可以把协议声明为弱引用，更多相关的知识请看 类实例之间的循环强引用，当协议标记为类专属可以使 SnakesAndLadders 类在声明协议时强制要使用弱引用。若要声明类专属的协议就必须继承于 AnyObject ，更多请看 类专属的协议。

如下所示，SnakesAndLadders 是 控制流 章节引入的蛇梯棋游戏的新版本。新版本使用 Dice 实例作为骰子，并且实现了 DiceGame 和 DiceGameDelegate 协议，后者用来记录游戏的过程：

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class SnakesAndLadders: DiceGame {
    let finalSquare = 25
    let dice = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator())
    var square = 0
    var board: [Int]
    init() {
        board = Array(repeating: 0, count: finalSquare + 1)
        board[03] = +08; board[06] = +11; board[09] = +09; board[10] = +02
        board[14] = -10; board[19] = -11; board[22] = -02; board[24] = -08
    }
    var delegate: DiceGameDelegate?
    func play() {
        square = 0
        delegate?.gameDidStart(self)
        gameLoop: while square != finalSquare {
            let diceRoll = dice.roll()
            delegate?.game(self, didStartNewTurnWithDiceRoll: diceRoll)
            switch square + diceRoll {
            case finalSquare:
                break gameLoop
            case let newSquare where newSquare > finalSquare:
                continue gameLoop
            default:
                square += diceRoll
                square += board[square]
            }
        }
        delegate?.gameDidEnd(self)
    }
}

关于这个蛇梯棋游戏的详细描述请参阅 中断（Break）。

这个版本的游戏封装到了 SnakesAndLadders 类中，该类遵循了 DiceGame 协议，并且提供了相应的可读的 dice 属性和 play() 方法。（ dice 属性在构造之后就不再改变，且协议只要求 dice 为可读的，因此将 dice 声明为常量属性。）

游戏使用 SnakesAndLadders 类的 init() 构造器来初始化游戏。所有的游戏逻辑被转移到了协议中的 play() 方法，play() 方法使用协议要求的 dice 属性提供骰子摇出的值。

注意，delegate 并不是游戏的必备条件，因此 delegate 被定义为 DiceGameDelegate 类型的可选属性。因为 delegate 是可选值，因此会被自动赋予初始值 nil。随后，可以在游戏中为 delegate 设置适当的值。

DicegameDelegate 协议提供了三个方法用来追踪游戏过程。这三个方法被放置于游戏的逻辑中，即 play() 方法内。分别在游戏开始时，新一轮开始时，以及游戏结束时被调用。

因为 delegate 是一个 DiceGameDelegate 类型的可选属性，因此在 play() 方法中通过可选链式调用来调用它的方法。若 delegate 属性为 nil，则调用方法会优雅地失败，并不会产生错误。若 delegate 不为 nil，则方法能够被调用，并传递 SnakesAndLadders 实例作为参数。

如下示例定义了 DiceGameTracker 类，它遵循了 DiceGameDelegate 协议：

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class DiceGameTracker: DiceGameDelegate {
    var numberOfTurns = 0
    func gameDidStart(_ game: DiceGame) {
        numberOfTurns = 0
        if game is SnakesAndLadders {
            print("Started a new game of Snakes and Ladders")
        }
        print("The game is using a \(game.dice.sides)-sided dice")
    }
    func game(_ game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll: Int) {
        numberOfTurns += 1
        print("Rolled a \(diceRoll)")
    }
    func gameDidEnd(_ game: DiceGame) {
        print("The game lasted for \(numberOfTurns) turns")
    }
}

DiceGameTracker 实现了 DiceGameDelegate 协议要求的三个方法，用来记录游戏已经进行的轮数。当游戏开始时，numberOfTurns 属性被赋值为 0，然后在每新一轮中递增，游戏结束后，打印游戏的总轮数。

gameDidStart(_:) 方法从 game 参数获取游戏信息并打印。game 参数是 DiceGame 类型而不是 SnakeAndLadders 类型，所以在 gameDidStart(_:) 方法中只能访问 DiceGame 协议中的内容。当然了，SnakeAndLadders 的方法也可以在类型转换之后调用。在上例代码中，通过 is 操作符检查 game 是否为 SnakesAndLadders 类型的实例，如果是，则打印出相应的消息。

无论当前进行的是何种游戏，由于 game 符合 DiceGame 协议，可以确保 game 含有 dice 属性。因此在 gameDidStart(_:) 方法中可以通过传入的 game 参数来访问 dice 属性，进而打印出 dice 的 sides 属性的值。

DiceGameTracker 的运行情况如下所示：

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let tracker = DiceGameTracker()
let game = SnakesAndLadders()
game.delegate = tracker
game.play()
// Started a new game of Snakes and Ladders
// The game is using a 6-sided dice
// Rolled a 3
// Rolled a 5
// Rolled a 4
// Rolled a 5
// The game lasted for 4 turns

在扩展里添加协议遵循

即便无法修改源代码，依然可以通过扩展令已有类型遵循并符合协议。扩展可以为已有类型添加属性、方法、下标以及构造器，因此可以符合协议中的相应要求。详情请在 扩展 章节中查看。

注意

通过扩展令已有类型遵循并符合协议时，该类型的所有实例也会随之获得协议中定义的各项功能。

例如下面这个 TextRepresentable 协议，任何想要通过文本表示一些内容的类型都可以实现该协议。这些想要表示的内容可以是实例本身的描述，也可以是实例当前状态的文本描述：

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protocol TextRepresentable {
    var textualDescription: String { get }
}

可以通过扩展，令先前提到的 Dice 类可以扩展来采纳和遵循 TextRepresentable 协议：

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extension Dice: TextRepresentable {
    var textualDescription: String {
        return "A \(sides)-sided dice"
    }
}

通过扩展遵循并采纳协议，和在原始定义中遵循并符合协议的效果完全相同。协议名称写在类型名之后，以冒号隔开，然后在扩展的大括号内实现协议要求的内容。

现在所有 Dice 的实例都可以看做 TextRepresentable 类型：

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let d12 = Dice(sides: 12, generator: LinearCongruentialGenerator())
print(d12.textualDescription)
// 打印 “A 12-sided dice”

同样，SnakesAndLadders 类也可以通过扩展来采纳和遵循 TextRepresentable 协议：

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extension SnakesAndLadders: TextRepresentable {
    var textualDescription: String {
        return "A game of Snakes and Ladders with \(finalSquare) squares"
    }
}
print(game.textualDescription)
// 打印 “A game of Snakes and Ladders with 25 squares”

有条件地遵循协议

泛型类型可能只在某些情况下满足一个协议的要求，比如当类型的泛型形式参数遵循对应协议时。你可以通过在扩展类型时列出限制让泛型类型有条件地遵循某协议。在你采纳协议的名字后面写泛型 where 分句。更多关于泛型 where 分句，见 泛型 Where 分句。

下面的扩展让 Array 类型只要在存储遵循 TextRepresentable 协议的元素时就遵循 TextRepresentable 协议。

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extension Array: TextRepresentable where Element: TextRepresentable {
    var textualDescription: String {
        let itemsAsText = self.map { $0.textualDescription }
        return "[" + itemsAsText.joined(separator: ", ") + "]"
    }
}
let myDice = [d6, d12]
print(myDice.textualDescription)
// 打印 "[A 6-sided dice, A 12-sided dice]"

在扩展里声明采纳协议

当一个类型已经符合了某个协议中的所有要求，却还没有声明采纳该协议时，可以通过空的扩展来让它采纳该协议：

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struct Hamster {
    var name: String
       var textualDescription: String {
        return "A hamster named \(name)"
    }
}
extension Hamster: TextRepresentable {}

从现在起，Hamster 的实例可以作为 TextRepresentable 类型使用：

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let simonTheHamster = Hamster(name: "Simon")
let somethingTextRepresentable: TextRepresentable = simonTheHamster
print(somethingTextRepresentable.textualDescription)
// 打印 “A hamster named Simon”

注意

即使满足了协议的所有要求，类型也不会自动遵循协议，必须显式地遵循协议。

协议类型的集合

协议类型可以在数组或者字典这样的集合中使用，在 协议类型 提到了这样的用法。下面的例子创建了一个元素类型为 TextRepresentable 的数组：

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let things: [TextRepresentable] = [game, d12, simonTheHamster]

如下所示，可以遍历 things 数组，并打印每个元素的文本表示：

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for thing in things {
    print(thing.textualDescription)
}
// A game of Snakes and Ladders with 25 squares
// A 12-sided dice
// A hamster named Simon

注意 thing 常量是 TextRepresentable 类型而不是 Dice，DiceGame，Hamster 等类型，即使实例在幕后确实是这些类型中的一种。由于 thing 是 TextRepresentable 类型，任何 TextRepresentable 的实例都有一个 textualDescription 属性，所以在每次循环中可以安全地访问 thing.textualDescription。

协议的继承

协议能够继承一个或多个其他协议，可以在继承的协议的基础上增加新的要求。协议的继承语法与类的继承相似，多个被继承的协议间用逗号分隔：

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protocol InheritingProtocol: SomeProtocol, AnotherProtocol {
    // 这里是协议的定义部分
}

如下所示，PrettyTextRepresentable 协议继承了 TextRepresentable 协议：

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protocol PrettyTextRepresentable: TextRepresentable {
    var prettyTextualDescription: String { get }
}

例子中定义了一个新的协议 PrettyTextRepresentable，它继承自 TextRepresentable 协议。任何遵循 PrettyTextRepresentable 协议的类型在满足该协议的要求时，也必须满足 TextRepresentable 协议的要求。在这个例子中，PrettyTextRepresentable 协议额外要求遵循协议的类型提供一个返回值为 String 类型的 prettyTextualDescription 属性。

如下所示，扩展 SnakesAndLadders，使其遵循并符合 PrettyTextRepresentable 协议：

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extension SnakesAndLadders: PrettyTextRepresentable {
    var prettyTextualDescription: String {
        var output = textualDescription + ":\n"
        for index in 1...finalSquare {
            switch board[index] {
            case let ladder where ladder > 0:
                output += "▲ "
            case let snake where snake < 0:
                output += "▼ "
            default:
                output += "○ "
            }
        }
        return output
    }
}

上述扩展令 SnakesAndLadders 遵循了 PrettyTextRepresentable 协议，并提供了协议要求的 prettyTextualDescription 属性。每个 PrettyTextRepresentable 类型同时也是 TextRepresentable 类型，所以在 prettyTextualDescription 的实现中，可以访问 textualDescription 属性。然后，拼接上了冒号和换行符。接着，遍历数组中的元素，拼接一个几何图形来表示每个棋盘方格的内容：

• 当从数组中取出的元素的值大于 0 时，用 ▲ 表示。
• 当从数组中取出的元素的值小于 0 时，用 ▼ 表示。
• 当从数组中取出的元素的值等于 0 时，用 ○ 表示。

任意 SankesAndLadders 的实例都可以使用 prettyTextualDescription 属性来打印一个漂亮的文本描述：

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print(game.prettyTextualDescription)
// A game of Snakes and Ladders with 25 squares:
// ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ▲ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ▼ ○ ▼ ○

类专属的协议

你通过添加 AnyObject 关键字到协议的继承列表，就可以限制协议只能被类类型采纳（以及非结构体或者非枚举的类型）。

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protocol SomeClassOnlyProtocol: AnyObject, SomeInheritedProtocol {
    // 这里是类专属协议的定义部分
}

在以上例子中，协议 SomeClassOnlyProtocol 只能被类类型采纳。如果尝试让结构体或枚举类型采纳 SomeClassOnlyProtocol，则会导致编译时错误。

注意

当协议定义的要求需要遵循协议的类型必须是引用语义而非值语义时，应该采用类类型专属协议。关于引用语义和值语义的更多内容，请查看 结构体和枚举是值类型 和 类是引用类型。

协议合成

要求一个类型同时遵循多个协议是很有用的。你可以使用协议组合来复合多个协议到一个要求里。协议组合行为就和你定义的临时局部协议一样拥有构成中所有协议的需求。协议组合不定义任何新的协议类型。

协议组合使用 SomeProtocol & AnotherProtocol 的形式。你可以列举任意数量的协议，用和符号（&）分开。除了协议列表，协议组合也能包含类类型，这允许你标明一个需要的父类。

下面的例子中，将 Named 和 Aged 两个协议按照上述语法组合成一个协议，作为函数参数的类型：

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protocol Named {
    var name: String { get }
}
protocol Aged {
    var age: Int { get }
}
struct Person: Named, Aged {
    var name: String
    var age: Int
}
func wishHappyBirthday(to celebrator: Named & Aged) {
    print("Happy birthday, \(celebrator.name), you're \(celebrator.age)!")
}
let birthdayPerson = Person(name: "Malcolm", age: 21)
wishHappyBirthday(to: birthdayPerson)
// 打印 “Happy birthday Malcolm - you're 21!”

Named 协议包含 String 类型的 name 属性。Aged 协议包含 Int 类型的 age 属性。Person 结构体采纳了这两个协议。

wishHappyBirthday(to:) 函数的参数 celebrator 的类型为 Named & Aged， 这意味着“任何同时遵循 Named 和 Aged 的协议”。它不关心参数的具体类型，只要参数符合这两个协议即可。

上面的例子创建了一个名为 birthdayPerson 的 Person 的实例，作为参数传递给了 wishHappyBirthday(to:) 函数。因为 Person 同时符合这两个协议，所以这个参数合法，函数将打印生日问候语。

这里有一个例子：将 Location 类和前面的 Named 协议进行组合：

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class Location {
    var latitude: Double
    var longitude: Double
    init(latitude: Double, longitude: Double) {
        self.latitude = latitude
        self.longitude = longitude
    }
}
class City: Location, Named {
    var name: String
    init(name: String, latitude: Double, longitude: Double) {
        self.name = name
        super.init(latitude: latitude, longitude: longitude)
    }
}
func beginConcert(in location: Location & Named) {
    print("Hello, \(location.name)!")
}

let seattle = City(name: "Seattle", latitude: 47.6, longitude: -122.3)
beginConcert(in: seattle)
// 打印 "Hello, Seattle!"

beginConcert(in:) 函数接受一个类型为 Location & Named 的参数，这意味着“任何 Location 的子类，并且遵循 Named 协议”。例如，City 就满足这样的条件。

将 birthdayPerson 传入 beginConcert(in:) 函数是不合法的，因为 Person 不是 Location 的子类。同理，如果你新建一个类继承于 Location，但是没有遵循 Named 协议，而用这个类的实例去调用 beginConcert(in:) 函数也是非法的。

检查协议一致性

你可以使用 类型转换 中描述的 is 和 as 操作符来检查协议一致性，即是否符合某协议，并且可以转换到指定的协议类型。检查和转换协议的语法与检查和转换类型是完全一样的：

• is 用来检查实例是否符合某个协议，若符合则返回 true，否则返回 false；
• as? 返回一个可选值，当实例符合某个协议时，返回类型为协议类型的可选值，否则返回 nil；
• as! 将实例强制向下转换到某个协议类型，如果强转失败，将触发运行时错误。

下面的例子定义了一个 HasArea 协议，该协议定义了一个 Double 类型的可读属性 area：

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protocol HasArea {
    var area: Double { get }
}

如下所示，Circle 类和 Country 类都遵循了 HasArea 协议：

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class Circle: HasArea {
    let pi = 3.1415927
    var radius: Double
    var area: Double { return pi * radius * radius }
    init(radius: Double) { self.radius = radius }
}
class Country: HasArea {
    var area: Double
    init(area: Double) { self.area = area }
}

Circle 类把 area 属性实现为基于存储型属性 radius 的计算型属性。Country 类则把 area 属性实现为存储型属性。这两个类都正确地遵循了 HasArea 协议。

如下所示，Animal 是一个未遵循 HasArea 协议的类：

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class Animal {
    var legs: Int
    init(legs: Int) { self.legs = legs }
}

Circle，Country，Animal 并没有一个共同的基类，尽管如此，它们都是类，它们的实例都可以作为 AnyObject 类型的值，存储在同一个数组中：

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let objects: [AnyObject] = [
    Circle(radius: 2.0),
    Country(area: 243_610),
    Animal(legs: 4)
]

objects 数组使用字面量初始化，数组包含一个 radius 为 2 的 Circle 的实例，一个保存了英国国土面积的 Country 实例和一个 legs 为 4 的 Animal 实例。

如下所示，objects 数组可以被迭代，并对迭代出的每一个元素进行检查，看它是否符合 HasArea 协议：

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for object in objects {
    if let objectWithArea = object as? HasArea {
        print("Area is \(objectWithArea.area)")
    } else {
        print("Something that doesn't have an area")
    }
}
// Area is 12.5663708
// Area is 243610.0
// Something that doesn't have an area

当迭代出的元素符合 HasArea 协议时，将 as? 操作符返回的可选值通过可选绑定，绑定到 objectWithArea 常量上。objectWithArea 是 HasArea 协议类型的实例，因此 area 属性可以被访问和打印。

objects 数组中的元素的类型并不会因为强转而丢失类型信息，它们仍然是 Circle，Country，Animal 类型。然而，当它们被赋值给 objectWithArea 常量时，只被视为 HasArea 类型，因此只有 area 属性能够被访问。

可选的协议要求

协议可以定义可选要求，遵循协议的类型可以选择是否实现这些要求。在协议中使用 optional 关键字作为前缀来定义可选要求。可选要求用在你需要和 Objective-C 打交道的代码中。协议和可选要求都必须带上 @objc 属性。标记 @objc 特性的协议只能被继承自 Objective-C 类的类或者 @objc 类遵循，其他类以及结构体和枚举均不能遵循这种协议。

使用可选要求时（例如，可选的方法或者属性），它们的类型会自动变成可选的。比如，一个类型为 (Int) -> String 的方法会变成 ((Int) -> String)?。需要注意的是整个函数类型是可选的，而不是函数的返回值。

协议中的可选要求可通过可选链式调用来使用，因为遵循协议的类型可能没有实现这些可选要求。类似 someOptionalMethod?(someArgument) 这样，你可以在可选方法名称后加上 ? 来调用可选方法。详细内容可在 可选链式调用 章节中查看。

下面的例子定义了一个名为 Counter 的用于整数计数的类，它使用外部的数据源来提供每次的增量。数据源由 CounterDataSource 协议定义，它包含两个可选要求：

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@objc protocol CounterDataSource {
    @objc optional func increment(forCount count: Int) -> Int
    @objc optional var fixedIncrement: Int { get }
}

CounterDataSource 协议定义了一个可选方法 increment(forCount:) 和一个可选属性 fiexdIncrement，它们使用了不同的方法来从数据源中获取适当的增量值。

注意

严格来讲，CounterDataSource 协议中的方法和属性都是可选的，因此遵循协议的类可以不实现这些要求，尽管技术上允许这样做，不过最好不要这样写。

Counter 类含有 CounterDataSource? 类型的可选属性 dataSource，如下所示：

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class Counter {
    var count = 0
    var dataSource: CounterDataSource?
    func increment() {
        if let amount = dataSource?.increment?(forCount: count) {
            count += amount
        } else if let amount = dataSource?.fixedIncrement {
            count += amount
        }
    }
}

Counter 类使用变量属性 count 来存储当前值。该类还定义了一个 increment 方法，每次调用该方法的时候，将会增加 count 的值。

increment() 方法首先试图使用 increment(forCount:) 方法来得到每次的增量。increment() 方法使用可选链式调用来尝试调用 increment(forCount:)，并将当前的 count 值作为参数传入。

这里使用了两层可选链式调用。首先，由于 dataSource 可能为 nil，因此在 dataSource 后边加上了 ?，以此表明只在 dataSource 非空时才去调用 increment(forCount:) 方法。其次，即使 dataSource 存在，也无法保证其是否实现了 increment(forCount:) 方法，因为这个方法是可选的。因此，increment(forCount:) 方法同样使用可选链式调用进行调用，只有在该方法被实现的情况下才能调用它，所以在 increment(forCount:) 方法后边也加上了 ?。

调用 increment(forCount:) 方法在上述两种情形下都有可能失败，所以返回值为 Int? 类型。虽然在 CounterDataSource 协议中，increment(forCount:) 的返回值类型是非可选 Int。另外，即使这里使用了两层可选链式调用，最后的返回结果依旧是单层的可选类型。关于这一点的更多信息，请查阅 连接多层可选链式调用。

在调用 increment(forCount:) 方法后，Int? 型的返回值通过可选绑定解包并赋值给常量 amount。如果可选值确实包含一个数值，也就是说，数据源和方法都存在，数据源方法返回了一个有效值。之后便将解包后的 amount 加到 count 上，增量操作完成。

如果没有从 increment(forCount:) 方法获取到值，可能由于 dataSource 为 nil，或者它并没有实现 increment(forCount:) 方法，那么 increment() 方法将试图从数据源的 fixedIncrement 属性中获取增量。fixedIncrement 是一个可选属性，因此属性值是一个 Int? 值，即使该属性在 CounterDataSource 协议中的类型是非可选的 Int。

下面的例子展示了 CounterDataSource 的简单实现。ThreeSource 类遵循了 CounterDataSource 协议，它实现了可选属性 fixedIncrement，每次会返回 3：

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class ThreeSource: NSObject, CounterDataSource {
    let fixedIncrement = 3
}

可以使用 ThreeSource 的实例作为 Counter 实例的数据源：

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var counter = Counter()
counter.dataSource = ThreeSource()
for _ in 1...4 {
    counter.increment()
    print(counter.count)
}
// 3
// 6
// 9
// 12

上述代码新建了一个 Counter 实例，并将它的数据源设置为一个 ThreeSource 的实例，然后调用 increment() 方法 4 次。按照预期预期一样，每次调用都会将 count 的值增加 3.

下面是一个更为复杂的数据源 TowardsZeroSource，它将使得最后的值变为 0：

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class TowardsZeroSource: NSObject, CounterDataSource {
    func increment(forCount count: Int) -> Int {
        if count == 0 {
            return 0
        } else if count < 0 {
            return 1
        } else {
            return -1
        }
    }
}

TowardsZeroSource 实现了 CounterDataSource 协议中的 increment(forCount:) 方法，以 count 参数为依据，计算出每次的增量。如果 count 已经为 0，此方法将返回 0，以此表明之后不应再有增量操作发生。

你可以使用 TowardsZeroSource 实例将 Counter 实例来从 -4 增加到 0。一旦增加到 0，数值便不会再有变动：

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counter.count = -4
counter.dataSource = TowardsZeroSource()
for _ in 1...5 {
    counter.increment()
    print(counter.count)
}
// -3
// -2
// -1
// 0
// 0

协议扩展

协议可以通过扩展来为遵循协议的类型提供属性、方法以及下标的实现。通过这种方式，你可以基于协议本身来实现这些功能，而无需在每个遵循协议的类型中都重复同样的实现，也无需使用全局函数。

例如，可以扩展 RandomNumberGenerator 协议来提供 randomBool() 方法。该方法使用协议中定义的 random() 方法来返回一个随机的 Bool 值：

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extension RandomNumberGenerator {
    func randomBool() -> Bool {
        return random() > 0.5
    }
}

通过协议扩展，所有遵循协议的类型，都能自动获得这个扩展所增加的方法实现而无需任何额外修改：

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let generator = LinearCongruentialGenerator()
print("Here's a random number: \(generator.random())")
// 打印 “Here's a random number: 0.37464991998171”
print("And here's a random Boolean: \(generator.randomBool())")
// 打印 “And here's a random Boolean: true”

提供默认实现

可以通过协议扩展来为协议要求的属性、方法以及下标提供默认的实现。如果遵循协议的类型为这些要求提供了自己的实现，那么这些自定义实现将会替代扩展中的默认实现被使用。

注意

通过协议扩展为协议要求提供的默认实现和可选的协议要求不同。虽然在这两种情况下，遵循协议的类型都无需自己实现这些要求，但是通过扩展提供的默认实现可以直接调用，而无需使用可选链式调用。

例如，PrettyTextRepresentable 协议继承自 TextRepresentable 协议，可以为其提供一个默认的 prettyTextualDescription 属性来简单地返回 textualDescription 属性的值：

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extension PrettyTextRepresentable  {
    var prettyTextualDescription: String {
        return textualDescription
    }
}

为协议扩展添加限制条件

在扩展协议的时候，可以指定一些限制条件，只有遵循协议的类型满足这些限制条件时，才能获得协议扩展提供的默认实现。这些限制条件写在协议名之后，使用 where 子句来描述，正如 泛型 Where 子句 中所描述的。

例如，你可以扩展 Collection 协议，适用于集合中的元素遵循了 Equatable 协议的情况。通过限制集合元素遵 Equatable 协议， 作为标准库的一部分， 你可以使用 == 和 != 操作符来检查两个元素的等价性和非等价性。

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extension Collection where Element: Equatable {
    func allEqual() -> Bool {
        for element in self {
            if element != self.first {
                return false
            }
        }
        return true
    }
}

如果集合中的所有元素都一致，allEqual() 方法才返回 true。

看看两个整数数组，一个数组的所有元素都是一样的，另一个不一样：

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let equalNumbers = [100, 100, 100, 100, 100]
let differentNumbers = [100, 100, 200, 100, 200]

由于数组遵循 Collection 而且整数遵循 Equatable，equalNumbers 和 differentNumbers 都可以使用 allEqual() 方法。

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print(equalNumbers.allEqual())
// 打印 "true"
print(differentNumbers.allEqual())
// 打印 "false"

注意

如果一个遵循的类型满足了为同一方法或属性提供实现的多个限制型扩展的要求， Swift 会使用最匹配限制的实现。

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扩展

扩展可以给一个现有的类，结构体，枚举，还有协议添加新的功能。它还拥有不需要访问被扩展类型源代码就能完成扩展的能力（即逆向建模）。扩展和 Objective-C 的分类很相似。（与 Objective-C 分类不同的是，Swift 扩展是没有名字的。）

Swift 中的扩展可以：

• 添加计算型实例属性和计算型类属性
• 定义实例方法和类方法
• 提供新的构造器
• 定义下标
• 定义和使用新的嵌套类型
• 使已经存在的类型遵循（conform）一个协议

在 Swift 中，你甚至可以扩展协议以提供其需要的实现，或者添加额外功能给遵循的类型所使用。你可以从 协议扩展 获取更多细节。

注意

扩展可以给一个类型添加新的功能，但是不能重写已经存在的功能。

扩展的语法

使用 extension 关键字声明扩展：

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extension SomeType {
  // 在这里给 SomeType 添加新的功能
}

扩展可以扩充一个现有的类型，给它添加一个或多个协议。协议名称的写法和类或者结构体一样：

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extension SomeType: SomeProtocol, AnotherProtocol {
  // 协议所需要的实现写在这里
}

这种遵循协议的方式在 使用扩展遵循协议 中有描述。

扩展可以使用在现有范型类型上，就像 扩展范型类型 中描述的一样。你还可以使用扩展给泛型类型有条件的添加功能，就像 扩展一个带有 Where 字句的范型 中描述的一样。

注意

对一个现有的类型，如果你定义了一个扩展来添加新的功能，那么这个类型的所有实例都可以使用这个新功能，包括那些在扩展定义之前就存在的实例。

计算型属性

扩展可以给现有类型添加计算型实例属性和计算型类属性。这个例子给 Swift 内建的 Double 类型添加了五个计算型实例属性，从而提供与距离单位相关工作的基本支持：

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extension Double {
    var km: Double { return self * 1_000.0 }
    var m: Double { return self }
    var cm: Double { return self / 100.0 }
    var mm: Double { return self / 1_000.0 }
    var ft: Double { return self / 3.28084 }
}
let oneInch = 25.4.mm
print("One inch is \(oneInch) meters")
// 打印“One inch is 0.0254 meters”
let threeFeet = 3.ft
print("Three feet is \(threeFeet) meters")
// 打印“Three feet is 0.914399970739201 meters”

这些计算型属性表示的含义是把一个 Double 值看作是某单位下的长度值。即使它们被实现为计算型属性，但这些属性的名字仍可紧接一个浮点型字面值，从而通过点语法来使用，并以此实现距离转换。

在上述例子中，Double 类型的 1.0 代表的是“一米”。这就是为什么计算型属性 m 返回的是 self——表达式 1.m 被认为是计算一个 Double 类型的 1.0。

其它单位则需要一些单位换算。一千米等于 1,000 米，所以计算型属性 km 要把值乘以 1_000.00 来实现千米到米的单位换算。类似地，一米有 3.28084 英尺，所以计算型属性 ft 要把对应的 Double 值除以 3.28084，来实现英尺到米的单位换算。

这些属性都是只读的计算型属性，所以为了简便，它们的表达式里面都不包含 get 关键字。它们使用 Double 作为返回值类型，并可用于所有接受 Double 类型的数学计算中：

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let aMarathon = 42.km + 195.m
print("A marathon is \(aMarathon) meters long")
// 打印“A marathon is 42195.0 meters long”

注意

扩展可以添加新的计算属性，但是它们不能添加存储属性，或向现有的属性添加属性观察者。

构造器

扩展可以给现有的类型添加新的构造器。它使你可以把自定义类型作为参数来供其他类型的构造器使用，或者在类型的原始实现上添加额外的构造选项。

扩展可以给一个类添加新的便利构造器，但是它们不能给类添加新的指定构造器或者析构器。指定构造器和析构器必须始终由类的原始实现提供。

如果你使用扩展给一个值类型添加构造器只是用于给所有的存储属性提供默认值，并且没有定义任何自定义构造器，那么你可以在该值类型扩展的构造器中使用默认构造器和成员构造器。如果你把构造器写到了值类型的原始实现中，就像 值类型的构造器委托 中所描述的，那么就不属于在扩展中添加构造器。

如果你使用扩展给另一个模块中定义的结构体添加构造器，那么新的构造器直到定义模块中使用一个构造器之前，不能访问 self。

在下面的例子中，自定义了一个的 Rect 结构体用来表示一个几何矩形。这个例子中还定义了两个给予支持的结构体 Size 和 Point，它们都把属性的默认值设置为 0.0：

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struct Size {
    var width = 0.0, height = 0.0
}
struct Point {
    var x = 0.0, y = 0.0
}
struct Rect {
    var origin = Point()
    var size = Size()
}

因为 Rect 结构体给所有的属性都提供了默认值，所以它自动获得了一个默认构造器和一个成员构造器，就像 默认构造器 中描述的一样。这些构造器可以用来创建新的 Rect 实例：

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let defaultRect = Rect()
let memberwiseRect = Rect(origin: Point(x: 2.0, y: 2.0),
   size: Size(width: 5.0, height: 5.0))

你可以通过扩展 Rect 结构体来提供一个允许指定 point 和 size 的构造器：

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extension Rect {
    init(center: Point, size: Size) {
        let originX = center.x - (size.width / 2)
        let originY = center.y - (size.height / 2)
        self.init(origin: Point(x: originX, y: originY), size: size)
    }
}

这个新的构造器首先根据提供的 center 和 size 计算一个适当的原点。然后这个构造器调用结构体自带的成员构造器 init(origin:size:)，它会将新的 origin 和 size 值储存在适当的属性中：

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let centerRect = Rect(center: Point(x: 4.0, y: 4.0),
                      size: Size(width: 3.0, height: 3.0))
// centerRect 的 origin 是 (2.5, 2.5) 并且它的 size 是 (3.0, 3.0)

注意

如果你通过扩展提供一个新的构造器，你有责任确保每个通过该构造器创建的实例都是初始化完整的。

方法

扩展可以给现有类型添加新的实例方法和类方法。在下面的例子中，给 Int 类型添加了一个新的实例方法叫做 repetitions：

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extension Int {
    func repetitions(task: () -> Void) {
        for _ in 0..<self {
            task()
        }
    }
}

repetitions(task:) 方法仅接收一个 () -> Void 类型的参数，它表示一个没有参数没有返回值的方法。

定义了这个扩展之后，你可以对任意整形数值调用 repetitions(task:) 方法，来执行对应次数的任务：

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3.repetitions {
    print("Hello!")
}
// Hello!
// Hello!
// Hello!

可变实例方法

通过扩展添加的实例方法同样也可以修改（或 mutating（改变））实例本身。结构体和枚举的方法，若是可以修改 self 或者它自己的属性，则必须将这个实例方法标记为 mutating，就像是改变了方法的原始实现。

在下面的例子中，对 Swift 的 Int 类型添加了一个新的 mutating 方法，叫做 square，它将原始值求平方：

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extension Int {
    mutating func square() {
        self = self * self
    }
}
var someInt = 3
someInt.square()
// someInt 现在是 9

下标

扩展可以给现有的类型添加新的下标。下面的例子中，对 Swift 的 Int 类型添加了一个整数类型的下标。下标 [n] 从数字右侧开始，返回小数点后的第 n 位：

• 123456789[0] 返回 9
• 123456789[1] 返回 8

……以此类推：

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extension Int {
    subscript(digitIndex: Int) -> Int {
        var decimalBase = 1
        for _ in 0..<digitIndex {
            decimalBase *= 10
        }
        return (self / decimalBase) % 10
    }
}
746381295[0]
// 返回 5
746381295[1]
// 返回 9
746381295[2]
// 返回 2
746381295[8]
// 返回 7

如果操作的 Int 值没有足够的位数满足所请求的下标，那么下标的现实将返回 0，将好像在数字的左边补上了 0：

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746381295[9]
// 返回 0，就好像你进行了这个请求：
0746381295[9]

嵌套类型

扩展可以给现有的类，结构体，还有枚举添加新的嵌套类型：

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extension Int {
    enum Kind {
        case negative, zero, positive
    }
    var kind: Kind {
        switch self {
        case 0:
            return .zero
        case let x where x > 0:
            return .positive
        default:
            return .negative
        }
    }
}

这个例子给 Int 添加了一个新的嵌套枚举。这个枚举叫做 Kind，表示特定整数所代表的数字类型。具体来说，它表示数字是负的、零的还是正的。

这个例子同样给 Int 添加了一个新的计算型实例属性，叫做 kind，它返回被操作整数所对应的 Kind 枚举 case 分支。

现在，任意 Int 的值都可以使用这个嵌套类型：

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func printIntegerKinds(_ numbers: [Int]) {
    for number in numbers {
        switch number.kind {
        case .negative:
            print("- ", terminator: "")
        case .zero:
            print("0 ", terminator: "")
        case .positive:
            print("+ ", terminator: "")
        }
    }
    print("")
}
printIntegerKinds([3, 19, -27, 0, -6, 0, 7])
// 打印“+ + - 0 - 0 + ”

方法 printIntegerKinds(_:)，使用一个 Int 类型的数组作为输入，然后依次迭代这些值。对于数组中的每一个整数，方法会检查它的 kind 计算型属性，然后打印适当的描述。

注意

number.kind 已经被认为是 Int.Kind 类型。所以，在 switch 语句中所有的 Int.Kind case 分支可以被缩写，就像使用 .negative 替代 Int.Kind.negative.。

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嵌套类型

枚举常被用于为特定类或结构体实现某些功能。类似地，枚举可以方便的定义工具类或结构体，从而为某个复杂的类型所使用。为了实现这种功能，Swift 允许你定义嵌套类型，可以在支持的类型中定义嵌套的枚举、类和结构体。

要在一个类型中嵌套另一个类型，将嵌套类型的定义写在其外部类型的 {} 内，而且可以根据需要定义多级嵌套。

嵌套类型实践

下面这个例子定义了一个结构体 BlackjackCard（二十一点），用来模拟 BlackjackCard 中的扑克牌点数。BlackjackCard 结构体包含两个嵌套定义的枚举类型 Suit 和 Rank。

在 BlackjackCard 中，Ace 牌可以表示 1 或者 11，Ace 牌的这一特征通过一个嵌套在 Rank 枚举中的结构体 Values 来表示：

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struct BlackjackCard {

    // 嵌套的 Suit 枚举
    enum Suit: Character {
        case spades = "♠", hearts = "♡", diamonds = "♢", clubs = "♣"
    }

    // 嵌套的 Rank 枚举
    enum Rank: Int {
        case two = 2, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten
        case jack, queen, king, ace
        struct Values {
            let first: Int, second: Int?
        }
        var values: Values {
            switch self {
            case .ace:
                return Values(first: 1, second: 11)
            case .jack, .queen, .king:
                return Values(first: 10, second: nil)
            default:
                return Values(first: self.rawValue, second: nil)
            }
        }
    }

    // BlackjackCard 的属性和方法
    let rank: Rank, suit: Suit
    var description: String {
        var output = "suit is \(suit.rawValue),"
        output += " value is \(rank.values.first)"
        if let second = rank.values.second {
            output += " or \(second)"
        }
        return output
    }
}

Suit 枚举用来描述扑克牌的四种花色，并用一个 Character 类型的原始值表示花色符号。

Rank 枚举用来描述扑克牌从 Ace~10，以及 J、Q、K，这 13 种牌，并用一个 Int 类型的原始值表示牌的面值。（这个 Int 类型的原始值未用于 Ace、J、Q、K 这 4 种牌。）

如上所述，Rank 枚举在内部定义了一个嵌套结构体 Values。结构体 Values 中定义了两个属性，用于反映只有 Ace 有两个数值，其余牌都只有一个数值：

• first 的类型为 Int
• second 的类型为 Int?，或者说“可选 Int”

Rank 还定义了一个计算型属性 values，它将会返回一个 Values 结构体的实例。这个计算型属性会根据牌的面值，用适当的数值去初始化 Values 实例。对于 J、Q、K、Ace 这四种牌，会使用特殊数值。对于数字面值的牌，使用枚举实例的 Int 类型的原始值。

BlackjackCard 结构体拥有两个属性——rank 与 suit。它也同样定义了一个计算型属性 description，description 属性用 rank 和 suit 中的内容来构建对扑克牌名字和数值的描述。该属性使用可选绑定来检查可选类型 second 是否有值，若有值，则在原有的描述中增加对 second 的描述。

因为 BlackjackCard 是一个没有自定义构造器的结构体，在 结构体的逐一成员构造器 中可知，结构体有默认的成员构造器，所以你可以用默认的构造器去初始化新常量 theAceOfSpades：

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let theAceOfSpades = BlackjackCard(rank: .ace, suit: .spades)
print("theAceOfSpades: \(theAceOfSpades.description)")
// 打印“theAceOfSpades: suit is ♠, value is 1 or 11”

尽管 Rank 和 Suit 嵌套在 BlackjackCard 中，但它们的类型仍可从上下文中推断出来，所以在初始化实例时能够单独通过成员名称（.ace 和 .spades）引用枚举实例。在上面的例子中，description 属性正确地反映了黑桃 A 牌具有 1 和 11 两个值。

引用嵌套类型

在外部引用嵌套类型时，在嵌套类型的类型名前加上其外部类型的类型名作为前缀：

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let heartsSymbol = BlackjackCard.Suit.hearts.rawValue
// 红心符号为“♡”

对于上面这个例子，这样可以使 Suit、Rank 和 Values 的名字尽可能的短，因为它们的名字可以由定义它们的上下文来限定。

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类型转换

类型转换可以判断实例的类型，也可以将实例看做是其父类或者子类的实例。

类型转换在 Swift 中使用 is 和 as 操作符实现。这两个操作符分别提供了一种简单达意的方式去检查值的类型或者转换它的类型。

你也可以用它来检查一个类型是否遵循了某个协议，就像在 检验协议遵循 部分讲述的一样。

为类型转换定义类层次

你可以将类型转换用在类和子类的层次结构上，检查特定类实例的类型并且转换这个类实例的类型成为这个层次结构中的其他类型。下面的三个代码段定义了一个类层次和一个包含了这些类实例的数组，作为类型转换的例子。

第一个代码片段定义了一个新的基类 MediaItem。这个类为任何出现在数字媒体库的媒体项提供基础功能。特别的，它声明了一个 String 类型的 name 属性，和一个 init(name:) 初始化器。（假定所有的媒体项都有个名称。）

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class MediaItem {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
}

下一个代码段定义了 MediaItem 的两个子类。第一个子类 Movie 封装了与电影相关的额外信息，在父类（或者说基类）的基础上增加了一个 director（导演）属性，和相应的初始化器。第二个子类 Song，在父类的基础上增加了一个 artist（艺术家）属性，和相应的初始化器：

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class Movie: MediaItem {
    var director: String
    init(name: String, director: String) {
        self.director = director
        super.init(name: name)
    }
}

class Song: MediaItem {
    var artist: String
    init(name: String, artist: String) {
        self.artist = artist
        super.init(name: name)
    }
}

最后一个代码段创建了一个数组常量 library，包含两个 Movie 实例和三个 Song 实例。library 的类型是在它被初始化时根据它数组中所包含的内容推断来的。Swift 的类型检测器能够推断出 Movie 和 Song 有共同的父类 MediaItem，所以它推断出 [MediaItem] 类作为 library 的类型：

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let library = [
    Movie(name: "Casablanca", director: "Michael Curtiz"),
    Song(name: "Blue Suede Shoes", artist: "Elvis Presley"),
    Movie(name: "Citizen Kane", director: "Orson Welles"),
    Song(name: "The One And Only", artist: "Chesney Hawkes"),
    Song(name: "Never Gonna Give You Up", artist: "Rick Astley")
]
// 数组 library 的类型被推断为 [MediaItem]

在幕后 library 里存储的媒体项依然是 Movie 和 Song 类型的。但是，若你迭代它，依次取出的实例会是 MediaItem 类型的，而不是 Movie 和 Song 类型。为了让它们作为原本的类型工作，你需要检查它们的类型或者向下转换它们到其它类型，就像下面描述的一样。

检查类型

用类型检查操作符（is）来检查一个实例是否属于特定子类型。若实例属于那个子类型，类型检查操作符返回 true，否则返回 false。

下面的例子定义了两个变量，movieCount 和 songCount，用来计算数组 library 中 Movie 和 Song 类型的实例数量：

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var movieCount = 0
var songCount = 0

for item in library {
    if item is Movie {
        movieCount += 1
    } else if item is Song {
        songCount += 1
    }
}

print("Media library contains \(movieCount) movies and \(songCount) songs")
// 打印“Media library contains 2 movies and 3 songs”

示例迭代了数组 library 中的所有项。每一次，for-in 循环设置 item 常量为数组中的下一个 MediaItem 实例。

若当前 MediaItem 是一个 Movie 类型的实例，item is Movie 返回 true，否则返回 false。同样的，item is Song 检查 item 是否为 Song 类型的实例。在循环结束后，movieCount 和 songCount 的值就是被找到的属于各自类型的实例的数量。

向下转型

某类型的一个常量或变量可能在幕后实际上属于一个子类。当确定是这种情况时，你可以尝试用类型转换操作符（as? 或 as!）向下转到它的子类型。

因为向下转型可能会失败，类型转型操作符带有两种不同形式。条件形式 as? 返回一个你试图向下转成的类型的可选值。强制形式 as! 把试图向下转型和强制解包转换结果结合为一个操作。

当你不确定向下转型可以成功时，用类型转换的条件形式（as?）。条件形式的类型转换总是返回一个可选值，并且若下转是不可能的，可选值将是 nil。这使你能够检查向下转型是否成功。

只有你可以确定向下转型一定会成功时，才使用强制形式（as!）。当你试图向下转型为一个不正确的类型时，强制形式的类型转换会触发一个运行时错误。

下面的例子，迭代了 library 里的每一个 MediaItem，并打印出适当的描述。要这样做，item 需要真正作为 Movie 或 Song 的类型来使用，而不仅仅是作为 MediaItem。为了能够在描述中使用 Movie 或 Song 的 director 或 artist 属性，这是必要的。

在这个示例中，数组中的每一个 item 可能是 Movie 或 Song。事前你不知道每个 item 的真实类型，所以这里使用条件形式的类型转换（as?）去检查循环里的每次下转：

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