儘管 Swift 一直在強調強類型、編譯時安全和靜態調度，但它的標準庫仍然提供了反射機制。可能你已經在很多博客文章或者類似Tuples、Midi Packets 和 Core Data 的項目中見過它。也許你剛好對在項目中使用反射機制感興趣，或者你想更好滴了解反射可以應用的領域，那這篇文章就正是你需要的。文章的內容是基於我在德國法蘭克福 Macoun會議上的一次演講，它對 Swift 的反射 API 做了一個概述。

API 概述

理解這個主題最好的方式就是看API，看它都提供了什麼功能。

`Mirror`

Swift 的反射機制是基於一個叫 Mirror 的 struct 來實現的。你爲具體的 subject 創建一個 Mirror，然後就可以通過它查詢這個對象 subject 。

在我們創建 Mirror 之前，我們先創建一個可以讓我們當做對象來使用的簡單數據結構。

import Foundation.NSURL // [譯者注]此處應該爲import Foundation

public class Store {
    let storesToDisk: Bool = true
}
public class BookmarkStore: Store {
    let itemCount: Int = 10
}
public struct Bookmark {
   enum Group {
      case Tech
      case News
   }
   private let store = {
       return BookmarkStore()
   }()
   let title: String?
   let url: NSURL
   let keywords: [String]
   let group: Group
}

let aBookmark = Bookmark(title: "Appventure", url: NSURL(string: "appventure.me")!, keywords: ["Swift", "iOS", "OSX"], group: .Tech)

創建一個 `Mirror`

創建 Mirror 最簡單的方式就是使用 reflecting 構造器：

public init(reflecting subject: Any)

然後在 aBookmark struct 上使用它：

let aMirror = Mirror(reflecting: aBookmark)
print(aMirror)
// 輸出 : Mirror for Bookmark

這段代碼創建了 Bookmark 的 Mirror。正如你所見，對象的類型是 Any。這是 Swift 中最通用的類型。Swift 中的任何東西至少都是 Any 類型的1。這樣一來 mirror 就可以兼容 struct, class, enum, Tuple, Array, Dictionary, set 等。

Mirror 結構體還有另外三個構造器，但是這三個都是在你需要自定義 mirror 這種情況下使用的。我們會在接下來討論自定義 mirror 時詳細講解這些額外的構造器。

`Mirror` 中都有什麼？

Mirror struct 中包含幾個 types 來幫助確定你想查詢的信息。

第一個是 DisplayStyle enum，它會告訴你對象的類型：

public enum DisplayStyle {
    case Struct
    case Class
    case Enum
    case Tuple
    case Optional
    case Collection
    case Dictionary
    case Set
}

這些都是反射 API 的輔助類型。之前我們知道，反射只要求對象是 Any 類型，而且Swift 標準庫中還有很多類型爲 Any 的東西沒有被列舉在上面的 DisplayStyle enum 中。如果試圖反射它們中間的某一個又會發生什麼呢？比如 closure。

let closure = { (a: Int) -> Int in return a * 2 }
let aMirror = Mirror(reflecting: closure)

這裏你會得到一個 mirror，但是 DisplayStyle 爲 nil 2

也有提供給 Mirror 的子節點使用的 typealias：

public typealias Child = (label: String?, value: Any)

所以每個 Child 都包含一個可選的 label 和 Any 類型的 value。爲什麼 label 是 Optional 的？如果你仔細考慮下，其實這是非常有意義的，並不是所有支持反射的數據結構都包含有名字的子節點。 struct 會以屬性的名字做爲 label，但是 Collection 只有下標，沒有名字。Tuple 同樣也可能沒有給它們的條目指定名字。

接下來是 AncestorRepresentation enum 3：

public enum AncestorRepresentation {
    /// 爲所有 ancestor class 生成默認 mirror。
    case Generated
    /// 使用最近的 ancestor 的 customMirror() 實現來給它創建一個 mirror。    
    case Customized(() -> Mirror)
    /// 禁用所有 ancestor class 的行爲。Mirror 的 superclassMirror() 返回值爲 nil。
    case Suppressed
}

這個 enum 用來定義被反射的對象的父類應該如何被反射。也就是說，這隻應用於 class 類型的對象。默認情況（正如你所見）下 Swift 會爲每個父類生成額外的 mirror。然而，如果你需要做更復雜的操作，你可以使用 AncestorRepresentation enum 來定義父類被反射的細節。我們會在下面的內容中進一步研究這個。

如何使用一個 `Mirror`

現在我們有了給 Bookmark 類型的對象aBookmark 做反射的實例變量 aMirror。可以用它來做什麼呢？

下面列舉了 Mirror 可用的屬性 / 方法：

let children: Children：對象的子節點。
displayStyle: Mirror.DisplayStyle?：對象的展示風格
let subjectType: Any.Type：對象的類型
func superclassMirror() -> Mirror?：對象父類的 mirror

下面我們會分別對它們進行解析。

`displayStyle`

很簡單，它會返回 DisplayStyle enum 的其中一種情況。如果你想要對某種不支持的類型進行反射，你會得到一個空的 Optional 值（這個之前解釋過）。

print (aMirror.displayStyle)
// 輸出: Optional(Swift.Mirror.DisplayStyle.Struct)
// [譯者注]此處輸出：Optional(Struct)

`children`

這會返回一個包含了對象所有的子節點的 AnyForwardCollection<Child>。這些子節點不單單限於 Array 或者 Dictionary 中的條目。諸如 struct 或者 class 中所有的屬性也是由 AnyForwardCollection<Child> 這個屬性返回的子節點。AnyForwardCollection 協議意味着這是一個支持遍歷的 Collection 類型。

for case let (label?, value) in aMirror.children {
    print (label, value)
}
//輸出:
//: store main.BookmarkStore
//: title Optional("Appventure")
//: url appventure.me
//: keywords ["Swift", "iOS", "OSX"]
//: group Tech

`SubjectType`

這是對象的類型：

print(aMirror.subjectType)
//輸出 : Bookmark
print(Mirror(reflecting: 5).subjectType)
//輸出 : Int
print(Mirror(reflecting: "test").subjectType)
//輸出 : String
print(Mirror(reflecting: NSNull()).subjectType)
//輸出 : NSNull

然而，Swift 的文檔中有下面一句話：

“當 self 是另外一個 mirror 的 superclassMirror() 時，這個類型和對象的動態類型可能會不一樣“

`SuperclassMirror`

這是我們對象父類的 mirror。如果這個對象不是一個類，它會是一個空的 Optional 值。如果對象的類型是基於類的，你會得到一個新的 Mirror：

// 試試 struct
print(Mirror(reflecting: aBookmark).superclassMirror())
// 輸出: nil
// 試試 class
print(Mirror(reflecting: aBookmark.store).superclassMirror())
// 輸出: Optional(Mirror for Store)

實例

`Struct` 轉 `Core Data`

假設我們在一個叫 Books Bunny 的新興高科技公司工作，我們以瀏覽器插件的方式提供了一個人工智能，它可以自動分析用戶訪問的所有網站，然後把相關頁面自動保存到書籤中。

現在是 2016 年，Swift 已經開源，所以我們的後臺服務端肯定是用 Swift 編寫。因爲在我們的系統中同時有數以百萬計的網站訪問活動，我們想用 struct 來存儲用戶訪問網站的分析數據。不過，如果我們 AI 認定某個頁面的數據是需要保存到書籤中的話，我們需要使用 CoreData 來把這個類型的對象保存到數據庫中。

現在我們不想爲每個新建的 struct 單獨寫自定義的 Core Data 序列化代碼。而是想以一種更優雅的方式來開發，從而可以讓將來的所有 struct 都可以利用這種方式來做序列化。

那麼我們該怎麼做呢？

協議

記住，我們有一個 struct，它需要自動轉換爲 NSManagedObject （Core Data）。

如果我們想要支持不同的 struct 甚至類型，我們可以用協議來實現，然後確保我們需要的類型符合這個協議。所以我們假想的協議應該有哪些功能呢？

第一，協議應該允許自定義我們想要創建的Core Data 實體的名字
第二，協議需要提供一種方式來告訴它如何轉換爲 NSManagedObject。

我們的 protocol 看起來是下面這個樣子的：

protocol StructDecoder {
    // 我們 Core Data 實體的名字
    static var EntityName: String { get }
    // 返回包含我們屬性集的 NSManagedObject
    func toCoreData(context: NSManagedObjectContext) throws -> NSManagedObject //[譯者注]使用 NSManagedObjectContext 需要 import CoreData
}

toCoreData 方法使用了 Swift 2.0 新的異常處理來拋出錯誤，如果轉換失敗，會有幾種錯誤情況，這些情況都在下面的 ErrorType enum 進行了列舉：

enum SerializationError: ErrorType {
    // 我們只支持 struct
    case StructRequired
    // 實體在 Core Data 模型中不存在
    case UnknownEntity(name: String)
    // 給定的類型不能保存在 core data 中
    case UnsupportedSubType(label: String?)
}

上面列舉了三種轉換時需要注意的錯誤情況。第一種情況是我們試圖把它應用到非 struct 的對象上。第二種情況是我們想要創建的 entity 在 Core Data 模型中不存在。第三種情況是我們想要把一些不能存儲在 Core Data 中的東西保存到 Core Data 中（即 enum）。

讓我們創建一個 struct 然後爲其增加協議一致性：

`Bookmark` `struct`

struct Bookmark {
   let title: String
   let url: NSURL
   let pagerank: Int
   let created: NSDate
}

下一步，我們要實現 toCoreData 方法。

協議擴展

當然我們可以爲每個 struct 都寫新的 toCoreData 方法，但是工作量很大，因爲 struct 不支持繼承，所以我們不能使用基類的方式。不過我們可以使用 protocol extension 來擴展這個方法到所有相符合的 struct：

extension StructDecoder {
    func toCoreData(context: NSManagedObjectContext) throws -> NSManagedObject {
    }
}

因爲擴展已經被應用到相符合的 struct，這個方法就可以在 struct 的上下文中被調用。因此，在協議中，self 指的是我們想分析的 struct。

所以，我們需要做的第一步就是創建一個可以寫入我們 Bookmark struct 值的NSManagedObject。我們該怎麼做呢？

一點 `Core Data`

Core Data 有點囉嗦，所以如果需要創建一個對象，我們需要如下的步驟：

獲得我們需要創建的實體的名字（字符串）
獲取 NSManagedObjectContext，然後爲我們的實體創建 NSEntityDescription
利用這些信息創建 NSManagedObject。

實現代碼如下：

// 獲取 Core Data 實體的名字
let entityName = self.dynamicType.EntityName

// 創建實體描述
// 實體可能不存在, 所以我們使用 'guard let' 來判斷，如果實體
// 在我們的 core data 模型中不存在的話，我們就拋出錯誤 
guard let desc = NSEntityDescription.entityForName(entityName, inManagedObjectContext: context)
    else { throw UnknownEntity(name: entityName) } // [譯者注] UnknownEntity 爲 SerializationError.UnknownEntity

// 創建 NSManagedObject
let managedObject = NSManagedObject(entity: desc, insertIntoManagedObjectContext: context)

實現反射

下一步，我們想使用反射 API 來讀取 bookmark 對象的屬性然後把它寫入到 NSManagedObject 實例中。

// 創建 Mirror
let mirror = Mirror(reflecting: self)

// 確保我們是在分析一個 struct
guard mirror.displayStyle == .Struct else { throw SerializationError.StructRequired }

我們通過測試 displayStyle 屬性的方式來確保這是一個 struct。

所以現在我們有了一個可以讓我們讀取屬性的 Mirror，也有了一個可以用來設置屬性的 NSManagedObject。因爲 mirror 提供了讀取所有 children 的方式，所以我們可以遍歷它們並保存它們的值。方式如下：

for case let (label?, value) in mirror.children {
    managedObject.setValue(value, forKey: label)
}

太棒了！但是，如果我們試圖編譯它，它會失敗。原因是 setValueForKey 需要一個 AnyObject? 類型的對象，而我們的 children 屬性只返回一個 (String?, Any) 類型的 tuple——也就是說 value 是 Any 類型，但是我們需要 AnyObject 類型的。爲了解決這個問題，我們要測試 value 的 AnyObject 協議一致性。這也意味着如果得到的屬性的類型不符合 AnyObject 協議（比如 enum)，我們就可以拋出一個錯誤。

let mirror = Mirror(reflecting: self)

guard mirror.displayStyle == .Struct 
  else { throw SerializationError.StructRequired }

for case let (label?, anyValue) in mirror.children {
    if let value = anyValue as? AnyObject {
    managedObject.setValue(child, forKey: label) // [譯者注] 正確代碼爲：managedObject.setValue(value, forKey: label)
    } else {
    throw SerializationError.UnsupportedSubType(label: label)
    }
}

現在，只有在 child 是 AnyObject 類型的時候我們纔會調用 setValueForKey 方法。

然後唯一剩下的事情就是返回 NSManagedObject。完整的代碼如下：

extension StructDecoder {
    func toCoreData(context: NSManagedObjectContext) throws -> NSManagedObject {
    let entityName = self.dynamicType.EntityName

    // 創建實體描述
    guard let desc = NSEntityDescription.entityForName(entityName, inManagedObjectContext: context)
        else { throw UnknownEntity(name: entityName) } // [譯者注] UnknownEntity 爲 SerializationError.UnknownEntity

    // 創建 NSManagedObject
    let managedObject = NSManagedObject(entity: desc, insertIntoManagedObjectContext: context)

    // 創建一個 Mirror
    let mirror = Mirror(reflecting: self)

    // 確保我們是在分析一個 struct
    guard mirror.displayStyle == .Struct else { throw SerializationError.StructRequired }

    for case let (label?, anyValue) in mirror.children {
        if let value = anyValue as? AnyObject {
        managedObject.setValue(child, forKey: label) // [譯者注] 正確代碼爲：managedObject.setValue(value, forKey: label)
        } else {
        throw SerializationError.UnsupportedSubType(label: label)
        }
    }

    return managedObject
    }
}

搞定，我們現在已經把 struct 轉換爲 NSManagedObject 了。

性能

那麼，速度如何呢？這個方法可以在生產中應用麼？我做了一些測試：

創建 2000 個 NSManagedObject
原生: 0.062 seconds
反射: 0.207 seconds

這裏的原生是指創建一個 NSManagedObject，然後通過 setValueForKey 設置屬性值。如果你在 Core Data 內創建一個 NSManagedObject 子類然後把值直接設置到屬性上（沒有了動態 setValueForKey 的開銷），速度可能更快。

所以正如你所見，使用反射使創建 NSManagedObject 的性能下降了3.5倍。當你在數量有限的項目上使用這個方法，或者你不關心處理速度時，這是沒問題的。但是當你需要反射大量的 struct 時，這個方法可能會大大降低你 app 的性能。

自定義 `Mirror`

我們之前已經討論過，創建 Mirror 還有其他的選項。這些選項是非常有用的，比如，你想自己定義 mirror 中對象的哪些部分是可訪問的。對於這種情況 Mirror Struct 提供了其他的構造器。

`Collection`

第一個特殊 init 是爲 Collection 量身定做的：

public init<T, C : CollectionType where C.Generator.Element == Child>
  (_ subject: T, children: C, 
   displayStyle: Mirror.DisplayStyle? = default, 
   ancestorRepresentation: Mirror.AncestorRepresentation = default)

與之前的 init(reflecting:) 相比，這個構造器允許我們定義更多反射處理的細節。

它只對 Collection 有效
我們可以設定被反射的對象以及對象的 children （Collection 的內容）

`class` 或者 `struct`

第二個可以在 class 或者 struct 上使用。

public init<T>(_ subject: T, 
  children: DictionaryLiteral<String, Any>, 
  displayStyle: Mirror.DisplayStyle? = default, 
  ancestorRepresentation: Mirror.AncestorRepresentation = default)

有意思的是，這裏是由你指定對象的 children （即屬性），指定的方式是通過一個 DictionaryLiteral，它有點像字典，可以直接用作函數參數。如果我們爲 Bookmark struct 實現這個構造器，它看起來是這樣的：

extension Bookmark: CustomReflectable {
    func customMirror() -> Mirror { // [譯者注] 此處應該爲 public func customMirror() -> Mirror {
    let children = DictionaryLiteral<String, Any>(dictionaryLiteral: 
    ("title", self.title), ("pagerank", self.pagerank), 
    ("url", self.url), ("created", self.created), 
    ("keywords", self.keywords), ("group", self.group))

    return Mirror.init(Bookmark.self, children: children, 
        displayStyle: Mirror.DisplayStyle.Struct, 
        ancestorRepresentation:.Suppressed)
    }
}

如果現在我們做另外一個性能測試，會發現性能甚至略微有所提升：

創建 2000 個 NSManagedObject
原生: 0.062 seconds
反射: 0.207 seconds
反射: 0.203 seconds

但這個工作幾乎沒有任何價值，因爲它與我們之前反射 struct 成員變量的初衷是相違背的。

用例

所以留下來讓我們思考的問題是什麼呢？好的反射用例又是什麼呢？很顯然，如果你在很多 NSManagedObject 上使用反射，它會大大降低你代碼的性能。同時如果只有一個或者兩個 struct，根據自己掌握的struct 領域的知識編寫一個序列化的方法會更容易，更高性能且更不容易讓人困惑。

而本文展示反射技巧可以當你在有很多複雜的 struct ，且偶爾想對它們中的一部分進行存儲時使用。

例子如下：

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除了這些，反射當然還有其他的使用場景：

遍歷 tuple
對類做分析
運行時分析對象的一致性
自動生成詳細日誌 / 調試信息（即外部生成對象）

討論

反射 API 主要做爲 Playground 的一個工具。符合反射 API 的對象可以很輕鬆滴就在 Playground 的側邊欄中以分層的方式展示出來。儘管它的性能不是最優的，在 Playground 之外仍然有很多有趣的應用場景，這些應用場景我們在用例章節中都講解過。

Swift反射API及其用法

API 概述

`Mirror`

創建一個 `Mirror`

`Mirror` 中都有什麼？

如何使用一個 `Mirror`

`displayStyle`

`children`

`SubjectType`

`SuperclassMirror`

實例

`Struct` 轉 `Core Data`

協議

`Bookmark` `struct`

協議擴展

一點 `Core Data`

實現反射

性能

自定義 `Mirror`

`Collection`

`class` 或者 `struct`

用例

討論

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創建一個 Mirror

Mirror 中都有什麼？

如何使用一個 Mirror

displayStyle

children

SubjectType

SuperclassMirror

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Struct 轉 Core Data

協議

Bookmark struct

協議擴展

一點 Core Data

實現反射

性能

自定義 Mirror

Collection

class 或者 struct

用例

討論

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`Mirror`

創建一個 `Mirror`

`Mirror` 中都有什麼？

如何使用一個 `Mirror`

`displayStyle`

`children`

`SubjectType`

`SuperclassMirror`

`Struct` 轉 `Core Data`

`Bookmark` `struct`

一點 `Core Data`

自定義 `Mirror`

`Collection`

`class` 或者 `struct`