swift學習筆記(10)-屬性

存儲屬性

簡單來說,一個存儲屬性就是存儲在特定類或結構體實例裏的一個常量或變量。存儲屬性可以是變量存儲屬性(用關鍵字 var 定義),也可以是常量存儲屬性(用關鍵字 let 定義)。

可以在定義存儲屬性的時候指定默認值,請參考默認構造器一節。也可以在構造過程中設置或修改存儲屬性的值,甚至修改常量存儲屬性的值,請參考構造過程中常量屬性的修改一節。

下面的例子定義了一個名爲 FixedLengthRange 的結構體,該結構體用於描述整數的範圍,且這個範圍值在被創建後不能被修改.

struct FixedLengthRange {
    var firstValue: Int
    let length: Int
}
var rangeOfThreeItems = FixedLengthRange(firstValue: 0, length: 3)
// 該區間表示整數0,1,2
rangeOfThreeItems.firstValue = 6
// 該區間現在表示整數6,7,8

FixedLengthRange 的實例包含一個名爲 firstValue 的變量存儲屬性和一個名爲 length 的常量存儲屬性。在上面的例子中,length 在創建實例的時候被初始化,因爲它是一個常量存儲屬性,所以之後無法修改它的值。

常量結構體的存儲屬性

如果創建了一個結構體的實例並將其賦值給一個常量,則無法修改該實例的任何屬性,即使有屬性被聲明爲變量也不行:

let rangeOfFourItems = FixedLengthRange(firstValue: 0, length: 4)
// 該區間表示整數0,1,2,3
rangeOfFourItems.firstValue = 6
// 儘管 firstValue 是個變量屬性,這裏還是會報錯
因爲 rangeOfFourItems 被聲明成了常量(用 let 關鍵字),即使 firstValue是一個變量屬性,也無法再修改它了。

這種行爲是由於結構體(struct)屬於值類型。當值類型的實例被聲明爲常量的時候,它的所有屬性也就成了常量。

屬於引用類型的類(class)則不一樣。把一個引用類型的實例賦給一個常量後,仍然可以修改該實例的變量屬性。

延遲存儲屬性

延遲存儲屬性是指當第一次被調用的時候纔會計算其初始值的屬性。在屬性聲明前使用 lazy 來標示一個延遲存儲屬性。

注意
必須將延遲存儲屬性聲明成變量(使用 var 關鍵字),因爲屬性的初始值可能在實例構造完成之後纔會得到。而常量屬性在構造過程完成之前必須要有初始值,因此無法聲明成延遲屬性。
延遲屬性很有用,當屬性的值依賴於在實例的構造過程結束後纔會知道影響值的外部因素時,或者當獲得屬性的初始值需要複雜或大量計算時,可以只在需要的時候計算它。

下面的例子使用了延遲存儲屬性來避免複雜類中不必要的初始化。例子中定義了 DataImporter 和 DataManager 兩個類,下面是部分代碼:

class DataImporter {
    /*
    DataImporter 是一個負責將外部文件中的數據導入的類。
    這個類的初始化會消耗不少時間。
    */
    var fileName = "data.txt"
    // 這裏會提供數據導入功能
}

class DataManager {
    lazy var importer = DataImporter()
    var data = [String]()
    // 這裏會提供數據管理功能
}

let manager = DataManager()
manager.data.append("Some data")
manager.data.append("Some more data")
// DataImporter 實例的 importer

由於使用了 lazy ,importer 屬性只有在第一次被訪問的時候才被創建。比如訪問它的屬性 fileName 時:

print(manager.importer.fileName)
// DataImporter 實例的 importer 屬性現在被創建了
// 輸出 "data.txt”

注意
如果一個被標記爲 lazy 的屬性在沒有初始化時就同時被多個線程訪問,則無法保證該屬性只會被初始化一次。

存儲屬性和實例變量

如果您有過 Objective-C 經驗,應該知道 Objective-C 爲類實例存儲值和引用提供兩種方法。除了屬性之外,還可以使用實例變量作爲屬性值的後端存儲。

Swift 編程語言中把這些理論統一用屬性來實現。Swift 中的屬性沒有對應的實例變量,屬性的後端存儲也無法直接訪問。這就避免了不同場景下訪問方式的困擾,同時也將屬性的定義簡化成一個語句。屬性的全部信息——包括命名、類型和內存管理特徵——都在唯一一個地方(類型定義中)定義。

計算屬性

除存儲屬性外,類、結構體和枚舉可以定義計算屬性。計算屬性不直接存儲值,而是提供一個 getter 和一個可選的 setter,來間接獲取和設置其他屬性或變量的值。

struct Point {
    var x = 0.0, y = 0.0
}
struct Size {
    var width = 0.0, height = 0.0
}
struct Rect {
    var origin = Point()
    var size = Size()
    var center: Point {
        get {
            let centerX = origin.x + (size.width / 2)
            let centerY = origin.y + (size.height / 2)
            return Point(x: centerX, y: centerY)
        }
        set(newCenter) {
            origin.x = newCenter.x - (size.width / 2)
            origin.y = newCenter.y - (size.height / 2)
        }
    }
}
var square = Rect(origin: Point(x: 0.0, y: 0.0),
    size: Size(width: 10.0, height: 10.0))
let initialSquareCenter = square.center
square.center = Point(x: 15.0, y: 15.0)
print("square.origin is now at (\(square.origin.x), \(square.origin.y))")
// 打印 "square.origin is now at (10.0, 10.0)”

簡化 setter 聲明

如果計算屬性的 setter 沒有定義表示新值的參數名,則可以使用默認名稱 newValue。下面是使用了簡化 setter 聲明的 Rect 結構體代碼:

struct AlternativeRect {
    var origin = Point()
    var size = Size()
    var center: Point {
        get {
            let centerX = origin.x + (size.width / 2)
            let centerY = origin.y + (size.height / 2)
            return Point(x: centerX, y: centerY)
        }
        set {
            origin.x = newValue.x - (size.width / 2)
            origin.y = newValue.y - (size.height / 2)
        }
    }
}

只讀計算屬性

只有 getter 沒有 setter 的計算屬性就是隻讀計算屬性。只讀計算屬性總是返回一個值,可以通過點運算符訪問,但不能設置新的值。

注意
必須使用 var 關鍵字定義計算屬性,包括只讀計算屬性,因爲它們的值不是固定的。let 關鍵字只用來聲明常量屬性,表示初始化後再也無法修改的值。
只讀計算屬性的聲明可以去掉 get 關鍵字和花括號:

struct Cuboid {
    var width = 0.0, height = 0.0, depth = 0.0
    var volume: Double {
        return width * height * depth
    }
}
let fourByFiveByTwo = Cuboid(width: 4.0, height: 5.0, depth: 2.0)
print("the volume of fourByFiveByTwo is \(fourByFiveByTwo.volume)")
// 打印 "the volume of fourByFiveByTwo is 40.0"

屬性觀察器

屬性觀察器監控和響應屬性值的變化,每次屬性被設置值的時候都會調用屬性觀察器,即使新值和當前值相同的時候也不例外。

可以爲除了延遲存儲屬性之外的其他存儲屬性添加屬性觀察器,也可以通過重寫屬性的方式爲繼承的屬性(包括存儲屬性和計算屬性)添加屬性觀察器。你不必爲非重寫的計算屬性添加屬性觀察器,因爲可以通過它的 setter 直接監控和響應值的變化。 屬性重寫請參考重寫。

可以爲屬性添加如下的一個或全部觀察器:

willSet 在新的值被設置之前調用
didSet 在新的值被設置之後立即調用
willSet 觀察器會將新的屬性值作爲常量參數傳入,在 willSet 的實現代碼中可以爲這個參數指定一個名稱,如果不指定則參數仍然可用,這時使用默認名稱 newValue 表示。

同樣,didSet 觀察器會將舊的屬性值作爲參數傳入,可以爲該參數命名或者使用默認參數名 oldValue。如果在 didSet 方法中再次對該屬性賦值,那麼新值會覆蓋舊的值。

注意
父類的屬性在子類的構造器中被賦值時,它在父類中的 willSet 和 didSet 觀察器會被調用,隨後纔會調用子類的觀察器。在父類初始化方法調用之前,子類給屬性賦值時,觀察器不會被調用。 有關構造器代理的更多信息,請參考值類型的構造器代理和類的構造器代理規則。
下面是一個 willSet 和 didSet 實際運用的例子,其中定義了一個名爲 StepCounter 的類,用來統計一個人步行時的總步數。這個類可以跟計步器或其他日常鍛鍊的統計裝置的輸入數據配合使用。

class StepCounter {
    var totalSteps: Int = 0 {
        willSet(newTotalSteps) {
            print("About to set totalSteps to \(newTotalSteps)")
        }
        didSet {
            if totalSteps > oldValue  {
                print("Added \(totalSteps - oldValue) steps")
            }
        }
    }
}
let stepCounter = StepCounter()
stepCounter.totalSteps = 200
// About to set totalSteps to 200
// Added 200 steps
stepCounter.totalSteps = 360
// About to set totalSteps to 360
// Added 160 steps
stepCounter.totalSteps = 896
// About to set totalSteps to 896
// Added 536 steps

注意
如果將屬性通過 in-out 方式傳入函數,willSet 和 didSet 也會調用。這是因爲 in-out 參數採用了拷入拷出模式:即在函數內部使用的是參數的 copy,函數結束後,又對參數重新賦值。關於 in-out 參數詳細的介紹,請參考輸入輸出參數

全局變量和局部變量

計算屬性和屬性觀察器所描述的功能也可以用於全局變量和局部變量。全局變量是在函數、方法、閉包或任何類型之外定義的變量。局部變量是在函數、方法或閉包內部定義的變量。

前面章節提到的全局或局部變量都屬於存儲型變量,跟存儲屬性類似,它爲特定類型的值提供存儲空間,並允許讀取和寫入。

另外,在全局或局部範圍都可以定義計算型變量和爲存儲型變量定義觀察器。計算型變量跟計算屬性一樣,返回一個計算結果而不是存儲值,聲明格式也完全一樣。

注意
全局的常量或變量都是延遲計算的,跟延遲存儲屬性相似,不同的地方在於,全局的常量或變量不需要標記lazy修飾符。
局部範圍的常量或變量從不延遲計算。

類型屬性

實例屬性屬於一個特定類型的實例,每創建一個實例,實例都擁有屬於自己的一套屬性值,實例之間的屬性相互獨立。

也可以爲類型本身定義屬性,無論創建了多少個該類型的實例,這些屬性都只有唯一一份。這種屬性就是類型屬性。

類型屬性用於定義某個類型所有實例共享的數據,比如所有實例都能用的一個常量(就像 C 語言中的靜態常量),或者所有實例都能訪問的一個變量(就像 C 語言中的靜態變量)。

存儲型類型屬性可以是變量或常量,計算型類型屬性跟實例的計算型屬性一樣只能定義成變量屬性。

注意
跟實例的存儲型屬性不同,必須給存儲型類型屬性指定默認值,因爲類型本身沒有構造器,也就無法在初始化過程中使用構造器給類型屬性賦值。
存儲型類型屬性是延遲初始化的,它們只有在第一次被訪問的時候纔會被初始化。即使它們被多個線程同時訪問,系統也保證只會對其進行一次初始化,並且不需要對其使用 lazy 修飾符。

類型屬性語法

在 C 或 Objective-C 中,與某個類型關聯的靜態常量和靜態變量,是作爲全局(global)靜態變量定義的。但是在 Swift 中,類型屬性是作爲類型定義的一部分寫在類型最外層的花括號內,因此它的作用範圍也就在類型支持的範圍內。

使用關鍵字 static 來定義類型屬性。在爲類定義計算型類型屬性時,可以改用關鍵字 class 來支持子類對父類的實現進行重寫。下面的例子演示了存儲型和計算型類型屬性的語法:

struct SomeStructure {
    static var storedTypeProperty = "Some value."
    static var computedTypeProperty: Int {
        return 1
    }
}
enum SomeEnumeration {
    static var storedTypeProperty = "Some value."
    static var computedTypeProperty: Int {
        return 6
    }
}
class SomeClass {
    static var storedTypeProperty = "Some value."
    static var computedTypeProperty: Int {
        return 27
    }
    class var overrideableComputedTypeProperty: Int {
        return 107
    }
}

注意
例子中的計算型類型屬性是隻讀的,但也可以定義可讀可寫的計算型類型屬性,跟計算型實例屬性的語法相同。

獲取和設置類型屬性的值

跟實例屬性一樣,類型屬性也是通過點運算符來訪問。但是,類型屬性是通過類型本身來訪問,而不是通過實例。比如:

print(SomeStructure.storedTypeProperty)
// 打印 "Some value."
SomeStructure.storedTypeProperty = "Another value."
print(SomeStructure.storedTypeProperty)
// 打印 "Another value.”
print(SomeEnumeration.computedTypeProperty)
// 打印 "6"
print(SomeClass.computedTypeProperty)
// 打印 "27"
struct AudioChannel {
    static let thresholdLevel = 10
    static var maxInputLevelForAllChannels = 0
    var currentLevel: Int = 0 {
        didSet {
            if currentLevel > AudioChannel.thresholdLevel {
                // 將當前音量限制在閾值之內
                currentLevel = AudioChannel.thresholdLevel
            }
            if currentLevel > AudioChannel.maxInputLevelForAllChannels {
                // 存儲當前音量作爲新的最大輸入音量
                AudioChannel.maxInputLevelForAllChannels = currentLevel
            }
        }
    }
}
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