Протоколы

В дополнение к определенным требованиям, которые должны быть реализованы подписанными под протокол типами, вы можете расширить протокол, чтобы реализовать некоторые из этих требований или для того, чтобы реализовать дополнительную функциональность, которую смогут использовать подписанные под протокол типы.

Синтаксис протокола

Определение протокола очень похоже на то, как вы определяете классы, структуры и перечисления:

protocol SomeProtocol {
    // определение протокола…
}

Пользовательские типы утверждают, что они принимают протокол, когда они помещают имя протокола после имени типа и разделяются с этим именем двоеточием, то есть указывают эти протоколы как часть их определения. После двоеточия вы можете указывать множество протоколов, перечисляя их имена через запятую:

struct SomeStructure: FirstProtocol, AnotherProtocol {
    // определение структуры…
}

Если у класса есть суперкласс, то вписывайте имя суперкласса до списка протоколов, которые он принимает, также разделите имя суперкласса и имя протокола запятой:

class SomeClass: SomeSuperclass, FirstProtocol, AnotherProtocol {
    // определение класса…
}

Требование свойств

Протокол требует у соответствующего ему типа предоставить свойство экземпляра или свойство типа, и это свойство должно иметь конкретное имя и тип. Протокол не уточняет какое должно быть свойство, хранимое или вычисляемое, только лишь указывает на требование имени свойства и типа. Протокол уточняет должно ли свойство быть доступным, или оно должно быть доступным и устанавливаемым.

Если протокол требует от свойства быть доступным и устанавливаемым, то это требование не может полностью быть удовлетворено константой или вычисляемым свойством только для чтения (read only). Если протокол только требует от свойства читаемости (get), то такое требование может быть удовлетворено любым свойством, и это так же справедливо для устанавливаемого свойства, если это необходимо в вашем коде.

Требуемые свойства всегда объявляются как переменные свойства, с префиксом var. Свойства, значения которых вы можете получить или изменить маркируются { get set } после объявления типа свойства, а свойства, значения которых мы можем только получить, но не изменить { get }.

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

Перед требуемыми свойствами типов пишете префикс static, когда вы определяете их в протоколе. Это правило распространяется даже тогда, когда требование свойств может иметь как префикс static так и префикс class, когда мы реализуем их в классах:

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

Пример протокола с единственным требуемым свойством экземпляра:

protocol FullyNamed {
    var fullName: String { get }
}

Протокол FullyNamed требует у соответствующего ему типа предоставить полное имя. Протокол больше не уточняет ничего, кроме того, что тип этого свойства должен быть в состоянии предоставить свое полное имя. Протокол утверждает, что любой тип FullyNamed должен иметь свойство fullName, значение которого может быть получено, и это значение должно быть типа String.

Ниже приведен пример структуры, которая принимает и полностью соответствует протоколу FullyNamed:

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

Этот пример определяет структуру Person, которая отображает персону с конкретным именем. Она утверждает, что она принимает протокол FullyNamed в качестве первой строки собственного определения.

Каждый экземпляр Person имеет единственное свойство fullName типа String. Это удовлетворяет единственному требованию протокола FullyNamed, и это значит, что Person корректно соответствует протоколу. (Swift сообщает об ошибке во время компиляции, если требования протокола выполняются не полностью.)

Ниже представлен более сложный класс, который так же принимает и соответствует протоколу FullyNamed:

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 равен "USS Enterprise"

Класс реализует требуемое свойство fullName, в качестве вычисляемого свойства только для чтения (для космического корабля). Каждый экземпляр класса Starship хранит обязательный name и опциональный prefix. Свойство fullName использует значение prefix, если оно существует и устанавливает его в начало name, чтобы получилось целое имя для космического корабля.

Требование методов

Протоколы могут требовать реализацию определенных методов экземпляра и методов типа, соответствующими типами протоколу. Эти методы написаны как часть определения протокола в точности в такой же форме как и методы экземпляра или типа, но только в них отсутствуют фигурные скобки или тело метода целиком. Вариативные параметры допускаются точно так же как и в обычных методах. Дефолтные значения, однако, не могут быть указаны для параметров метода внутри определения протокола.

Как и в случае с требованиями свойств типа, вы всегда указываете префикс static для метода типа. И это верно даже тогда, когда требования к методу типа имеет префикс static или class, когда реализуется классом:

protocol SomeProtocol {
    static func someTypeMethod()
}

Следующий пример определяет протокол с единственным требуемым методом экземпляра:

protocol RandomNumberGenerator {
    func random() -> Double
}

Этот протокол RandomNumberGenerator требует любой соответствующий ему тип иметь метод экземпляра random, который при вызове возвращает значение типа Double. Хотя это и не указано как часть протокола, но предполагается, что значение будет числом от 0.0 и до 1.0 (не включительно).

Протокол RandomNumberGenerator не делает никаких предположений по поводу того, как будет находиться это случайное число, он просто требует генератор предоставить стандартный способ генерации нового рандомного числа.

Ниже приведена реализация класса, который принимает и соответствует протоколу RandomNumberGenerator. Этот класс реализует алгоритм генератора псевдослучайных чисел, известный как алгоритм линейного конгруэнтного генератора:

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())")
// Выведет "Случайное число: 0.37464991998171"
print("And another one: \(generator.random())")
// Выведет "Другое случайное число: 0.729023776863283"

Требования изменяющих методов

Иногда необходимо для метода изменить (или мутировать) экземпляр, которому он принадлежит. Для методов экземпляра типа значения (структура, перечисление) вы располагаете ключевое слово mutating до слова метода func, для индикации того, что этому методу разрешено менять экземпляр, которому он принадлежит, и/или любое свойство этого экземпляра. Этот процесс описан в главе Изменение типов значений методами экземпляра.

Если вы определяете требуемый протоколом метод экземпляра, который предназначен менять экземпляры любого типа, которые принимают протокол, то поставьте ключевое слово mutating перед именем метода, как часть определения протокола. Это позволяет структурам и перечислениями принимать протокол и удовлетворять требованию метода.

Заметка

Если вы поставили ключевое слово mutating перед методом требуемым протоколом экземпляра, то вам не нужно писать слово mutating при реализации этого метода для класса. Слово mutating используется только структурами или перечислениями.

Пример ниже определяет протокол Togglable, который определяет единственный требуемый метод экземпляра toggle(). Как и предполагает имя метода, он переключает или инвертирует состояние любого типа, обычно меняя свойство этого типа.

Метод toggle() имеет слово mutating как часть определения протокола Togglable, для отображения того, что этот метод меняет состояние соответствующего протоколу экземпляра при своем вызове:

protocol Togglable {
    mutating func toggle()
}

Если вы реализуете протокол Togglable для структур или перечислений, то эта структура или перечисление может соответствовать протоколу предоставляя реализацию метода toggle(), который так же будет отмечен словом mutating.

Пример ниже определяет перечисление OnOffSwitch. Это перечисление переключается между двумя состояниями, отмеченными двумя случаями перечислениям .on и .off. Реализация метода toggle перечисления отмечена словом mutating, чтобы соответствовать требованию протокола:

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 теперь равен .on

Требование инициализатора

Иногда протоколы могут требовать реализацию конкретного инициализатора типами соответствующими протоколу. Вы пишете эти инициализаторы как часть определения протокола, точно так же как и обычные инициализаторы, но только без фигурных скобок или без тела инициализатора:

protocol SomeProtocol {
    init(someParameter: Int)
}

Реализация класса соответствующего протоколу с требованием инициализатора

Вы можете реализовать требуемый инициализатор в классе, соответствующем протоколу, в качестве назначенного инициализатора или вспомогательного. В любом случае вам нужно отметить этот инициализатор ключевым словом required:

class SomeClass: SomeProtocol {
    required init(someParameter: Int) {
        // реализация инициализатора…
    }
}

Использование модификатора required гарантирует, что вы проведете явную или унаследованную реализацию требуемого инициализатора на всех подклассах соответствующего класса протоколу, так, чтобы они тоже соответствовали протоколу. Подробнее вы можете прочитать в главе Требуемые инициализаторы.

Заметка

Вам не нужно обозначать реализацию инициализаторов протокола модификатором required в классах, где стоит модификатор final, потому что конечные классы не могут иметь подклассы. Для более полной информации по модификатору final читайте главу Предотвращение переопределения.

Если подкласс переопределяет назначенный инициализатор суперкласса и так же реализует соответствующий протоколу инициализатор, то обозначьте реализацию инициализатора сразу двумя модификаторами required и override:

protocol SomeProtocol {
    init()
}
 
class SomeSuperClass {
    init() {
        // реализация инициализатора…
    }
}
 
class SomeSubClass: SomeSuperClass, SomeProtocol {
    // "required" от соответствия протоколу SomeProtocol; "override" от суперкласса SomeSuperClass
    required override init() {
        // реализация инициализатора…
    }
}

Требуемые проваливающиеся инициализаторы

Протоколы могут определять требования проваливающихся инициализаторов для соответствуемых протоколу типов, что определено в главе Проваливающиеся инициализаторы.

Требование проваливающегося инициализатора может быть удовлетворено проваливающимся инициализатором или непроваливающимся инициализатором соответствующего протоколу типа. Требование непроваливающегося инициализатора может быть удовлетворено непроваливающимся инициализатором или неявно развернутым проваливающимся инициализатором.

Протоколы как типы

Протоколы сами по себе не несут какой-то новой функциональности. Тем не менее любой протокол, который вы создаете становится полноправным типом, который вы можете использовать в вашем коде.

Так как это тип, то вы можете использовать протокол во многих местах, где можно использовать другие типы:

• Как тип параметра или возвращаемый тип в функции, методе, инициализаторе
• Как тип константы, переменной или свойства
• Как тип элементов массива, словаря или другого контейнера

Заметка

Из-за того что протоколы являются типами, то их имена начинаются с заглавной буквы (как в случае FullyNamed или RandomNumberGenerator) для соответствия имен с другими типами Swift (Int, String, Bool, Double…)

Вот пример использования протокола в качестве типа:

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
    }
}

Этот пример определяет новый класс Dice, который отображает игральную кость с n количеством сторон для настольной игры. Экземпляры Dice имеют свойство sides, которое отображает количество сторон, которое они имеют, так же кубики имеют свойство generator, которое предоставляет генератор случайных чисел, из которого и берутся значения броска игрального кубика.

Свойство generator имеет тип RandomNumberGenerator, таким образом вы можете использовать в этом свойстве экземпляр любого типа, соответствующий протоколу RandomNumberGenerator. Больше ничего не требуется от экземпляра, присваемого этому свойству, кроме того, что этот экземпляр должен принимать протокол RandomNumberGenerator.

Dice так же имеет инициализатор для установки начальных значений. Этот инициализатор имеет параметр generator, который так же является типом RandomNumberGenerator. Вы можете передать значение любого соответствующего протоколу типа в этот параметр, когда инициализируете новый экземпляр Dice.

Dice предоставляет один метод экземпляра - roll, который возвращает целое значение от 1 и до количества сторон на игральной кости. Этот метод вызывает генератор метода random(), для создания нового случайного числа от 0.0 и до 1.0, а затем использует это случайное число для создания значения броска игральной кости в соответствующем диапазоне (1…n). Так как мы знаем, что generator принимает RandomNumberGenerator, то это гарантирует нам, что у нас будет метод random().

Вот как используется класс Dice для создания шестигранной игральной кости с экземпляром LinearCongruentialGenerator в качестве генератора случайных чисел:

var d6 = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator())
for _ in 1...5 {
    print("Бросок игральной кости равен \(d6.roll())")
}
// Бросок игральной кости равен 3
// Бросок игральной кости равен 5
// Бросок игральной кости равен 4
// Бросок игральной кости равен 5
// Бросок игральной кости равен 4

Делегирование

Делегирование - это шаблон, который позволяет классу или структуре передавать (или делегировать) некоторую ответственность экземпляру другого типа. Этот шаблон реализуется определением протокола, который инкапсулирует делегируемые полномочия, таким образом, что соответствующий протоколу тип (делегат) гарантировано получит функциональность, которая была ему делегирована. Делегирование может быть использовано для ответа на конкретное действие или для получения данных из внешнего источника без необходимости знания типа источника.

Пример ниже определяет два протокола для использования в играх, основанных на бросках игральных костей:

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

Протокол DiceGame является протоколом, который может быть принят любой игрой, которая включает игральную кость.

Протокол DiceGameDelegate может быть принят любым типом для отслеживания прогресса DiceGame. Для предотвращения цикла сильных ссылок, делегаты определены как weak ссылки. Для дополнительной информации смотрите раздел Циклы сильных ссылок между экземплярами классов. Маркировка протокола "только для классов" позволяет классу SnakesAndLadders далее в этой главе объявить, что его делегат должен использовать слабую ссылку. Классовые протоколы наследуют протокол AnyObject, о чем подробнее говорится в Классовых протоколах.

Вот версия игры “Змеи и лестницы”, которая первоначально была представлена в разделе Управление потоком. Эта версия адаптирована под использование экземпляра Dice для своих бросков кости, для соответствия протоколу DiceGame и для уведомления DiceGameDelegate о прогрессе:

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
    }
    weak 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)
    }
}

Для описания процесса игры “Змеи и лестницы”, посмотрите раздел инструкции Break.

Эта версия игры обернута в класс SnakesAndLadders, который принимает протокол DiceGame. Он предоставляет свойство dice и метод play() для соответствия протоколу. (Свойство dice объявлено как константное свойство, потому что оно не нуждается в изменении значения после инициализации, а протокол требует только чтобы оно было доступным.)

Настройка игры “Змеи и лестницы” происходит в инициализаторе класса init(). Вся логика игры перемещается в метод play протокола, который использует требуемое свойство протокола для предоставления значений броска игральной кости.

Обратите внимание, что свойство delegate определено как опциональное DiceGameDelegate, потому что делегат не требуется для игры. Так как оно является опциональным типом, свойство delegate автоматически устанавливает начальное значение равное nil. Таким образом, у каждого экземпляра игры есть установки свойства подходящему делегату. Так как DiceGameDelegate является протоколом только для классов, то мы должны установить модификатор weak у делегата, чтобы избежать цикла сильных ссылок.

DiceGameDelegate предоставляет три метода для отслеживания прогресса игры. Эти три метода были включены в логику игры внутри метода play(), и вызываются когда начинается новая игра, начинается новый ход или игра кончается.

Так как свойство delegate является опциональным DiceGameDelegate, метод play() использует опциональную последовательность каждый раз, как вызывается этот метод у делегата. Если свойство delegate равно nil, то этот вызов этого метода делегатом проваливается без возникновения ошибки. Если свойство delegate не nil, вызываются методы делегата, которые передаются в экземпляр SnakesAndLadders в качестве параметра.

Следующий пример показывает класс DiceGameTracker, который принимает протокол DiceGameDelegate:

class DiceGameTracker: DiceGameDelegate {
    var numberOfTurns = 0
    func gameDidStart(_ game: DiceGame) {
        numberOfTurns = 0
        if game is SnakesAndLadders {
            print("Начали новую игру Змеи и лестницы")
        }
        print("У игральной кости \(game.dice.sides) граней")
    }
    func game(_ game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll: Int) {
        numberOfTurns += 1
        print("Выкинули \(diceRoll)")
    }
    func gameDidEnd(_ game: DiceGame) {
        print("Длительность игры \(numberOfTurns) хода")
    }
}

DiceGameTracker реализует все три метода, которые требует DiceGameDelegate. Он использует эти методы для отслеживания количества ходов, которые были сделаны в игре. Он сбрасывает значение свойства numberOfTurns на ноль, когда начинается игра и увеличивает каждый раз, как начинается новый ход и выводит общее число ходов, как только кончается игра.

Реализация gameDidStart(_:), показанная ранее, использует параметр game для отображения вступительной информации об игре, в которую будут играть. Параметр game имеет тип DiceGame, но не SnakesAndLadders, так что gameDidStart(_:) может получить и использовать только те методы и свойства, которые реализованы как часть протокола DiceGame. Однако метод все еще может использовать приведение типов для обращения к типу основного (исходного) экземпляра. В этом примере, он проверяет действительно ли game является экземпляром SnakesAndLadders или нет, а потом выводит соответствующее сообщение.

gameDidStart(_:) так же получает доступ к свойству dice, передаваемого параметра game. Так как известно, что game соответствует протоколу DiceGame, то это гарантирует наличие свойства dice, таким образом метод gameDidStart(_:) может получить доступ и вывести сообщение о свойстве кости sides, независимо от типа игры, в которую играют.

Теперь давайте взглянем на то, как выглядит DiceGameTracker в действии:

let tracker = DiceGameTracker()
let game = SnakesAndLadders()
game.delegate = tracker
game.play()
// Начали новую игру Змеи и лестницы
// У игральной кости 6 граней
// Выкинули 3
// Выкинули 5
// Выкинули 4
// Выкинули 5
// Длительность игры 4 хода

Добавление реализации протокола через расширение

Вы можете расширить существующий тип для того, чтобы он соответствовал протоколу, даже если у вас нет доступа к источнику кода для существующего типа. Расширения могут добавлять новые свойства, методы и сабскрипты существующему типу, что таким образом может удовлетворить любым требованиями протокола. Для более полной информации читайте Расширения.

Заметка

Существующие экземпляры типа автоматически принимают и отвечают требованиям протокола, когда опции, необходимые для соответствия добавляются через расширение типа.

К примеру, этот протокол TextRepresentable может быть реализован любым типом, который может отображать текст. Это может быть собственное описание или текстовая версия текущего состояния:

protocol TextRepresentable {
    var textualDescription: String { get }
}

Класс Dice, о котором мы говорили ранее, может быть расширен для принятия и соответствия протоколу TextRepresentable:

extension Dice: TextRepresentable {
    var textualDescription: String {
        return "Игральная кость с \(sides) гранями"
    }
}

Это расширение принимает новый протокол в точности так же, как если бы Dice был представлен внутри его первоначальной реализации. Имя протокола предоставляется после имени типа и отделяется от имени двоеточием, и реализация всех требований протокола обеспечивается внутри фигурных скобок расширения.

Теперь экземпляр Dice может быть использован как TextRepresentable:

let d12 = Dice(sides: 12, generator: LinearCongruentialGenerator())
print(d12.textualDescription)
// Выведет "Игральная кость с 12 гранями"

Аналогично игровой класс SnakesAndLadders может быть расширен для того, чтобы смог принять и соответствовать протоколу TextRepresentable:

extension SnakesAndLadders: TextRepresentable {
    var textualDescription: String {
        return "Игра Змеи и Лестницы с полем в \(finalSquare) клеток"
    }
}
print(game.textualDescription)
// Выведет "Игра Змеи и Лестницы с полем в 25 клеток"

Условное соответствие протоколу

Шаблонный тип может удовлетворять требованиям протокола только при определенных условиях, например, когда общий параметр типа соответствует протоколу. Вы можете сделать общий тип условно соответствующим протоколу, указав ограничения при расширении типа. Напишите эти ограничения после имени протокола, который вы используете, написав оговорку where. Дополнительные сведения о оговорках where см. В разделе Оговорки where.

Следующее расширение делает экземпляры Array совместимыми с TextRepresentable протоколом всякий раз, когда они хранят элементы типа, которые соответствуют TextRepresentable:

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)
// Prints "[A 6-sided dice, A 12-sided dice]"

Принятие протокола через расширение

Если тип уже соответствует всем требованиям протокола, но еще не заявил, что он принимает этот протокол, то вы можете сделать это через пустое расширение:

struct Hamster {
    var name: String
    var textualDescription: String {
        return "Хомяка назвали \(name)"
    }
}
extension Hamster: TextRepresentable {}

Экземпляры Hamster теперь могут быть использованы в тех случаях, когда нужен тип TextRepresentable:

let simonTheHamster = Hamster(name: "Фруша")
let somethingTextRepresentable: TextRepresentable = simonTheHamster
print(somethingTextRepresentable.textualDescription)
// Выведет "Хомяка назвали Фруша"

Заметка

Типы не принимают протоколы автоматически, если они удовлетворяют их требованиям. Принятие протокола должно быть объявлено в явной форме.

Принятие протокола через синтезированную реализацию

Swift может автоматически предоставлять соответствие таких протоколов как Equatable, Hashable и Comparable в большинстве простых случаев. Использование синтезированной реализации означает для нас, что мы не должны будем писать повторяющийся шаблонный код, для того, чтобы реализовать требования протокола.

Swift предоставляет синтезированную реализацию протокола Equatable для следующих кастомных типов:

• Cтруктуры, которые имеют только свойства хранения и соответствуют протоколу Equatable
• Перечисления, которые имеют только ассоциативные типы и соответствуют протоколу Equatable
• Перечисления, которые не имеют ассоциативных типов

Чтобы получить синтезированную реализацию оператора ==, вам нужно объявить о соответствии протоколу Equatable в файле, который содержит оригинальное объявление без реализации оператора ==. По умолчанию Equatable предоставит свою дефолтную реализацию оператора !=.

В примере ниже представлена структура Vector3D для позиционирования вектора в 3D пространстве, то есть с координатами x, y, z, аналогично тому как это было представлено в структуре Vector2D. Так как все три свойства x, y, z соответствуют протоколу Equatable, то  Vector3D получает синтезированную реализацию оператора равенства.

struct Vector3D: Equatable {
    var x = 0.0, y = 0.0, z = 0.0
}

let twoThreeFour = Vector3D(x: 2.0, y: 3.0, z: 4.0)
let anotherTwoThreeFour = Vector3D(x: 2.0, y: 3.0, z: 4.0)
if twoThreeFour == anotherTwoThreeFour {
    print("Эти два вектора эквивалентны.")
}
// Выведет "Эти два вектора эквивалентны."

Swift предоставляет синтезированную реализацию протокола Hashable для следующих кастомных типов:

• Структуры имеют только свойства хранения, которые соответствуют протоколу Hashable
• Перечисления, которые имеют только ассоциативные типы, которые соответствуют протоколу Hashable
• Перечисления, которые не имеют ассоциативных типов

Для получения синтезированной реализации метода hash(into:), нужно объявить о соответсвии протоколу Hashable в файле, который содержит оригинальное объявление  без реализации метода hash(into:).

Swift предоставляет синтезированную реализацию Comparable для перечислений, у которых нет сырого значения (rawValue). Если перечисление имеет ассоциативные типы, то они все должны соответствовать протоколу Comparable. Для получения синтезированной реализации оператора <, объявите о соответствии протоколу Comparable в файле, который содержит оригинальное объявление перечисления, без реализации оператора <. Дефолтная реализация операторов протокола Comparable <=, > и >= предоставляет реализацию остальных операторов сравнения.

Пример ниже определяет перечисление SkillLevel с кейсами beginner, intermediate, expert. Кейс expert дополнительно ранжируется по количеству звезд.

enum SkillLevel: Comparable {
    case beginner
    case intermediate
    case expert(stars: Int)
}
var levels = [SkillLevel.intermediate, SkillLevel.beginner,
              SkillLevel.expert(stars: 5), SkillLevel.expert(stars: 3)]
for level in levels.sorted() {
    print(level)
}
// Выведет "beginner"
// Выведет "intermediate"
// Выведет "expert(stars: 3)"
// Выведет "expert(stars: 5)"

Коллекции типов протокола

Протоколы могут использоваться в качестве типов, которые хранятся в таких коллекциях как массивы или словари, что упоминалось ранее в Протоколы как типы.

Пример ниже создает массив из элементов типа TextRepresentable:

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

Теперь мы можем перебирать элементы массива и выводить текстовое отображение каждого из них:

for thing in things {
    print(thing.textualDescription)
}
// Игра Змеи и Лестницы с полем в 25 клеток
// Игральная кость с 12 гранями
// Хомяка назвали Фруша

Обратите внимание, что константа thing является типом TextRepresentable. Она не является типом Dice, или DiceGame, или Hamster, даже в том случае, если базовый тип является одним из них. Тем не менее из-за того, что она типа TextRepresentable, а все что имеет тип TextRepresentable, имеет метод textualDescription, что значит, что можно безопасно вызывать thing.textualDescription каждую итерацию цикла.

Наследование протокола

Протокол может наследовать один или более других протоколов и может добавлять требования поверх тех требований протоколов, которые он наследует. Синтаксис наследования протокола аналогичен синтаксису наследования класса, но с возможностью наследовать сразу несколько протоколов, которые разделяются между собой запятыми:

protocol InheritingProtocol: SomeProtocol, AnotherProtocol {
    // определение протокола…
}

Ниже приведен пример протокола, который наследует протокол TextRepresentable, о котором мы говорили ранее:

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

Этот пример определяет новый протокол PrettyTextRepresentable, который наследует из TextRepresentable. Все, что соответствует протоколу PrettyTextRepresentable, должно удовлетворять всем требованиям TextRepresentable, плюс дополнительные требования введенные от протокола PrettyTextRepresentable. В этом примере PrettyTextRepresentable добавляет единственное требование обеспечить read-only свойство экземпляра prettyTextualDescription, которое возвращает String.

Класс SnakesAndLadders может быть расширен, чтобы иметь возможность принять и соответствовать PrettyTextRepresentable:

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
    }
}

Это расширение утверждает, что оно принимает протокол PrettyTextRepresentable и реализует свойство prettyTextualDescription для типа SnakesAndLadders. Все, что является типом PrettyTextRepresentable, так же должно быть и TextRepresentable, таким образом, реализация prettyTextualDescription начинается с обращения к свойству textualDescription из протокола TextRepresentable для начала вывода строки. Затем он добавляет двоеточие и символ разрыва строки для начала текстового отображения. Затем он проводит перебор элементов массива (клеток доски) и добавляет их геометрические формы для отображения контента:

• Если значение клетки больше нуля, то это является началом лестницы, и это отображается символом ▲.
• Если значение клетки меньше нуля, то это голова змеи, и эта ячейка имеет символ ▼.
• И наоборот, если значение клетки равно нулю, то это “свободная” клетка, которая отображается символом ○.

Эта реализация метода может быть использована для вывода текстового описания любого экземпляра SnakesAndLadders:

print(game.prettyTextualDescription)
// Игра Змеи и Лестницы с полем в 25 клеток:
// ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ▲ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ▼ ○ ▼ ○

Классовые протоколы

Вы можете ограничить протокол так, чтобы его могли принимать только классы (но не структуры или перечисления), добавив AnyObject протокол к списку реализации протоколов.

protocol SomeClassOnlyProtocol: AnyObject, SomeInheritedProtocol {
    // определение протокола типа class-only
}

В примере выше SomeClassOnlyProtocol может быть принят только классом. Если вы попытаетесь принять протокол SomeClassOnlyProtocol структурой или перечислением, то получите ошибку компиляции.

Заметка

Используйте протоколы class-only, когда поведение, определяемое протоколом, предполагает или требует, что соответствующий протоколу тип должен быть ссылочного типа, а не типом значения. Для более детального исследования с вашей стороны прочитайте главы: Структуры и перечисления - типы значения и Классы - ссылочный тип.

Композиция протоколов

Иногда бывает удобно требовать тип, который будет соответствовать сразу нескольким протоколам. Вы можете скомбинировать несколько протоколов в одно единственное требование при помощи композиции протоколов. Композиции протоколов ведут себя так, как будто вы определили временный локальный протокол, который имеет комбинированные требования ко всем протоколам в композиции. Композиции протоколов не определяют новых типов протоколов.

Композиции протоколов имеют форму SomeProtocol & AnotherProtocol. Вы можете перечислить столько протоколов, сколько нужно, разделяя их между собой знаком амперсанда (&). В дополнение к списку протоколов, композиция протокола также может содержать один тип класса, который можно использовать для указания требуемого суперкласса.

Ниже приведен пример, который комбинирует два протокола Named и Aged в одно единственное требование композиции протоколов в качестве параметра функции:

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("С Днем Рождения, \(celebrator.name)! Тебе уже \(celebrator.age)!")
}
let birthdayPerson = Person(name: "Сашка", age: 21)
wishHappyBirthday(to: birthdayPerson)
// Выведет "С Днем Рождения, Сашка! Тебе уже 21!"

В этом примере мы определяем протокол Named с единственным требованием свойства name типа String, значение которого мы можем получить. Так же мы определяем протокол Aged с единственным требованием свойства age типа Int, значение которого мы так же должны иметь возможность получить. Оба этих протокола принимаются структурой Person.

Этот пример определяет функцию wishHappyBirthday(to:), которая принимает единственный параметр celebrator. Тип этого параметра Named & Aged, что означает “любой тип, который соответствует сразу двум протоколам Aged и Named”. Не важно какой тип передается в качестве параметра функции до тех пор, пока он соответствует этим протоколам.

Далее в примере мы создаем экземпляр birthdayPerson класса Person и передаем этот новый экземпляр в функцию wishHappyBirthday(to:). Из-за того что Person соответствует двум протоколам, то функция wishHappyBirthday(to:) может вывести поздравление с днем рождения.

Следующий пример показывает как вы можете объединить протокол Named с классом Location:

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)
// Выведет "Hello, Seattle!"

Функция beginConcert(in:) принимает параметр типа Location и Named, что означает любой тип, который является подклассом Location, и который будет реализовывать протокол Named. В этом случае City удовлетворяем обоим требованиям.

Передавать birthdayPerson в функцию beginConcert(in:) некорректно, так как Person не является подклассом Location. И наоборот, если вы создали подкласс Location, который не реализует протокол Named, то вызов метода beginConcert(in:) с этим экземпляром так же является некорректным.

Проверка соответствия протоколу

Вы можете использовать операторы is и as!, которые описаны в главе Приведение типов, для проверки соответствия протоколу и приведению к определенному протоколу. Приведение к протоколу проходит точно так же как и приведение к типу:

• Оператор is возвращает значение true, если экземпляр соответствует протоколу и возвращает false, если нет.
• Опциональная версия оператора понижающего приведения as? возвращает опциональное значение типа протокола, и это значение равно nil, если оно не соответствует протоколу.
• Принудительная версия оператора понижающего приведения as осуществляет принудительное понижающее приведение, и если оно не завершается успешно, то выскакивает runtime ошибка.

Этот пример определяет протокол HasArea с единственным требованием свойства area типа Double (доступное свойство):

protocol HasArea {
    var area: Double { get }
}

Ниже представлены два класса Circle, Country, оба из которых соответствуют протоколу HasArea:

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 }
}

Класс Circle реализует требование свойства area в качестве вычисляемого свойства, основываясь на хранимом свойстве radius. Класс Country реализует требование area напрямую в качестве хранимого свойства. Оба класса корректно соответствуют протоколу HasArea.

Ниже приведен класс Animal, который не соответствует протоколу HasArea:

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

Классы Circle, Country, Animal не имеют общего базового класса. Тем не менее они все являются классами, и их экземпляры могут быть использованы для инициализации массива, который хранит значения типов AnyObject:

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

Массив objects инициализирован при помощи литерала, содержащего экземпляры Circle, который имеет radius равный 2, экземпляр типа Country, который инициализирован площадью Великобритании в квадратных километрах, и экземпляром класса Animal, который инициализирован количеством ног.

Массив objects может быть перебран, и каждый элемент массива может быть проверен на соответствие протоколу HasArea:

for object in objects {
    if let objectWithArea = object as? HasArea {
        print("Площадь равна \(objectWithArea.area)")
    } else {
        print("Что-то такое, что не имеет площади")
    }
}
// Площадь равна 12.5663708
// Площадь равна 243610.0
// Что-то такое, что не имеет площади

Каждый раз, когда объект массива соответствует протоколу HasArea, возвращается опциональное значение при помощи оператора as?, которое разворачивается при помощи опциональной связки в константу objectWithArea. Константа objectWithArea является типом HasArea, таким образом, свойство area может быть доступно и выведено на экран способом вывода через сам тип.

Обратите внимание, что базовые объекты не меняются в процессе приведения типа. Они остаются Circle, Country и Animal. Однако в момент, когда они хранятся в константе objectWithArea, известно лишь то, что они являются типом HasArea, так что мы можем получить доступ только к свойству area.

Опциональные требования протокола

Вы можете определить опциональные требования для протокола. Эти требования не обязательно должны быть реализованы для соответствия протоколу. Опциональные требования должны иметь префиксный модификатор optional в качестве части определения протокола. Таким образом вы можете писать код, который взаимодействует с кодом на Objective-C. Имеется в виду, что без @objc код не будет компилироваться, и при этом наличие @objc позволяет коду Swift взаимодействовать с кодом Objective-C. И протокол, и опциональное требование должны иметь атрибут @objc. Обратите внимание, что протоколы с маркировкой @objc могут приниматься только классами, но не структурами или перечислениями.

Когда вы используете опциональное требование свойства или метода, то их тип автоматически становится опциональным. Например, тип метода (Int) -> String становится ((Int) -> String)?. Обратите внимание, что весь тип функции обернут в опциональное значение, а не только возвращаемое значение функции.

Опциональное требование протокола может быть вызвано при помощи опциональной цепочки, чтобы учесть возможность того, что требование не будет реализовано типом, который соответствует протоколу. Вы проверяете реализацию опционального метода, написав вопросительный знак после имени метода, когда он вызывается, например someOptionalMethod?(someArgument). Для более полной информации о опциональной последовательности читайте Опциональная последовательность.

Следующий пример определяет класс Counter, который использует источник внешних данных для предоставления значение их инкремента. Этот источник внешних данных определен протоколом CounterDataSource, который имеет два опциональных требования:

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

Протокол CounterDataSource определяет опциональное требование метода increment(forCount:) и опциональное требование свойства fixedIncrement. Эти требования определяют два разных способа для источника данных для предоставления подходящего значения инкремента для экземпляра Counter.

Заметка

Строго говоря, вы можете написать пользовательский класс, который соответствует протоколу CounterDataSource без реализации какого-либо требования этого протокола. Они оба опциональные, в конце концов. Хотя технически это допускается, но это не будет реализовываться для хорошего источника данных.

Класс Counter, определенный ниже, имеет опциональное свойство dataSource типа CounterDataSource?:

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
        }
    }
}

Класс Counter хранит свое текущее значение в переменном свойстве count. Класс Counter так же определяет метод increment, который увеличивает свойство count, каждый раз, когда вызывается этот метод.

Метод increment сначала пытается получить значение инкремента, заглядывая в реализацию метода increment(forCount:) в его источнике данных. Метод increment использует опциональную последовательность для попытки вызвать increment(forCount:) и передает текущее значение count как единственный аргумент метода.

Обратите внимание, что здесь всего два уровня опциональной последовательности. Первый - возможный источник данных dataSource, который может быть nil, так что dataSource имеет вопросительный знак после имени для индикации того, что метод increment(forCount:) может быть вызван только в том случае, если dataSource не nil. Второй уровень говорит нам о том, что даже если dataSource существует, у нас все равно нет гарантии того, что он реализует метод increment(forCount:), потому что это опциональное требование. Есть вероятность, что increment(forCount:) так же не реализован из-за опциональной цепочки. Вызов increment(forCount:) происходит только, если increment(forCount:) существует и не равен nil.  Именно по этой причине increment(forCount:) записан с вопросительным знаком после своего имени.

Так как вызов increment(forCount:) может провалиться по одной из этих двух причин, вызов возвращает нам значение типа опционального Int. Это верно даже если increment(forCount:) определено как возвращающее неопциональное значение Int в определении CounterDataSource.  Даже если подряд идут две опциональные операции, одна сразу после другой, то результат все равно будет иметь единственный завернутый опционал. Подробнее читайте Соединение нескольких уровней опциональных последовательностей.

После вызова increment(forCount:) опциональный Int, который он возвращает, разворачивается в константу amount, при помощи опциональной связки. Если опциональный Int содержит значения, то есть, если делегат и метод существуют, и метод вернул значение, то неразвернутое значение amount прибавляется в свойство count, и на этом реализация завершается.

Если же нет возможности получить значение из метода increment(forCount:) по причине dataSource равен nil или из-за того что у источника данных нет реализации метода increment(forCount:), а следовательно вместо этого метод increment пытается получить значение от источника данных fixedIncrement. Свойство fixedIncrement является опциональным требованием, так что его имя так же написано в опциональной последовательности с вопросительным знаком, что служит индикатором того, что попытка получить значение этого свойства может привести к провалу. Как и раньше, возвращаемое значение является опциональной Int, даже тогда fixedIncrement определен как свойство типа неопционального Int, в качестве части определения протокола CounterDataSource.

Ниже приведена простая реализация CounterDataSource, где источник данных возвращает постоянное значение 3, каждый раз, как получает запрос. Это осуществляется благодаря тому, что реализуется опциональное требование свойства fixedIncrement:

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

Вы можете использовать экземпляр ThreeSource в качестве источника данных для новых экземпляров Counter:

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

Код, приведенный выше, создает новый экземпляр Counter, устанавливает его источник данных как экземпляр ThreeSource и вызывает метод счетчика increment четыре раза. Как и ожидалось, свойство счетчика увеличивается на три каждый раз, когда вызывается increment.

Ниже приведен более сложный источник данных TowardsZeroSource, который заставляет экземпляр Counter считать в сторону увеличения или уменьшения по направлению к нулю от текущего значения count:

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

Класс TowardsZeroSource реализует опциональный метод increment(forCount:) из протокола CounterDataSource и использует значение аргумента count для определения направления следующего счета. Если count уже ноль, то метод возвращает 0, для отображения того, что дальнейших вычислений не требуется.

Вы можете использовать экземпляр TowardsZeroSource с уже существующим экземпляром Counter для отсчета от -4 и до 0. Как только счетчик достигает 0, вычисления прекращаются:

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

Расширения протоколов

Протоколы могут быть расширены для обеспечения метода и реализации свойства соответствующими типами. Это позволяет вам самостоятельно определить поведение по протоколам, а не по индивидуальному соответствию каждого типа или глобальной функции.

Например, RandomNumberGenerator протокол может быть расширен для обеспечения randomBool() метода, который использует результат вызванного random() метода для возврата random (случайного) значения Bool:

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

Создавая расширение по протоколу, все соответствующие типы автоматически получают эту реализацию метода без каких-либо дополнительных изменений.

let generator = LinearCongruentialGenerator()
print("Рандомное число: \(generator.random())")
// Выведет "Рандомное число: 0.37464991998171"
print("Рандомное логическое значение: \(generator.randomBool())")
// Выведет "Рандомное логическое значение: true"

Расширения протоколов могут добавлять реализацию к соответствующим типам данных, но не могут расширить протокол или унаследовать от другого протокола. Наследование протокола всегда указывается в самом объявлении протокола.

Обеспечение реализации по умолчанию (дефолтной реализации)

Вы можете использовать расширение протокола, чтобы обеспечить реализацию по умолчанию для любого метода или требования свойства этого протокола. Если соответствующий тип предоставляет свою собственную реализацию требуемого метода или свойства, то реализация будет использоваться вместо той, которая предоставляется расширением.

Заметка

Требования протокола с реализацией по умолчанию, предоставляемой расширениями, отличаются от опциональных требований протокола. Хотя соответствующие типы не должны предоставлять свою собственную реализацию, требования с реализацией по умолчанию могут быть вызваны без опциональных последовательностей.

Например, протокол PrettyTextRepresentable, который наследует от протокола TextRepresentable может предоставлять дефолтную реализацию требуемого свойства prettyTextualDescription, просто возвращая результат обращения к свойству textualDescription:

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

Добавление ограничений к расширениям протоколов

Когда вы определяете расширение протокола, вы можете указать ограничения для принимающих типов, которые они должны удовлетворить до того, как будут доступны методы и свойства расширения. Вы записываете эти ограничения сразу после имени протокола, при помощи оговорки where. Более подробно об оговорках where, читайте в разделе "Оговорка Where".

Например, вы можете определить расширение протокола Collection, которое применимо ко всем коллекциям, чьи элементы соответствуют протоколу Equatable. Ограничивая элементы Collection протоколом Equatable, частью стандартной библиотеки, вы можете использовать операторы == и != для проверки равенства и неравенства между двумя элементами.

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

Метод allEqual() возвращает true, только если все элементы в Collection равны.

Рассмотрим два целочисленных массива: один, где все элементы одинаковы, и другой, где элементы различны:

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

Поскольку массивы соответствуют Collection и целые числа соответствуют Equatable, equalNumbers и differentNumbers могут использовать метод allEqual():

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

Заметка

Если подписанный тип удовлетворяет требованиям нескольких ограничивающих расширений, которые предоставляют реализации для одного и того же метода или свойства, то Swift будет использовать самое строгое ограничение.