Permalink
Find file
5356153 Jan 6, 2017
@Sixeight @kumamotone @ytRino @motemen
1851 lines (1316 sloc) 83.4 KB

プログラミング言語 Swift

序文

Apple が例年開催する開発者向けカンファレンス WWDC は、iPhone の発表以降ことさらに注目が集まっている。その WWDC において、2014年に突然発表されたのが、新しいプログラミング言語 “Swift” である。

Swift は2010年に Apple の Chris Lattner によって開発が始められた。Chris Lattner は大学院において LLVM の開発を始め、Apple に雇われてからはさらに Clang プロジェクトを開始する。LLVM と Clang はその後の Apple プラットフォームにおける標準的なコンパイラの地位を占め、また OSS のコンパイラとして多くのプロジェクトに採用されている。Swift はその LLVM を活用した新しい言語である。

Apple は WWDC において Swift をいくつかの言葉で特徴付けた。“Modern” で “Safety” かつ “Fast”、そして “Interactive” である。それまで Apple プラットフォームで主に利用されてきた Objective-C と比較すればこれらの特長は明らかである。C 言語に拡張を施してオブジェクト指向プログラミング言語とした Objective-C と較べ、Swift ではクロージャや型推論、ジェネリクスなどの近代的な機能が大きく盛り込まれた。強い静的型付けであり、静的解析は多くの問題を事前に検知する。言語仕様や標準ライブラリは LLVM による最適化の恩恵を最大限に得られるように設計されている。そして Xcode との緊密な連携や、Playground に REPL など、インタラクティブに実行できる環境が用意された。

Swift はいまも開発が続けられている。2014年9月に1.0がリリースされてから、翌月に変更は少ないものの1.1となり、2015年4月には言語機能が拡張された1.2がリリースされている。同年9月にはエラーハンドリングなどの仕組みが導入された Swift 2.0 がリリース、12月にはオープンソースとして公開され、コミュニティを巻き込み精力的に開発が進められている。オープンソース化後の最初のアップデートである2016年3月にリリースされた Swift 2.2 では様々な言語機能が追加された。現在は 2016年9月にリリースされた Swift 3.0 が最新である。このように活発な開発によって、言語仕様はつぎつぎと更新されている。Swift 3 は最後の大きな破壊的変更と言われているが、今日学んだ知識は将来のアップデートで古びてしまうかもしれない。しかしそれでも Swift の根底にある思想について理解を深めることは、将来においても色褪せることのない資産である。本教科書がそのような学習の一助となることを願ってやまない。

Swift の言語仕様

Constants and variables

let name = "Steve"
var age = 56
print(name) // Steve
print(age) // 56

Swift では値を格納するために let 定数と var 変数を使う。let は一度初期化されると変更できず、var は再代入できる。変更を意図しない場合は必ず let を使う。

上記の例では nameString 型、ageInt 型に推論される。このため ageInt 型でないものを再代入することはできない。

グローバル関数 print を利用して値を出力できる。

行中の // 以降はコメントになる。また /* から */ で囲まれた部分もコメントになる。

var age: Int = 56

型は変数名に続けて : で区切って記述する。

Swift ではコンパイラによって型推論が行われるので、基本的には必要な場合にのみ型を記述する。以下の例でも ageInt に推論されるため、意味は同じである。

var age = 56

Ref.

Column - print

print(_:) 関数は標準出力に値を出力する。このときデフォルトでは最後に改行が入る。print(_:terminator:) という終端の文字を制御できる関数があり、第二引数を空文字にすることで改行を抑制できる。

print は文字列以外の値でも出力できるが、出力される内容は Streamable CustomStringConvertible CustomDebugStringConvertible の3つの protocol のどれかを実装していればそれが利用される。複数実装している場合には左記の順で利用される。一般的には CustomStringConvertible に準拠するのがよい。またデバッグ中に利用することを目的とした debugPrint のために CustomDebugStringConvertible を実装してもよい。

Ref.

Literal

Swift には何種類かのリテラルがある。

数値

let decimal = 21
let binary = 0b10101 // 二進数
let octal = 0o25 // 八進数
let hexadecimal = 0x15 // 十六進数
let decimal = 1.618
let exponent = 161.8e-2 // 常用対数

数値には上記の例のように、Int 型の整数リテラルと、Double 型の浮動小数点数リテラルがある。1_000_000 のように、桁数がわかりやすいように間に _ を入れてもよい。

Ref.

真偽値

let iAmAwesome = true
let weAreStupid = false

真偽値リテラルは truefalse で、これらは Bool 型の値である。

Ref.

文字列

let myName = "Steve"
print("My name is \(myName)")

文字列リテラルは String 型の値を作る。文字列リテラル中で \() で囲われた変数はその値が補間される。

let で宣言された文字列は変更できない。文字列を操作したい場合は var で宣言された文字列を使う。

Ref.

Column - StringInterpolationConvertible

文字列に \() で値を補間する機能は、String が準拠する StringInterpolationConvertible の機能である。独自にこれを実装することでカスタマイズすることもできる。

nil

let phoneNumber: String? = nil

nil リテラルは後述する Optional.None 値を表す。

この他に後述する配列リテラルと辞書リテラルが存在する。

Column - LiteralConvertible

リテラルはそれぞれに対応する LiteralConvertible protocol を持つ。列挙すると IntegerLiteralConvertible FloatLiteralConvertible BooleanLiteralConvertible StringLiteralConvertible NilLiteralConvertible ArrayLiteralConvertible DictionaryLiteralConvertible UnicodeScalarLiteralConvertible ExtendedGraphemeClusterLiteralConvertible となる。後ろのふたつは文字列に関するリテラルの特殊形である。

LiteralConvertible protocol に準拠することで、それぞれのリテラルから初期化できるようになる。そのひとつの例は標準のコレクション型である Set で、これは ArrayLiteralConvertible に準拠しているため Array リテラルから初期化できる。ただし Array リテラルだけが書かれている場合は型推論によって Array 型になる。必ず Set 型であると決まっている場合にだけ Array リテラルが利用できる。

Optional

Swift には値が存在しないことを示す nil が用意されている。nil はリテラルであり、Optional 型の None という値になる。このため nilOptional 型の定数や変数にのみ格納できる。

var phoneNumber: Optional<String> = nil

このとき Optional<String> は、String 型の値または nil、という意味になる。<String> は後述するジェネリクスにおける型パラメータである。また上記のコードは ? を使って以下のようにも書くことができ、一般的にはこちらを使う。

var phoneNumber: String? = nil

Optional な変数に初期値を与えなかった場合は自動的に nil になる。

Optional 型として宣言された変数の値を確かめたいときは unwrap する必要がある。

var phoneNumber: String? = "090-1234-5678"
if phoneNumber != nil {
    print("The phone number is existing \(phoneNumber!)")
}

Optional 型の変数の後ろに ! をつけることで forced unwrap でき、String 型の値が得られる。ただしこのとき実際には nil だった場合は実行時エラーになりプログラムはクラッシュする。

上記のように事前に nil でないことを検査するために、Optional Binding という構文が用意されている。

var phoneNumber: String? = "090-1234-5678"
if let number = phoneNumber {
    print("The phone number is existing \(number)")
}

このように書くと phoneNumbernil ではないときだけブロックが実行され、またこのときブロック内では unwrap された String 型の値 number が利用できる。

var phoneNumber: String? = "090-1234-5678"
if phoneNumber?.hasPrefix("090") ?? false {
    print("The phone number is handheld")
}

Optional 型の変数のメソッドなどを呼び出すとき、? に続けて呼び出すことができる。このとき Optional が nil の場合は何も起きず、値があるときだけ実際にメソッドが呼び出される。メソッドの返り値が存在する場合は Optional に wrap される。従って phoneNumber?.hasPrefix()Bool? を返す。これを Optional Chaining と呼ぶ。

また二項演算子 ?? は、左辺の値が nil の場合に右辺の値を返す。結果として phoneNumber?.hasPrefix("090") ?? false は、左辺値が nil であっても false が返るので、全体としては Bool 型の値を返すことになる。

このように値が nil かどうかをケアしたくないとき、ImplicitlyUnwrappedOptional 型を利用することができる。ImplicitlyUnwrappedOptional<String>String! と書ける。

var phoneNumber: String! = "090-1234-5678"
print("The phone number is existing \(phoneNumber)")

Implicitly Unwrapped Optional として宣言したものが nil だった場合は、メソッドを呼び出した場合などに実行時エラーになる。このような変数は、動的に値が代入されるために初期値として nil を取らざるを得ないが、利用時には事実上 nil ではないことが明らか(仮に nil になっていたらプログラムがクラッシュしても仕方ない)、という場合に利用できる。

Ref.

Column - enum Optional

Optional 型は、実際には enum である。enum Optional<T>case Nonecase Some(T) のふたつの case を持つ。NilLiteralConvertible に準拠しており、nil リテラルで初期化された場合は Optional.None となり、値が存在する場合には Optional.Some となる。これが Optional 型の実態である。

enum Optional は便利なメソッドを持っている。mapflatMap は、Some の場合には引数のクロージャを評価して値を返す。None の場合はただ nil を返す。

Tuple

タプルは複数の値を一度にやりとりするための仕組みである。

let steve = ("Steve Jobs", 56)
let (name, age) = steve
print(steve.0)

(String, Int) のように任意の型で任意の個数の値を持つことができる。また steve.0 // "Steve Jobs" のようにインデックスで個々の要素にアクセスできる。

let steve = (name: "Steve Jobs", age: 56)
print(steve.age)

個々の要素にラベルをつけることもできる。

タプルの要素数と型はコンパイル時に決まる。要素数が変わる場合には後述する Array が利用できる。より複雑な構造を取り扱う場合には struct を使うべきである。

Ref.

Collection types

現在の Swift には Array, Dictionary, Set の3つのビルトインされたコレクション型がある。

それぞれ let で宣言されているとき、要素を変更することはできない。変更したい場合は var を使う。

Array

Array は順序付けられた任意の個数の値を格納するデータ構造である。Array<Int> のように、特定の型の要素だけを格納する。またこれは [Int] と書ける。

let fishes = ["Mackerel", "Saury", "Sardine"]
print(fishes[0])

Array は [VALUE1, VALUE2] のような Array リテラルで初期化できる。上記の例では fishes[String] 型であると推論される。個々の要素には fishes[0] のように subscript でアクセスできる。subscript によるアクセスでは、Array の要素数を超えてアクセスしようとすると実行時エラーが発生する。fishes.first のようにアクセスすると、要素が Optional で返り、実行時エラーは起きない。

for fish in fishes {
    print(fish)
}

すべての要素について処理を行いたい場合は for...in が利用できる。処理は Array の要素の順序通りに行われる。

var dogs: [String] = []
dogs.append("Shiba")

let で宣言された Array は変更できないが、var で宣言された Array は変更できる。

Ref.

Set

Set は特定の型の値の集合を表すデータ構造である。Set<Int> のように型を表現する。Array と異なり要素の順序は保持されない。また同一の要素は必ずひとつである。

let fishes: Set<String> = ["Mackerel", "Saury", "Sardine"]
if fishes.contains("Mackerel") {
    print("A Revolutionary New Kind of Application Performance Management")
}

Set もまた Array リテラルで初期化できる。ただし型アノテーションなどによって Set であることが推論できなければならない。

for fish in fishes {
    print(fish)
}

すべての要素について処理を行いたい場合は for...in が利用できる。Set では順序が不定である。

Ref.

Dictionary

Dictionary は特定の型のキーと特定の型の値を組み合わせとして保持するデータ構造である。キーと値のふたつの型をあわせて Dictionary<String, Int> のように表現する。またこれは [String : Int] と書ける。

let sizeOfFishes = [
    "Mackerel" : 50,
    "Saury"    : 35,
    "Sardine"  : 20,
]

if let mackerelSize = sizeOfFishes["Mackerel"] {
    print("Generally, Mackerel growth \(mackerelSize) cm.")
}

Dictionary は [KEY1 : VALUE1, KEY2 : VALUE2] のような Dictionary リテラルで初期化できる。上記の例では sizeOfFishes[String : Int] に推論される。Dictionary の個々の要素に対しては subscript によって sizeOfFishes["Mackerel"] のようにキーを用いてアクセスできる。このとき返ってくるのは Int? 型であり、キーが存在しない場合の値は nil である。

for (fish, size) in sizeOfFishes {
    print("Generally, \(fish) growth \(size) cm.")
}

すべての要素について処理を行いたい場合は for...in が利用できる。それぞれの要素がキーと値のタプルで得られる。順序は不定である。

キーとして用いる型は protocol Hashable に準拠している必要がある。

Ref.

Operators

Swift にはいくつもの演算子がある。

代入演算子

= は代入演算子で、左辺の変数などに右辺の値を代入する。

算術演算子

+ - * / は両辺に数値をとって計算したり、文字列を結合したりする。

% は剰余演算子で、剰余を求める。剰余演算子は浮動小数点数の計算にも用いることができる。

単項の - 演算子は数の正負を反転させる。この演算子と後に続く数との間に空白を入れてはならない。対称性のために単項の + 演算子も用意されている。

複合代入演算子

+= などの複合代入演算子が利用できる。

比較演算子

== != > < >= <= といった比較演算子が利用できる。

==!= で同値性を検査するためには protocol Equatable に準拠している必要がある。またそれ以外の比較演算子で順序を検査するには、protocol Equatable に加えて protocol Comparable に準拠する必要がある。Protocol に関しては後述する。

===!== 演算子を用いると、参照型の値について同一のインスタンスを指し示しているか検査できる。参照型に関しても後述する。

三項条件演算子

var anyBoolean: Bool!
...
let someValue: Int
if anyBoolean {
    someValue = 1
} else {
    someValue = 0
}

上記のような条件分岐を ?: を用いて以下のように書ける。

let someValue = anyBoolean ? 1 : 0

nil 結合演算子

var optionalInt: Int?
...
let someValue: Int
if optionalInt != nil {
    someValue = optionalInt!
} else {
    someValue = 0
}

上記のように Optional の値が nil でなければそれを採用し、nil なら別な値を採用するというとき、?? 演算子を用いると以下のように書ける。

let someValue = optionalInt ?? 0

このように左辺が Optional 型であるとき、左辺の値が nil なら右辺の値を採用する。

範囲演算子

.....< は範囲演算子である。0...3 は 0から3の閉区間、つまり 0, 1, 2, 3 の値を含む範囲を作る。0..<3 の場合は閉0から3の開区間、つまり 0, 1, 2 の値の範囲を作る。それぞれ CountableClosedRange<Int> 型と CountableRange<Int> となる。

論理演算子

単項で前置の ! は否定演算子である。後に続く真偽値を反転させる。

&&|| は二項の論理演算子で、それぞれ論理積と論理和である。

Ref.

Column - Advanced Operators

Swift にはこの他にもビット演算子が用意されており、ビット単位NOT ~、ビット単位AND &、ビット単位OR |、ビット単位XOR ^ や、算術ビットシフト >> << がある。

Swift の数値は、加算や減算、乗算において算術オーバーフローが起きる場合にはランタイムエラーになる。このような整数値の演算においてオーバーフローをエラーにするのではなく、そのままオーバフローさせたい場合にはオーバーフロー演算子 &+ &- &* を利用できる。

演算子には結合順がある。結合順はドキュメントを参照。

新たに定義した型においても既存の演算子を使えるようにするためには、演算子と同名のグローバル関数を定義する。func + (left: MyType, right: MyType) -> MyType というような関数を定義することで、算術演算子 + が利用できる。

さらにまったく独自の演算子を作ることもできる。詳細はドキュメントを参照。

Control flow

Swift のコントロールフローはおおよそ C 言語に由来するものの、しかし実態としては大きく拡張されている。

if 文などの条件式は、必ず真偽値を返さなければならない。またパターンマッチなどの高度な機能が数多く提供されている。

Switch

switch 文では、ある値をパターンマッチで分類して処理をわけることができる。

let theNumber: UInt = 42

switch theNumber {
case 0..<10:
    print("Single digit")
case 10..<100:
    print("Double digits")
case 100..<1000:
    print("Triple digits")
default:
    print("Very large")
}

Swift では上位の条件にマッチするとき下位の条件の処理は実行されない。下位にもマッチさせたい場合は fallthrough 文を書く。fallthrough 文を書くと、下位の条件に関係なく処理が実行される。

case はすべての場合を網羅している必要がある。ただしどの case にも当てはまらない場合の default の処理を書くことができる。またどの場合も必ずひとつ以上の式が必要である。何も処理したくない場合は便宜的に break 文を書くことが多い。

個々の case はパターンマッチによって評価される。パターンマッチによってマッチするかどうかは、~= という二項演算子の結果が利用される。

let pair: (String?, String?) = ("Steve", "Bill")

switch pair {
case let (a?, b?):
    print("\(a) and \(b)")
case let (a?, _):
    print(a)
case let (_, b?):
    print(b)
case (_, _):
    print("No man")
}

上記の例のように、タプルの要素が Optional.Some かどうかで分岐することもできる。Some の場合を特別に a? のように書ける。どのような値でも構わない場合は _ と書く。

case には where 節をつけることもできる。

For-In

for i in 0..<3 {
    print(i)
}

for...in 文を利用してすべての要素を列挙することができる。このとき列挙される対象となる集合は protocol SequenceType に準拠している必要がある。

for i in 0..<3 where i % 2 == 0 {
    print(i)
}

for...in 文には where 節が利用でき、where 節を評価して真になる場合にのみ実行する、という記述ができる。

let numbers: [Int?] = [0, nil, 3, 4, nil]
for case let i? in numbers {
    print(i)
}

case キーワードを用いてパターンマッチできる。上記のように nil を含む [Int?] のような Array のうち nil を除いた値について処理する、といったことができる。

continue を用いて次のループの実行に移ることができる。また break を用いてループの実行をすべて終えることができる。

While

var i = 0
while i < 3 {
    print(i)
    i += 1
}

while 文でも同様のことができる。

continue を用いて次のループの実行に移ることができる。また break を用いてループの実行をすべて終えることができる。

var integer: UInt32? = 0
while case let i? = integer {
    print(i)
    let random = arc4random_uniform(10)
    integer = random != 0 ? random : nil
}

case キーワードを用いてパターンマッチできる。

Repeat-While

var i = 0
repeat {
    print(i)
    i += 1
} while i < 3

最低でも一度は実行する場合には repeat-while 文が利用できる。他言語における do-while と同様である。

continue を用いて次のループの実行に移ることができる。また break を用いてループの実行をすべて終えることができる。

If

let fish = "Mackerel"
if fish == "Mackerel" {
    print("The fish is Mackerel")
} else if fish == "Saury" {
    print("The fish is Saury")
} else {
    print("The fish is unknown")
}

if 文では条件によって異なる処理を行える。

let number = 1
if case 0..<3 = number {
    print(number)
}

case キーワードを用いてパターンマッチできる。

let condition = true
let aNumber: Int? = 3
let anotherNumber: Int? = 7
if condition, let a = aNumber, let b = anotherNumber, a < b {
    print(a + b)
}

また複数の Optional Binding を組み合わせることができる。

Do

do {
    let name = "John"
    print("Hello \(name)")
}

let name = "Taylor"
print("Hello again \(name)")

do はスコープを作る。後述する Error Handling と組み合わせて使われることが多い。

Ref.

Functions

func multiply(_ number: Int, by: Int) -> Int {
    return number * by
}
let fifteen = multiply(3, by: 5)

Swift の関数定義は func キーワードを用いる。func 関数名(引数名: 引数型, 引数名: 引数型) -> 返り値型 { 実装 } が基本的なフォーマットである。呼び出し時には引数にラベルをつける。複数の値を返したい場合にはタプルにまとめるとよい。

引数の名前は外部引数名と内部引数名にわけることができる。引数名の部分を空白で区切り、外部引数名・内部引数名の順に書く。外部引数名は呼び出し時のラベルになり、内部引数名は実装中で使う名前である。明示的にラベルを省略するには、外部引数名として _ を使うことができる。

func multiply(_ number: Int, by: Int) -> Int {
    return number * by
}
let fifteen = multiply(3, by: 5)

返り値がないときは返り値の型を Void とすることで示せる。省略してもよい。

関数は、関数名やラベル、引数の型、返り値の型などを合わせてシグネチャを形成する。シグネチャが異なる関数は別な関数となる。このことを利用して、関数名は同じだが引数や返り値の型は異なる関数を定義することができ、これをオーバーロードと呼ぶ。オーバーロードされた関数は、引数や返り値の型から呼び出される関数が決まる。

column @discardableResult

返り値のある関数の返り値を使用しない場合、警告が表示される。これは例えば、値型の破壊的ではない関数が新しい値を返すような場合に、新しい値を使用しないことが明らかにバグであることから、返した値を使用しないことは基本的には問題があると考えられるからである。 関数の返り値を使用しないことを許容したい場合は、関数に @discardableResult 属性をつけることができる。 @discardableResult 属性でない関数の返り値は、 _ = で明示的に無視することもできる。

Ref.

引数

関数の引数は let と同様に通常は変更できないが、inout キーワードを使うことで受け取った変数の参照に対して変更を行える。

func increment(number: inout Int) {
    number += 1
}
var number = 7
increment(number: &number) // => 8

関数の中で書き換えられる変数は、そのことを示すために & を前置して渡す必要がある。

引数のデフォルト値

func refrain(string: String, count: UInt=1) -> String {
    var result: [String] = []
    for i in 0..<count {
        result.append(i == 0 ? string : string.lowercased())
    }
    return result.joined(separator: ", ")
}

refrain(string: "Let it be", count: 3)

refrain(string: "Love")

引数にはデフォルト値を設定することができ、デフォルト値の設定された引数は呼び出し時に省略できる。

可変長引数

func sum(_ numbers: Int...) -> Int {
    return numbers.reduce(0, +)
}
sum(1, 4, 7)

型名に続いて ... と書くと可変長の引数を受けられるようになる。実装中においては Array として取り扱うことができる。

関数型

関数も型を持つ。関数が func multiply(number first: Int, by second: Int) -> Int という定義であれば、その型は (Int, Int) -> Int である。

従って関数を指し示す変数を作ることもできる。

func multiply(number first: Int, by second: Int) -> Int {
    return first * second
}

var calculation: (Int, Int) -> Int

calculation = multiply
// もしくは calculation = multiply(number:by:)

let twentyOne = calculation(3, 7)

引数ラベル以外のシグネチャが同じ関数があり、関数名だけで一意に特定できない場合は、引数ラベルを明示することで曖昧さを回避することができる。

これらのことから、関数を返す関数を定義できることがわかる。

func multiply(number: Int, by: Int) -> Int { return number * by }
func add(number: Int, to: Int) -> Int { return number + to }

func calculation(kind: String) -> (Int, Int) -> Int {
    switch kind {
    case "add":
        return add
    case "multiply":
        return multiply
    default:
        fatalError("Unsupported")
    }
}

calculation(kind: "add")(1, 4)

また関数はネストすることができるので、上記の例は下のようにも書ける。

func calculation(kind: String) -> (Int, Int) -> Int {
    func multiply(number: Int, by: Int) -> Int { return number * by }
    func add(number: Int, to: Int) -> Int { return number + to }

    switch kind {
    case "add":
        return add
    case "multiply":
        return multiply
    default:
        fatalError("Unsupported")
    }
}

calculation(kind: "add")(1, 4)

guard

guard は関数の early exits をサポートする構文である。

let contact = [ "name" : "Steve Jobs", "mail" : "steve@apple.com" ]

func recipient(contact: [String: String]) -> String? {
    guard let name = contact["name"], let mail = contact["mail"] else {
        return nil
    }

    return "\(name) <\(mail)>"
}

recipient(contact)

guard に続けて if 文のように必要な条件を記述し、else 節でそれが充足されなかったときの処理を書く。else 節では必ず return, break, continue, throw のいずれかまたは 返り値が Never の関数の呼び出しを行う必要がある。

guard let のように定数や変数を作ると、同じスコープのそれ以降で利用できる。

Column Never

列挙型の Never を関数の返り値に指定することで @noreturn 呼び出し元に制御を戻さないことができる。一般的にはプログラムの終了を引き起こすような関数に付与される。

実用的な事例としては、文字列を返す関数の実装中で、何らかの条件によっては何も返す値がないとき、返り値が NeverfatalError 関数を呼び出すことでコンパイルを通すことができる。単に返り値を Optional にするかまたは throw することもできるが、もしそれが存在し得ないような条件であれば(あるいはそのような状況がすでに回復不可能なエラーのとき)、このような方法で関数のインターフェースをシンプルに保てる。

Ref.

Closures

クロージャは関数オブジェクトの一種である。引数以外の変数をクロージャが定義されたコンテキストからキャプチャする。また関数はクロージャの特殊形である。

CollectionTypemap に与える引数は、要素の型の引数を一つとり、任意の型の値を返り値とする関数である。

func doubling(number: Int) -> Int {
    return 2 * number
}

let values = [0, 1, 2, 3, 4, 5]

values.map(doubling)

これはクロージャを使って以下のようにも書ける。

let values = [0, 1, 2, 3, 4, 5]

values.map({ (number: Int) -> Int in
    return 2 * number
})

このように in の前に引数名や型、返り値の型を書く。

このとき、クロージャの引数 numberInt 型であることは自明であり、返り値が Int であることは return から推論できる。さらに単数行のクロージャであれば、その処理がそのまま返り値になる。

values.map({ number in 2 * number })

このことで上記のようにも書いても曖昧さがなく、コンパイルできる。またクロージャの引数は順に $0 $1 $2 とも書けるようになっている。これによって以下のように書ける。

values.map({ 2 * $0 })

さらに関数の最後の引数がクロージャのときは丸括弧の外に書ける。他に引数がなければ括弧も省略できる。

values.map { 2 * $0 }

キャプチャ

func counter() -> () -> Int {
    var count = 0
    let closure: () -> Int = {
        count += 1
        return count
    }
    return closure
}

let c = counter()
c()
c()

このような counter 関数が返すクロージャは、評価される度に値を1つ増やして返す。closurevar count をキャプチャしており、c: () -> Int 変数がこれを保持しているためである。

後述するメソッドにおいて、自身のメソッドをクロージャの中から呼び出したいとき、キャプチャする対象を明らかにするために self.method() としなければならず、self. を省略できない。

let c2 = c
c2()

クロージャは参照型なので上記のように新たな変数に代入しても同じ状態を共有する。

Column @escaping, @autoclosure

クロージャには即時に評価されるものと遅延して評価されるものがある。例えば filter 関数に渡されたクロージャであれば必ずその時点で評価されるだろうし、ネットワーク通信のコールバックであれば通信が終わってから評価されるだろう。このとき遅延して評価されるクロージャは、その実装中で参照する外部環境を保存する。Swift ではこれを escape と呼ぶ。escape する必要がある場合、すなわち即時に評価しないような場合には、受け取ったクロージャを即時に実行する関数に func someFunc(closure: @escaping () -> Void) といった形で @escaping 属性を付けることで明示する。@escaping なクロージャ内で self の変数やメソッドを呼び出したいときは、 self をキャプチャすることを明らかにするため self. を省略できない。

クロージャを受け取る関数は、そのクロージャを評価しても評価しなくてもよい。このため特定の条件に当てはまる場合にだけ必要な値を得るのに、その値を返すクロージャを受け取るようにすることができる。もし必要なければクロージャを評価しないことでパフォーマンスを改善できるかもしれない。このようなユースケースのために @autoclosure 属性があり、関数の引数にこの属性をつけることができ、この属性がつけられた引数に渡す値は自動的にクロージャに変わる。例えば func someFunc(parameter: @autoclosure () -> String) という関数に someFunc("A" + "B") という風に引数を与えることができ、このとき "A" + "B" は呼び出し時には評価されず、関数の内部でクロージャを評価したときに実際に評価される。実際に ?? 演算子はこの属性を活用しており、func ??<T>(optional: T?, defaultValue: @autoclosure () -> T) -> T という定義になっている。左辺値が nil でなければ右辺を評価しない短絡評価はこのように実装されている。

Ref.

Value types

Swift には値型として enum と struct がある。

Enumerations

enum で列挙型を表現できる。

enum ArithmeticOperation {
    case add
    case subtract
    case multiply
    case divide
}

enum は associated values を持つことができる。

enum Diagram {
    case line(Double)
    case rectangle(Double, Double)
    case circle(Double)
}

func calculateArea(of diagram: Diagram) -> Double {
    let area: Double
    switch diagram {
    case .line(_):
        area = 0.0
    case let .rectangle(width, height):
        area = width * height
    case .circle(let radius):
        area = radius * radius * Double.pi
    }
    return area
}

calculateArea(of: .circle(3.0))

enum 型の要素を引数に与えるとき、enum の型名を省略することができる。

パターンマッチで associated values を取得して処理できる。

enum は raw value を持つこともできる。

enum Month: Int {
    case january = 1, february, march, april, may, june, july, august, september, october, november, december
}


if let april = Month(rawValue: 4) {
    print(april.rawValue)
}

StringCharacter、整数型、浮動小数点型が raw value になり得る。raw value が設定されている場合は raw value から初期化できる。

enumcaseindirect を前置することで associated values が間接的に格納される。これにより再帰的なデータ構造を作ることができる。

enum RecursiveList<T> {
    case `nil`
    indirect case cons(_ : T, _ : RecursiveList<T>)
}

let list: RecursiveList<Int> = .cons(1, .cons(2, .cons(3, .nil)))

メンバの名前には、予約語を使用することはできないが、バッククォートで囲むことで一部(self, dynamicType, Type, Protocol)以外の予約語を宣言することができる。

Structures

struct は構造体型をつくる。

struct Body {
    let height: Double
    let mass: Double
}

let myBody = Body(height: 129.3, mass: 129.3)

func calculateBodyMassIndex(of body: Body) -> Double {
    let meterHeight = body.height / 100.0
    return body.mass / (meterHeight * meterHeight)
}

calculateBodyMassIndex(of: myBody)

let で宣言された変数の値は、その内部の property が let であっても var であっても変更できない。変更したい場合は var を用いる。

Optional でない型の property の値をその宣言順に指定することで初期化できる。

Value type

値型の変数はその間で状態を共有しない。値を変数に代入したり関数に引数として渡したりしたときに、その内容がコピーされたと見なすことができる。(実際にコピーが起きるかどうかは文脈や最適化などの結果に左右され、原則的には copy on write となっている。しかしこれを意識する必要はほとんどない。)

Ref.

Reference types

参照型の値は、変数間で同じ状態を共有する。

Classes

class は参照型の型を作る。参照型であるから、変数への代入や関数の引数として渡してもコピーされず、同じ状態が共有される。

class は struct と似ているが、後述する継承などの機能を有する。またメモリ管理上の特性も異なる。

class Lot {
    var remains: [String]

    init(_ elements: String...) {
        self.remains = elements
    }

    func choose() -> String? {
        if remains.isEmpty {
            return nil
        }
        let randomIndex = Int(arc4random_uniform(UInt32(remains.count)))
        return remains.remove(at: randomIndex)
    }
}

func pick(from lot: Lot, count: Int) -> [String] {
    var result: [String] = []
    for _ in (0..<count) {
        lot.choose().map { result.append($0) }
    }
    return result
}

let lot = Lot("Swift", "Objective-C", "Java", "Scala", "Perl", "Ruby")
pick(from: lot, count: 3)
lot.remains

Ref.

Automatic Reference Counting

参照型の値は参照カウント方式のメモリ管理が行われる。より具体的には、必要なタイミングで参照カウントを増減させる処理がコンパイル時に自動で挿入される。参照カウントが1以上あるとき(参照がひとつでもあるとき)インスタンスはメモリ上に保持され、参照カウントが0になったタイミングで破棄される。これを Automatic Reference Counting (ARC) と呼ぶ。例えば変数にインスタンスへの参照が格納されるとき参照カウントは1増え、その変数がスコープを外れるとき参照カウントは1減る。

ここで、二つのインスタンスが互いを参照し合うなどといった際に、永遠に参照カウントが0にならないということが起き得る。これを循環参照という。循環参照が起きるとメモリリークするので、一方を弱い参照(参照カウントに影響しない参照)にしてやる必要が出てくる。

class Dog {
}

weak var dog: Dog?
dog = Dog()

weak キーワードを付与すると変数は弱い参照になる。弱い参照の変数は必ず Optional である。弱い参照の変数として保持しているインスタンスが解放された場合は、即座に変数の値が nil となる。

unowned var dog: Dog
dog = Dog()

同様に unowned キーワードでも弱い参照を作ることができる。インスタンスが解放されても nil にならないが、解放後にアクセスすると実行時エラーになる。Implicitly Unwrapped Optional に近い挙動をする。

さらに、クロージャはキャプチャした参照型の値について強い参照を持っている。これも循環参照の原因となり得る。このためクロージャにおいても、必要に応じて weakunowned の弱い参照にする必要がある。

let dog = Dog()

let callDog = { [weak dog] (message: String) -> String in
    return "\(dog!), \(message)."
}

callDog("stay")

Swift には上記のように、クロージャがキャプチャする変数について参照の強さを変更できるシンタックスが用意されている。

Ref.

Properties and methods

値型や参照型は変数や定数、関数を持つことができる。

Properties

型はそれに関連する変数を持つことができる。これをプロパティと呼ぶ。

プロパティには stored プロパティと computed プロパティがある。

Stored Properties

Stored プロパティは letvar で値を保持する。enum はこれを持つことができない。

class Dog {
    var name: String?
}

let dog = Dog()
dog.name = "Pochi"

lazy キーワードを付けることで遅延初期化できる。

class DataFormatter {
    var format: String = ""
}

class DataPrinter {
    lazy var formatter = DataFormatter()
    var data: [String] = []
}

let printer = DataPrinter()

lazy で宣言された stored プロパティは実際にアクセスされるまで初期化されない。最初にアクセスされたタイミングで初期化される。生成コストが高いオブジェクトなどを使う場合に用いることができる。

Computed Properties

Computed プロパティでは他の情報から計算可能な値をプロパティとして提供できる。

struct Circle {
    var radius: Double = 0.0

    var area: Double {
        get {
            return pow(radius, 2) * Double.pi
        }
        set (newArea) {
            radius = sqrt(newArea / Double.pi)
        }
    }
}

get set でアクセッサを提供することで computed プロパティとなる。setnewArea の部分は、何も指定しなければ自動的に newValue となる。また set を提供せず、get だけのときはブロックを省略できる。

struct Body {
    let height: Double
    let mass: Double

    var bodyMassIndex: Double {
        let meterHeight = height / 100.0
        return mass / (meterHeight * meterHeight)
    }
}

Body(height: 129.3, mass: 129.3).bodyMassIndex
Property Observers

willSetdidSet ブロックを書くことで、プロパティの値の変化の前後に何らかの処理を行うことができる。

struct Dam {
    let limit = 100.0
    var waterLevel = 0.0 {
        willSet {
            print("\(newValue - waterLevel) will change")
        }
        didSet {
            if waterLevel > limit {
                print("Bursted")
                waterLevel = limit
            }
            print("\(waterLevel - oldValue) did change")
        }
    }
}

var dam = Dam()
dam.waterLevel = 120

特に別名を付けなければ newValueoldValue で変更の前後の値を得ることができる。また didSet で値を別な値に変えることができる。初期値が設定される際には処理は行われない。

Type Properties

letvar の前に static を付けることでタイププロパティとなり、そのプロパティは同じ型の値の間で共有される。

また、クラスの場合は static の代わりに class を付けることで継承可能なタイププロパティを定義することもできる。

Ref.

Methods

プロパティと同様に、型は関数を持つことができる。これをメソッドと呼ぶ。

メソッドの実装では self キーワードで自身を参照できる。文脈上で対象が明確であれば self は省略可能である。

class Printer {
    var numberOfCopies = 1

    func put(string: String) {
        for _ in (0..<self.numberOfCopies) {
            print(string)
        }
    }
}

let printer = Printer()
printer.put(string: "Word")
Mutating Methods

値型では内部の状態を変更するようなメソッドには mutating キーワードを付ける必要がある。

struct StepCounter {
    var count: Int = 0

    mutating func step() {
        count += 1
    }
}

var counter = StepCounter()
counter.step()
counter.count

enum の場合は self に直接代入することで状態を変更する。

enum ToggleSwitch {
    case on
    case off

    mutating func toggle() {
        switch self {
        case .on:
            self = .off
        case .Off:
            self = .on
        }
    }
}

var electricSwitch = ToggleSwitch.Off
electricSwitch.toggle()
Type Methods

static を付けることでタイプメソッドとなる。タイプメソッドの実装では self はその型そのものを指す。

タイププロパティと同様に class 修飾子を使うことで継承可能なタイプメソッドを定義できる。

Ref.

Subscripts

Array や Dictionary はスクエアブラケット([])によって要素にアクセスできる。subscript を実装することで任意の型について同様の機能を提供できる。

struct OddNumbers {
    subscript(index: Int) -> Int {
        return index * 2
    }
}

let odds = OddNumbers()
odds[3]

Computed プロパティと同様に、get のみ、または get と set の両方を提供できる。また引数は複数あってもよい。

Ref.

Inheritance

class は継承することでサブクラスを作ることができる。class 名の右に : に続けてスーパークラスを指定する。

サブクラスは継承元のスーパークラスの機能を利用できる。スーパークラスの実装を明示的に参照する場合は super キーワードを利用できる。

class Animal {
    func bark() {
    }
}

class Dog: Animal {
    override func bark() {
        print("Bark")
    }
}

let pochi: Animal = Dog()
pochi.bark()

メソッドをオーバーライドするときは override キーワードで修飾する必要がある。

final キーワードを classfunc に前置することで、継承やオーバーライドを制限できる。

Initializers and deinitializers

Initializers

class や struct や enum を初期化するイニシャライザを定義できる。イニシャライザでは、Optional ではなくデフォルト値が設定されていない全ての stored プロパティを初期化する必要がある。Optional の場合は指定されなければ nil になる。

struct Length {
    let meter: Double

    init(meter: Double) {
        self.meter = meter
    }

    init(yard: Double) {
        self.meter = yard / 0.9144
    }
}

Length(yard: 245.6)

イニシャライザは複数定義することができる。また第一引数からラベルを明示する。

イニシャライザが一つも定義されておらず、かつイニシャライザで初期化するべき stored プロパティが存在しないとき、class はデフォルトで空のイニシャライザを持つ。また struct の場合は、イニシャライザが一つも定義されていない場合に全ての初期化すべき stored プロパティを定義順に指定するデフォルトのイニシャライザを持つ。

値型のイニシャライザ

値型の場合は self.init で自身のイニシャライザを呼び出すことができる。stored プロパティに初期値を与える以外の初期化処理を行っている場合、そのイニシャライザを呼び出すことでコードの重複を避けられる。

参照型のイニシャライザ

class は少なくとも1つの designated イニシャライザを持つ。designated イニシャライザは class の初期化処理の全てを担う。このようなイニシャライザは少ないほどよい。また designated イニシャライザに加えて convenience イニシャライザを定義できる。convenience 修飾子を前置することで convenience イニシャライザとなり、内部的に designated イニシャライザを呼び出す。

class が別の class を継承している場合、サブクラスの designated イニシャライザは必ずスーパークラスの designated イニシャライザを呼び出さなければならない。convenience イニシャライザは自身の class の designated イニシャライザを呼び出さなければならない。

サブクラスの designated イニシャライザは、サブクラスで追加された stored プロパティを初期化してからスーパークラスの designated イニシャライザを呼び出し、その後に必要であれば継承した stored プロパティを初期化しなければならない。convenience イニシャライザは自身の designated イニシャライザを呼び出さなければならない。このプロセスの後にはじめてその他の self を参照するような処理を行える。

基本的には、サブクラスはスーパークラスのイニシャライザを継承しない。またスーパークラスの designated イニシャライザと同様のイニシャライザを定義する場合、override 修飾子が必要である。ただしサブクラスが新たに導入した stored プロパティが全てデフォルト値を持つ場合は自動的にスーパークラスのイニシャライザが使える場合がある。サブクラスが designated イニシャライザを定義していない場合、スーパークラスの designated イニシャライザが利用できる。またサブクラスがスーパークラスの designated イニシャライザを全て実装している場合(継承によるものであっても)、スーパークラスの convenience イニシャライザが利用できる。

required 修飾子をイニシャライザに前置することで、サブクラスにそのイニシャライザの実装を強制することができる。

Failable Initializers

イニシャライザは与えられた引数によって初期化を失敗させることができる。

struct Tweet {
    let message: String

    init?(message: String) {
        guard message.characters.count <= 140 else {
            return nil
        }
        self.message = message
    }
}

if let tweet = Tweet(message: "Hello there") {
    print(tweet.message)
}

イニシャライザを init? とすると、初期化を失敗させたいケースで nil を返すことができる。このようなイニシャライザは Optional を返したことになる。

Ref.

Deinitializers

class のインスタンスが破棄されるときに実行したい処理をデイニシャライザを用いることで実装できる。

deinit {
    // Deinitialization
}

Ref.

Casting

インスタンスの型を調べるためには is を使う。is は真偽値を返すので if some is SomeType {} のように使える。

アップキャストするには as を使う。ダウンキャストするときは as! または as? を使う。as! はキャストに失敗するとランタイムエラーになる。as? は Optional を返し、キャストに失敗すると nil になる。

class File {
    var filename: String

    init(filename: String) {
        self.filename = filename
    }
}

class SwiftFile: File {
    func compile() -> File {
        return File(filename: filename + ".output")
    }
}

class Xcode {
    var sources: [File] = []

    func build() {
        for source in sources {
            var compiled: [File] = []
            if let swift = source as? SwiftFile {
                compiled.append(swift.compile())
            } else {
                compiled.append(source)
            }
        }
    }
}

Ref.

Protocols

protocol は、class や struct や enum が実装しなければならないインターフェースを規定する。参照型や値型を特定のプロトコルに準拠させるためには、その protocol で定められたインターフェースを実装する必要がある。

protocol FileSystemItem {
    var name: String { get }
    var path: String { get }

    init(directory: Directory, name: String)

    func copy() -> Self
}

struct File: FileSystemItem {
    var name: String {
        return path.characters.split { (char) -> Bool in char == "/" }.last.map { String($0) } ?? ""
    }
    let path: String

    init(path: String) {
        self.path = path
    }

    init(directory: Directory, name: String) {
        self.init(path: directory.path + name)
    }

    func copy() -> File {
        return File(path: path + " copy")
    }
}

struct Directory: FileSystemItem {
    var name: String {
        return path.characters.split { (char) -> Bool in char == "/" }.last.map { String($0) } ?? ""
    }
    let path: String

    init(path: String) {
        self.path = path
    }

    init(directory: Directory, name: String) {
        self.init(path: directory.path + name + "/")
    }

    func copy() -> Directory {
        return Directory(path: path[path.startIndex..<(path.index(before: path.endIndex))] + " copy/")
    }
}

protocol は protocol で宣言できる。protocol ではプロパティやメソッドのほか、イニシャライザや subscript を宣言できる。

プロパティは { get }{ get set } のように、変更可能かどうかを表すことができる。プロパティの実装は stored プロパティでも computed プロパティでもよい。

メソッドは実装のない宣言だけの状態で記述する。例のように Self キーワードを使うことで、型をその protocol を実装した型に限定できる。また mutating 修飾をつけることもできる。

イニシャライザや subscript もおおよそメソッドと同様である。protocol で定義されたイニシャライザをクラスに実装する場合は required 修飾子が必須になる点だけ注意が必要である。

protocol は継承することができ、protocol SomeProtocol: AnotherProtocol という形で書ける。また protocol に準拠できる型を class に限定することができ、protocol SomeProtocol: class と宣言する。

protocol は型として振る舞うので、定数や変数、引数や返り値の型として用いることができる。複数の protocol に適合していることを protocol<SomeProtocol, AnotherProtocol> と表現できる。protocol は他の型のように、isas によってチェックできる。

Ref.

Extensions

extension を用いることで既存の型に機能を追加することができる。追加できるのは computed プロパティやメソッド、イニシャライザや subscript である。stored プロパティを増やすことはできない。

extension String {
    var isHiragana: Bool {
        return unicodeScalars.reduce(!isEmpty) { (result, unicode) -> Bool in
            return result && 0x3040 <= unicode.value && unicode.value < 0x30A0
        }
    }
}

"こんにちは".isHiragana

このように任意の型を拡張することができる。

extension 型を何らかの protocol に適合するように拡張することができる。extension Something: SomeProtocol のように書ける。

Protocol Extensions

extension は protocol も拡張できる。

protocol Hiraganable {
    var isHiragana: Bool { get }
}

extension String: Hiraganable {
    var isHiragana: Bool {
        return unicodeScalars.reduce(!isEmpty) { (result, unicode) -> Bool in
            return result && 0x3040 <= unicode.value && unicode.value < 0x30A0
        }
    }
}

extension Collection where Iterator.Element : Hiraganable {
    var isHiragana: Bool {
        return reduce(!isEmpty) { (result, string) -> Bool in
            return result && string.isHiragana
        }
    }
}

["あいうえお", "かきくけこ"].isHiragana

上記の例では protocol Collection を拡張している。また where 節によって条件を指定することができ、この場合は Collection の個々の要素が protocol に適合しているか確認している。

Ref.

Error handling

Swift にはエラー処理のための特別な機構が用意されている。

enum NetworkError: Error {
    case unreachable
    case unexpectedStatusCode(Int)
}

func getResourceFromNetwork() throws -> String {
    let URL = "http://www.hatena.ne.jp/"
    if !checkConnection(URL) {
        throw NetworkError.unreachable
    }
    let (statusCode, response) = connectHTTP(URL, method: "GET")
    if case (200..<300) = statusCode {
        return response
    } else {
        throw NetworkError.unexpectedStatusCode(statusCode)
    }
}

do {
    let res = try getResourceFromNetwork()
    print(res)
} catch NetworkError.Unreachable {
    print("Unreachable")
} catch NetworkError.UnexpectedStatusCode(let statusCode) {
    print("Unexpected status code \(statusCode)")
} catch {
    print("Unknown problem")
}

エラーは protocol Error に適合する型の値として表される。必要に応じて付加的な情報を与えることもできる。

ハンドリングされるべき問題が起きた場合は定義されたエラーを throw する。エラーを throw する関数には、その宣言に throws キーワードを付加する必要がある。

throws で宣言された関数を呼び出す場合には必ず try を前置する。

実際にはエラーが発生しないことがわかっている場合には try! と書くことで、エラーをハンドリングしないことを明示できる。ただし try! としているにも関わらずエラーが発生した場合はランタイムエラーとなる。またエラーが起きたとしても単に無視したい場合には try? と書くことができ、返り値がある場合は Optional になる。エラーが起きてもなにも起こらず、返り値は nil になる。

try した関数を do ブロックで囲い、catch 節を付けることでエラーをハンドリングできる。catch 節では Error の型にマッチさせることで特定のエラーについて処理できる。このとき何も指定しないデフォルトの catch 節が存在しない場合には、網羅的にエラーがハンドリングされたとは見なされない。

網羅的にエラーがハンドリングされない場合はエラーは伝播する。すなわち、throws する関数を呼び出す関数は、網羅的にエラーをハンドリングできなければその関数自身にも throws キーワードが必要である。

enum MyError: Error {
    case dangerousError
}

func modify(string: String, closure: (_ string: String) throws -> String) rethrows -> String {
    return try closure(string)
}

do {
    try modify(string: "ABC") { str -> String in
        throw MyError.dangerousError
    }
} catch {
    print(error)
}

let modified = modify(string: "ABC") { str -> String in
    str + str
}

エラーを throws するクロージャを受け取って実行する関数が、そのクロージャの内部で発生するエラー以外にはいかなるエラーも throw しない場合には、throws ではなく rethrows と書くことができる。このとき、引数として渡すクロージャでエラーが発生しないことがわかっていれば、エラーについての処理をする必要がない。

defer

関数の最後に必ず実行したい処理がある場合、defer 文を利用することができる。

func queryDataBase() throws {
    let db = DataBaseHandler()
    defer {
        db.disconnect()
    }
    try db.connect()

    // Query
}

defer 文のブロックに実装された処理は、関数を return などで正常に抜ける場合でも、あるいは throw によって強制的に脱出する場合でも、必ず実行されることが保証される。

Ref.

Generics

特定の型とは紐付かない一般的な API を提供したい場合に、ジェネリクスの機能が使える。

class LotInt {
    var remains: [Int]

    init(_ elements: Int...) {
        self.remains = elements
    }

    func choose() -> Int? {
        if remains.isEmpty {
            return nil
        }
        let randomIndex = Int(arc4random_uniform(UInt32(remains.count)))
        return remains.remove(at: randomIndex)
    }
}

class LotString {
    var remains: [String]

    init(_ elements: String...) {
        self.remains = elements
    }

    func choose() -> String? {
        if remains.isEmpty {
            return nil
        }
        let randomIndex = Int(arc4random_uniform(UInt32(remains.count)))
        return remains.remove(at: randomIndex)
    }
}

上記の例は、それぞれ整数型と文字列型に対して利用できる「くじ引き」class である。これらは整数型や文字列型の機能を利用せず、まったく同じ機能を提供するが、型が異なるために別な実装になっている。

Any 型を利用してこれを回避することもできるが、返り値の型が不明確になり、利用する側でキャストする必要がある。

class ConsumptionLot<Item> {
    var remains: [Item]

    required init(_ items: Item...) {
        self.remains = items
    }

    func choose() -> Item? {
        if remains.isEmpty {
            return nil
        }
        let randomIndex = Int(arc4random_uniform(UInt32(remains.count)))
        return remains.remove(at: randomIndex)
    }
}

let lot = ConsumptionLot("A", "B", "C")
lot.choose()

Swift ではジェネリクスを用いて、上記のように記述できる。<Element> のように型パラメータを定義し、それぞれ関連する部分をこれで置き換えている。上例のような利用時には ElementString に特殊化される。初期化時に ConsumptionLot<String>("A", "B", "C") と書くこともできるが、今回は引数の型から型推論できるので省略されている。

Swift では Array や Dictionary や Set といったコレクション型や、あるいは Optional 型など、多くの場面でジェネリクスが利用されている。

型パラメータは class などの型と共に宣言することもできるが、関数と共に宣言することもできる。その場合は func someFunction<T>() となる。

Associated types and type constraints

protocol には関連する型を定義する機能がある。以下の例のように associatedtype ItemType などとしてこれを宣言し、これに準拠する側では typealias ItemType = Item として具体的な型を指定する。

protocol LotType {
    associatedtype ItemType
    var remains: [ItemType] { get }
    init(_ items: ItemType...)
    func choose() -> ItemType?
}

class ConsumptionLot<Item>: LotType {
    typealias ItemType = Item

    var remains: [Item]

    required init(_ items: Item...) {
        self.remains = items
    }

    func choose() -> Item? {
        if remains.isEmpty {
            return nil
        }
        let randomIndex = Int(arc4random_uniform(UInt32(remains.count)))
        return remains.remove(at: randomIndex)
    }
}

class ConsumptionlessLot<Item>: LotType {
    typealias ItemType = Item

    var remains: [Item]

    required init(_ items: Item...) {
        self.remains = items
    }

    func choose() -> Item? {
        if remains.isEmpty {
            return nil
        }
        let randomIndex = Int(arc4random_uniform(UInt32(remains.count)))
        return remains[randomIndex]
    }
}

func pickItems<Lot: LotType>(from lot: Lot, count: Int) -> [Lot.ItemType] {
    var result: [Lot.ItemType] = []
    for _ in (0..<count) {
        lot.choose().map { result.append($0) }
    }
    return result
}

let lot = ConsumptionlessLot("A", "B", "C", "D")
pickItems(from: lot, count: 3)

このようにすることで何らかの protocol を引数に取る関数などにおいてもその型を抽象化できる。

型パラメータには制約を設けることができる。<Type: SomeProtocol> のように、ある protocol に準拠していることを求めたり、ある class を継承していることを求めたりできる。

さらに where 節をつけることで <Lot: LotType where LotType.ItemType: Equatable> などのように関連する型についても制約を与えることができる。

Ref.

Access control

Swift にはアクセスコントロールのための5つのスコープがある。openは完全に公開され、モジュールの中からでも外からでもアクセスできる。public はモジュールの外からでもアクセスできるが、継承、オーバーライドはできない。internal はモジュール内部からだけアクセスできる。fileprivate はそのファイル内からだけアクセスできる。private は定義されたスコープ内でのみアクセスできる。デフォルトは internal である。

Swift によるアプリケーションは、モジュールという可視性の単位を持つ。Framework や アプリケーションそのものがモジュールを成す。Framework はライブラリを作成する際の単位となる。外部のモジュールの機能を利用する場合はモジュールの名前を使って import SomeModule と書く。

Swift によるもう一つの可視性の単位はファイルである。異なる class などであっても、同一ファイル内であれば同じ単位である。

public class ConsumptionLot<Item> {
    public private(set) var remains: [Item]

    public required init(_ items: Item...) {
        self.remains = items
    }

    public func choose() -> Item? {
        if remains.isEmpty {
            return nil
        }
        let randomIndex = Int(arc4random_uniform(UInt32(remains.count)))
        return remains.remove(at: randomIndex)
    }
}

アクセスコントロール修飾子は class などの宣言やプロパティ、メソッド、イニシャライザなど、ほとんどの箇所に前置できる。またプロパティの setter へのアクセスを禁止したい場合には private(set) のような書き方ができる。

アクセスコントロールとテスト

テストを書くとき、テストコードは別のモジュールになるため、テスト対象のモジュールの open あるいは public の部分しか見えないことになる。公開されているインターフェースのみをテストするという発想からはこれで十分にも思われるが、実際的には内部状態を検証したり、あるいは内部で利用されているメソッドをオーバーライドしたモックオブジェクトを作りたいといった需要もある。

import 時に import SomeModule@testable import SomeModule と書けるようになり、internal にもアクセスできる。ただしビルド時の設定で Enable Testability を有効にする必要があり、また最適化などが行われないようにデバッグ設定にする必要がある。

Ref.

Availability

実行されるプラットフォームやバージョンによって利用できない関数などを表すために @available 属性が利用できる。

@available(iOS 8.0, OSX 10.10, *) などとすることで、利用できるプラットフォームやバージョンを示すことができる。プラットフォームの名前は現在のところ iOS iOSApplicationExtension OSX OSXApplicationExtension watchOS がある。最後の * は将来において登場する可能性のある新たなプラットフォームへの対応を示す。

このほか unavailableintroduced= deprecated= obsoleted= message= renamed= といった付加的な情報を括弧の中に加えることができる。

これを利用して if #available() {} のように、プラットフォームやバージョンに応じた分岐を書くことができる。

@available(iOS 9.0, *)
func someFunction() {
    print("iOS 9 or later")
}

if #available(iOS 9.0, *) {
    someFunction()
}

Ref.

Cocoa や Objective-C との連携

Swift は Apple プラットフォームにおける新しい標準的なプログラミング言語として、既存の Cocoa フレームワークやプログラミング言語 Objective-C と連携できるように配慮されている。

Objective-C

Objective-C は C 言語にオブジェクト指向のパラダイムを取り入れようと拡張された言語である。動的な特性を持つことが特徴的である。

Objective-C の class は Swift からもそのまま利用できる。イニシャライザは Swift のイニシャライザとして呼び出せるようになり、またファクトリーメソッドもイニシャライザとして使えるようになる。プロパティやメソッドも基本的には Swift から利用できる。

Objective-C では id 型という全てのオブジェクトを表す型があり、Swift では Any 型がこれに対応する。Objective-C ではすべてのオブジェクトは NSObject(または NSProxy)を継承していなければならない。Swift にはこのような制約はなく、明示的に class Some: NSObject としない限りは継承しない。NSObject の持つ機能を利用したい場合は注意が必要である。

NSStringNSArrayNSDictionaryNSSet といった基本的な class は、Swift においてはそれぞれ StringArrayDictionarySet といった対応する型に変換される。

Objective-C では NSArray などのデータ構造に任意の class のインスタンスを格納でき、Swift のように型の制約がない。すなわち Swift からは多くの場合 [Any] のように見える。ただし lightweight generics の機能によって、Objective-C の側で NSArray<NSString *> *lines などとなっていれば lines: [String] に見える。

Objective-C の型には Optional のように nil を区別する方法がない。_Nullable_Nonnull のようなアノテーションが付けられている場合は、Swift から見たときにもそれが反映される。Objective-C の側にそういったアノテーションがなければ、ImplicitlyUnwrappedOptional 型になる。

Objective-C から Swift のコードを利用する

Swift で書かれていても、NSObject を継承した class は Objective-C からそのまま利用できる。

@objc 属性は属性値をつけることで Objective-C 側から見える名前を変えることができる。例えば Objective-C にはネームスペースが存在しないため数文字のプリフィックスを付けることがあるが、@objc(HTNBookmark) class Bookmark とすることで Swift からは Bookmark クラスでも Objective-C からは HTNBookmark クラスにする、といったことができる。class に限らずメソッド名なども変えられる。

@objc によって Objective-C に公開したインターフェースは、Objective-C の動的な特性によって Swift と同じようにオーバーロードできない。その場合でもメソッドに @nonobjc 属性をつけて Objective-C 側から呼び出せないようにすることで、オーバーロードしたメソッドを作ることができる。

属性

Interface Builder

Xcode の Interface Builder 機能と連携するために @IBOutlet@IBAction@IBDesignable@IBInspectable といった属性が使える。

@NSCopying

Objective-C ではプロパティに copy 属性をつけることで、プロパティへオブジェクトをセットするときにコピーが行われるようにできた。Swift では @NSCopying 属性をプロパティにつけることでこれを再現できる。

@NSManaged

Core Data を利用する場合に、NSManagedObject のサブクラスはランタイムに生成されるプロパティやメソッドを持つ。Swift では @NSManaged 属性をつけることで、そういったプロパティやメソッドを表現できる。

Ref.

クリエイティブ・コモンズ・ライセンス
この 作品 は クリエイティブ・コモンズ 表示 - 非営利 - 継承 2.1 日本 ライセンスの下に提供されています。