活用 Swift 类型推论

活用 Swift 类型推论

在不影响类型安全的前提下，Swift 可借助类型推理帮助你编写简洁明了的代码。我们将带你了解编译器如何找出代码中线索来解决类型推理难题。并了解 Xcode 12 如何集成错误跟踪，以帮助你在编程时捕捉并纠正错误。

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（你好 WWDC 2020）
你好欢迎来到 WWDC （活用 Swift 类型推论）大家好我叫 Holly 是 Swift 编译器团队的一位工程师欢迎观看《活用 Swift 类型推论》讲座 Swift 广泛使用类型推论在不牺牲代码安全性的同时实现了简洁的语法今天我们会讨论你在何时可以利用类型推论我们会了解类型推论如何在编译器中运行最后我们会看看如何通过 Swift 和 Xcode 来了解并修复你代码中的编译器错误开始之前我们先回顾一下类型推论是什么当编译器能够根据上下文情境编写出显式类型注释和其它赘余详情时类型推论使你可以在你的源代码中省略这些细节信息这个情况中源代码中没有 x 的类型但编译器根据赋值中提供的值也就是一个字符串字面量推断 x 的类型为字符串
x 的类型原本可以通过在 x 后面使用冒号或者使用“as”关键字迫使等式右边变成字符串来用一个类型注释进行显式指定这只是一个很小的例子但是当代码非常依赖于类型推论时比如说在一个 SwiftUI 项目里事情就变得有意思多了许多 SwiftUI app 通过组合小的、可重复使用的视图来创建庞大且复杂的界面那么这类代码在那些可重复使用的组件的调用点上是非常依赖于类型推论的我们现在要深入研究 SwiftUI app 中在这些调用点利用类型推论的代码接着我们会了解编译器是如何完成类型推论这样一个“拼图”的最后我们会看看如何通过 Swift 编译器和 Xcode 来了解并修复代码中的编译器错误
我们会用我正在与团队一同开发的一个 app 作为示例它叫 Fruta 可以用它来购买奶昔目前这个 app 会显示一个奶昔列表你可以直接在预览中看到
我想添加一项功能使用户能够搜索奶昔我们先来看看当前奶昔列表的执行情况
SmoothieList 主体从一个奶昔数组中创建一个 SwiftUI 列表将每款奶昔映射到一个 SmoothieRowView 中要想添加搜索功能我需要根据用户搜索的一个字符串来过滤出奶昔所以 SmoothieList 需要一个状态属性来储存这个字符串
我构建了一个可重复使用的新视图叫做 FilteredList 和 List 十分相似但它能让我向初始化器传递额外的两个指定如何过滤奶昔的引数
第一个是 KeyPath 用于我想要作为过滤条件的奶昔属性第二个是一个函数用于计算根据这个属性奶昔是否应该被包括在列表中
在我们的情况中会通过奶昔的名称来过滤它们并且当名称中含有 searchPhrase 作为子字符串时这款奶昔就会被包括在内 hasSubstring 方法会在名称中搜查 searchPhrase 而且当 searchPhrase 是一个空字符串时它仍然会返回真
从调用点来看不是很明显但这个对 FilteredList 初始化器的调用非常依赖于类型推论我们来谈谈这个代码依赖于类型推论的缘由以及调用点如何利用类型推论来得到更简明的代码为了了解从这个调用点省略的附带详情我们需要查看 FilteredList 的声明以及它的初始化器
由于 FilteredList 是一个通用视图它应该可以用于客户需要在他们列表上显示的任何类型的数据和内容这种灵活性是通过使用泛型来实现的
我介绍了三种类型的参数都是占位符会在调用点被实际类型所替换这些实际类型正式名称叫做“具体类型” 一般在调用点处被指定否则会由编译器推断得出在这个情况下 Element 是数据数组中元素类型的占位符 FilterKey 是作为数据过滤条件的 Element 上特定属性类型的占位符以及 RowContent 是显示在列表每一行的视图类型的占位符我现在有了这三种类型的参数就可以在初始化器的参数列表中使用它们初始化器参数列表中类型参数出现的每个位置都有机会在调用点利用类型推论前提是要为编译器提供一个引数来提示它应该用什么来替换类型参数我们稍后会看一下这是如何执行的但目前我们正在构建列表所以会把重点放在每个参数的类型上首先 FilteredList 会使用待映射的数据也就是一个 Element 数组来进行初始化
下一个参数会作为过滤条件它是 Element 的一个特定属性也就是一个带有 Element 基本类型和一个 FilterKey 值类型的 KeyPath
接下来的参数是 isIncluded 闭包它是一个将 FilterKey 作为输入值并返回 Bool 的函数类型闭包被标记为“逃逸” 因为 FilteredList 会需要把这个闭包存储在一项属性中
最后一个参数是用来将数据元素映射到视图的一个闭包也就是将 Element 作出输入值并会返回 RowContent 的函数类型
这个闭包也被标记为“逃逸” 因为它需要被储存
要注意这个参数被标记为 ViewBuilder 以便在调用点启用闭包引数中的 SwiftUI DSL 语法 SwiftUI DSL 使你能够声明多个子视图需要通过在闭包主体中将它们列出接着 ViewBuilder 会把子视图收集到一个元组中从而让父视图可以使用这是 FilteredList 的完整初始化器当一个 FilteredList 被初始化时它的类型参数会被“具体类型”取代我们来并排查看一下这个初始化器与 SmoothieList 中的调用点来弄明白调用点是如何依赖于类型推论的
可以发现调用点非常整洁调用点上没有编写显式类型注释但它仍然为编译器提供了它所需的所有信息来为 FilteredList 的每个类型参数推断出具体类型
我们来看看如果所有引数类型都在代码中被显式指定那会是什么样子我们将使用类型参数的占位符来查看类型推论需要填充具体类型的确切位置
首先 FilteredList 的三个类型参数本可以在调用点的 FilteredList 后面的角括号中被显式指定
第一个参数的类型即一个 Element 数组本可以在“smoothies”引数之后通过使用“as”关键字被指定
在第二个参数中 Element 是 KeyPath 基本类型这原本可以通过在反斜杠和点之间的 KeyPath 字面量中编写一个显式基本类型来指定
整个 KeyPath 类型原本可以通过在 KeyPath 字面量之后使用“as”关键字来指定
接着 isIncluded 闭包类型原本可以通过在闭包主题中使用一个类型注释来指定
最后 RowContent 闭包类型原本也可以通过在闭包主体中使用一个类型注释来被指定
现在我一开始写的源代码充斥着许多赘余的类型注释其中还包括一堆占位符用于需要被类型推论填充的类型
与其人工推算出这些占位符都应该由什么来填充取而代之的我依赖于类型推论来弄清这些类型究竟应该是什么换句话说类型推论帮助你更快地编写源代码因为你不需要知道如何在你的代码中确切地拼写出所有这些类型
我们来说说编译器是如何弄清这些占位符的替代内容的你可以把类型推论想象成一个拼图类型推论算法通过使用源代码中的线索来填充缺失的部分从而完成拼图
在填充拼图块的过程中还能不断发现关于剩余拼图块的更多线索
现在来看看我们能否像编译器运用类型推断为我们完成的一样通过使用源代码的线索来一起完成这个拼图首先 “smoothies”引数会告诉我们为 Element 填充的内容而我们知道 “smoothies”是一个已经具有类型的属性通过使用快速帮助我们可以看到属性是一个“Smoothie”元素数组所以 Element 可以用“Smoothie”来填充
现在我们填好了 Element 的其中一个占位符我们就可以用同样的“Smoothie”类型来替换其它所有 Element
现在通过填充其它 Element 占位符又解开了一条 FilterKey 的具体类型的线索因为现在我们知道 KeyPath 字面量指的是 Smoothie.title
通过再次使用快速帮助我们看到 Smoothie.title 是一个字符串
所以 FilterKey 可以用“字符串”来填充我们现在知道了 FilterKey 是什么就可以把其它的 FilterKey 占位符都替换为“字符串”
拼图的最后一片是 RowContent 也就是尾随 ViewBuilder 闭包的返回类型
由于这个闭包在主题中只有一个视图 ViewBuilder 将返回单个子视图其中包含 SmoothieRowView 类型同样的现在我们弄清了 RowContent 是什么就可以将最后一个占位符替换为 SmoothieRowView 了就这样我们放入了最后一片拼图这就是编译器用来从你的代码中推断类型的技巧你编写的代码为编译器提供了可用线索这个算法的每一步都会揭开更多信息并为后续步骤所使用但是源代码中的某一条线索也可能会让编译器使用与其它拼图不匹配的具体类型来填充占位符如果其中一块拼图不匹配导致无法完成整个拼图的话就意味着源代码中有一个错误我们来讨论一下编译器是如何修改它的类型推论策略来完成存在源代码错误的拼图的之后我们会看看你可以如何利用你的工具来了解并修复这些错误我们回到编译器为 FilterKey 推断具体类型这一步还记得在之前一步中编译器推断出 Smoothie 是 KeyPath 基本类型接着通过查询 Smoothie.title 类型它又用这条信息得出了 FilterKey 的具体类型
如果我犯了一个错在 KeyPath 字面量中使用了错误属性编译器就会试图将 FilterKey 类型推断为这个错误属性的类型在这个情况中也就是 Bool
接着它会用同样的错误类型来继续填充其它的 FilterKey 占位符
现在如果我们查看一下这个 Bool 类型在 isIncluded 闭包中是如何被使用的就会很明显地发现这部分不匹配因为 Bool 没有任何名为 hasSubstring 的方法所以编译器需要汇报出错信息（错误）我们在不可避免地会在编写代码时出错所以在设计编程语言以及它们的工具时必须把我们作为人类的局限性考虑进去 Swift 编译器的设计目的就在于捕获这些错误它通过将错误跟踪集成到类型推论算法来为今后的错误消息所使用（集成错误跟踪）在类型推论中编译器将记录它遇到的任何错误信息接着编译器使用启发式来修复错误以继续进行类型推论
类型推论一结束编译器就会汇报它收集到的所有错误通常会包含可操作的修复方案来自动修复源代码中的错误或者包含有关编译器推断出的可能会导致错误的具体类型在 Xcode 11.4 和 Swift 5.2 中我们为很多错误消息引入了集成错误跟踪而在 Xcode 12 和 Swift 5.3 中编译器将这个新技巧应用在了表达式中的所有错误消息上我知道大家在尝试修复自己代码中的编译器错误时都会感到非常懊恼沮丧但错误消息经过特别设计就像是内置在编译器中的一个结对编程器能够捕获错误并帮助你修复它们而不会让你的错误成为代码中的漏网之鱼
我们跳转到 Xcode 中来看看如何使用这些工具来在编写 Swift 代码的过程中修复这些错误在编写任何代码之前我们会先打开 Xcode 菜单在“行为”中点击“编辑行为”
我要添加一个行为在构建失败时自动向我显示问题导航器现在每当我的项目构建失败后我将会看到项目中所有的错误我们在这里看到当前对于 SmoothieList 的执行和它的预览我已经在我的项目中添加了 FilteredList 你可以在项目导航中看到但在我们把列表替换为 FilteredList 之前我需要在列表顶端添加一个搜索框我已经添加了一个状态属性用于储存用户的搜索短语那么现在我要在 VStack 中向列表顶端添加一个 TextField
我把 TextField 命名为“搜索” 然后把搜索短语传过来现在我要使用 CommandB 来进行构建以确保我不会犯任何错误
请注意在我刚添加的这行代码中出现了一个编译器错误
我们通过点击它来展开错误
似乎是因为我使用的一个引数的属性是“字符串” 而它无法与文本框初始化器预期的参数类型也就是“绑定” 相兼容我错误地把搜索框的值传递了而不是它的绑定而 Swift 编译器能够获知绑定并没有一个可兼容的类型于是会使用美元符号向我提供一个指向绑定的修复方案
接着我想用新的 FilteredList 替换这个列表
而我打算再构建一次以确保我不会犯任何错误
但现在看来又出现了另一个错误如果我展开这个错误就能看到这是因为 Smoothie 不符合 FilterList 的可识别要求这也许挺让人困惑的因为这部分代码中找不到“可识别”
注意在左侧的问题导航器中这个错误附有一条编译器注释
使用新的集成错误跟踪编译器会记录在类别推论期间遇到这个问题时的状况来使编译器留下痕迹从而直接引导你通过编译器注释去查看你代码的其它部分这些注释有助于你将源代码编辑器中看到的错误与你项目中其它文件的关键信息联系在一起而且你会在 Swift 5.3 和 Xcode 12 中看到更多的注释我想将这些注释与错误并排起来进行查看所以我要关闭 canvas 可以使用 Command-Enter 快捷键来完成现在我要同时按住 Option 和 Shift 键并点击注释来显示目的地选择器
现在我可以用方向键把它挪到右边然后按回车键来在新的编辑器中打开文件
现在我们看到的是 FilteredList 声明如果我将注释展开它会指出编译器推断出 Element 的具体类型是 Smoothie
在这个声明中我能看到 Element 或 Smoothie 必须符合“可识别”
我一定是忘了给 Smoothie 添加这个符合性就试图把它用在 FilterList 中了在左侧的编辑器中我按住 Command 键并点击 Smoothie 然后使用跳转到定义我可以在这里将要求的复合型添加到“可识别” Smoothie 已经有了一项叫做“id”的属性了所以可识别协议的要求已经执行了但是为了反复检查我要再构建一次以确保错误确实被修复了
看来现在我们已经没有错误了那么我们再来看看右侧的编辑器并点击“返回”按钮回到 SmoothieList 现在如果我对 FilteredList 初始化器的其中一个引数使用快速帮助我就可以看到由编译器推断出的具体类型了我们试着对 KeyPath 字面量使用快速帮助只需按住 Option 键并点击
就像我们之前看到的完成类型推论拼图一样编译器根据推断出的 KeyPath 基本类型推断出标题类型为字符串而且要记得编译器根据上一行中 Smoothie 的引数推断出了基本类型为 Smoothie
在结束前我想确保可以使用 canvas 来进行过滤操作我可以使用快捷键绑定 Command-Option-Enter 重新打开 canvas
然后我要在预览提供器中添加另一个预览让它在搜索栏中显示一些文本
现在预览提供器正在对我想测试的所有搜索短语进行迭代遍历在这个情况中包括是空字符串和字符串“Berry” 接着如果我用 Command-Option-P 来刷新预览我可以看到它成功运行了我能看到第二个预览中的搜索框中键入了“Berry” 而且列表中只有名称里包含“Berry”的奶昔
当我在代码中输入错别字或者其它错误时编译器错误消息会提供有用信息且具有可操作性此外编译器中新的集成错误跟踪使编译器能够收集更多失败相关信息并通过注释显示出来这些只是你在使用 Swift 5.3 和 Xcode 12 的过程中会发现一小部分改进在这个讲座中我们学到了当界面由可重复使用的视图组成时 SwiftUI 代码非常依赖于类型推论接着我们了解了类型推论是如何通过源代码中的线索得出并填充被省略的附带详情的最后我们学习了编译器如何将错误跟踪集成到类型推论算法中以记录更多信息并为错误消息留下痕迹从而帮助你了解并修复错误如果想要做进一步了解你可以阅读 Swift 发布的博客内容是关于编译器的新集成错误跟踪叫做新的诊断架构要想进一步了解构建 SwiftUI 视图我推荐大家关注 developer.apple.com 的 SwiftUI 教程最后请去查看 WWDC 2018 中的 Swift 泛型来更加深入地了解 Swift 中的泛型
感谢大家的观看

import SwiftUI

struct SmoothieList: View {
    var smoothies: [Smoothie]
    
    @State var searchPhrase = ""

    var body: some View {
        FilteredList(
            smoothies,
            filterBy: \.title,
            isIncluded: { title in title.hasSubstring(searchPhrase) }
        ) { smoothie in
            SmoothieRowView(smoothie: smoothie)
        }
    }
}

extension String {
    /// Returns `true` if this string contains the provided substring,
    /// or if the substring is empty. Otherwise, returns `false`.
    ///
    /// - Parameter substring: The substring to search for within
    ///   this string.
    func hasSubstring(_ substring: String) -> Bool {
        substring.isEmpty || contains(substring)
    }
}

3:53 - FilteredList

import SwiftUI

public struct FilteredList<Element, FilterKey, RowContent>: View
        where Element: Identifiable, RowContent: View {

    private let data: [Element]
    private let filterKey: KeyPath<Element, FilterKey>
    private let isIncluded: (FilterKey) -> Bool
    private let rowContent: (Element) -> RowContent

    public init(
        _ data: [Element],
        filterBy key: KeyPath<Element, FilterKey>,
        isIncluded: @escaping (FilterKey) -> Bool,
        @ViewBuilder rowContent: @escaping (Element) -> RowContent
    ) {
        self.data = data
        self.filterKey = key
        self.isIncluded = isIncluded
        self.rowContent = rowContent
    }

    public var body: some View {
        let filteredData = data.filter {
            isIncluded($0[keyPath: filterKey])
        }

        return List(filteredData, rowContent: rowContent)
    }
}

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