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Swift 运算符重载简介

作者:COSMIN PUPĂZĂ, 原文链接 ,原文日期:2016-03-29

译者: zltunes ;校对: shanks ;定稿: 小锅

在任何一门计算机编程语言中,运算符重载都是非常强大的特性之一,因此苹果决定为 Swift 也提供这一机制。然而,”能力越强责任越大”。利用运算符重载你很容易实现一些奇怪的场景,例如用减法运算符实现两数相加,或者用乘法运算符实现两数相除,但这显然都不是你希望出现的。

好了,闲话少叙 —— 让我们看看运算符重载究竟是怎么一回事。

挑战

这一小节的任务很简单:扩展乘法运算符的标准功能,使其适用于字符串。你将会用到字符串拼接运算符,想象一下这种用法:

"abc" * 5 = "abc" + "abc" + "abc" + "abc" + "abc" = "abcabcabcabcabc"

正式编码之前,思考一下应该怎么做,分几步来实现。我的做法是这样的:

  • 定义变量 result 并进行初始化 —— 默认字符串。
  • 从 2 开始循环,一直到待拼接的字符串数目终止,每次迭代只做一件事 —— 把字符串拼接到 result 末尾。
  • 打印 result

算法大致就是这样,接下来让我们付诸实践。

基本运算符重载

Swift 运算符重载简介 启动 Xcode 并新建一个 playground 文件。删除原有代码,添加乘法运算符的函数原型:

func *(lhs: String, rhs: Int) -> String {

}

函数有两个参数 —— 左操作数是 String 类型,右操作数是 Int 类型,函数返回类型为 String

函数体内应该完成三件事。首先,定义 result 变量并初始化为函数的 String 参数 —— 这是一个变量,稍后会修改它的值。

var result = lhs

接下来使用 for in 控制流语句及闭区间运行符从 2 开始循环,直到函数的 Int 参数时为止:

for _ in 2...rhs {

}

注意:这里使用了 _ 作为通配符,因为我们希望忽略序列的具体值 —— 关于循环的更多说明可以 看这里

循环体内只有一个任务 —— 更新 result

result += lhs

注意:你也可以按如下方式来写 —— 上边这种写法更短,是因为用了加法复合运算符。

result = result + lhs

最后返回 result:

return result

现在我们直接使用运算符:

let u = "abc"
let v = u * 5

搞定了!只是还有一个问题 —— 你只能将其用于字符串,那其它类型的数据怎么办?我们使用范型运算符来完善。

泛型运算符

Swift 运算符重载简介 泛型默认是不支持运算符的,所以需要协议来支持。向 playground 中添加协议原型:

protocol Type {

}

现在向协议中添加加法复合运算符函数的原型:

func +=(inout lhs: Self, rhs: Self)

函数拥有左右操作数,并且都设置为 Self 类型 —— 这是一种巧妙的方式,说明二者的类型都是实现了该协议的类。左操作数标记为 inout ,因为它的值是要被修改并且最后被函数返回的。

或者,你也可以定义加法运算符的函数原型:

func +(lhs: Self, rhs: Self) -> Self

函数拥有 Self 类型的左右操作数,并且加法运算的返回结果也是 Self 。这种情况下就不需要使用 inout 参数了。

接下来,为 String , Int , Double , Float 等实现了 Type 协议的类型创建扩展。

extension String: Type {}
extension Int: Type {}
extension Double: Type {}
extension Float: Type {}

注意:这些扩展的实现是空的,因为你并不打算为默认类型添加任何东西,仅仅是要让他们遵循 Type 协议。

现在向 playground 中添加乘法操作符函数原型:

func *<T: Type>(lhs: T, rhs: Int) -> T {

}

函数有两个参数,左操作数是 T 类型,右操作数是 Int 类型,函数返回类型为 T 。利用类型约束使 T 类型遵循 Type 协议,这样它就可以使用加法复合运算符了。

注意:你可以使用 where 关键字定义类型约束——尽管上边的方法更简短:

func *<T where T: Type>(lhs: T, rhs: Int) -> T

函数的实现跟之前一样:

var result = lhs

for _ in 2...rhs {

result += lhs

}

return result

注意:可以使用加法操作符替代,但要确保它的函数原型添加到了协议中。测试一下:

let x = "abc"
let y = x * 5

let a = 2
let b = a * 5

let c = 3.14
let d = c * 5

let e: Float = 4.56
let f = e * 5

搞定了!不过有一个问题:你使用的是标准乘法运算符,这个可能造成歧义。如果换成其它运算符会更好。接下来我们试着用自定义运算符解决这个问题。

自定义运算符

Swift 运算符重载简介

首先添加下面一行到 playground:

infix operator ** {associativity left precedence 150}

一步一步解释:

  • 自定义乘法运算符的名称是 **。
  • 类型是 中缀运算符(infix) 因为它有两个操作数。
  • 运算顺序从左至右,因此是左结合。
  • 优先级设置为 150 —— 与标准乘法运算符相同,因为它是高优先级运算符。

注意:关于运算符优先级和结合性的更多说明可以看 这里

自定义运算符的函数原型与标准运算符类似 —— 只有函数名不同:

func **<T: Type>(lhs: T, rhs: Int) -> T {

}

函数实现跟之前完全一样:

var result = lhs

for _ in 2...rhs {

result += lhs

}

return result

测试一下:

let g = "abc"
let h = g ** 5

let i = 2
let j = i ** 5

let k = 3.14
let l = k ** 5

let m: Float = 4.56
let n = m ** 5

搞定了!还有一个问题——运算符的复合类型还没有定义,接下来我们解决这个问题:

复合运算符

Swift 运算符重载简介 复合运算符的类型、优先级和结合性和之前一样 —— 只有名称不同:

infix operator **= {associativity left precedence 150}

接着向 playground 添加复合运算符的函数原型:

func **=<T: Type>(inout lhs: T, rhs: Int) {

}

函数没有返回类型,因为左操作数被标记为 inout

函数体只做一件事 —— 运用之前的自定义运算符返回乘法结果:

lhs = lhs ** rhs

测试一下:

var o = "abc"
o **= 5

var q = 2
q **= 5

var s = 3.14
s **= 5

var w: Float = 4.56
w **= 5

搞定了!这已经是最简版本了!

总结

如果谨慎地使用运算符重载,它便能够发挥强大的功能 —— 我希望你能在自己的项目中找到合适使用的方法。

作为参考,这里有一个 完整版的 Playground ,我已经在 Xcode 7.3 用 Swift 2.2 测试过了。

如果你对本教程或者运算符重载有什么看法的话可以给我留言。

致谢:连环画是在 MakeBeliefsComix.com 制作的。

本文由 SwiftGG 翻译组翻译,已经获得作者翻译授权,最新文章请访问http://swift.gg。

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