《程序员》杂志精选：从Objective-C到Swift

Posted 2021-04-28 CSDN

2014年WWDC大会，苹果在毫无预兆的情况下发布了Swift语言。Swift背后的概念大多与Objective-C类似，但更为简洁、自然，也吸收了很多其他语言的语法。本文将对Swift的语法、特点及改进进行全面介绍。

Objective-C语言

Objective-C语言是编写ios/Mac程序的主要语言。编写iOS/Mac程序，除了Objective-C，还可以混合使用C/C++，另外也可以嵌入一些脚本语言。但在UI部分，使用Objective-C最为直接自然。

Objective-C和C++都是C语言的扩展。C++十多年前就已名满天下，而Objective-C虽然也诞生了二十多年，但在iPhone发布之前，一直不温不火。

这两种语言都支持面向对象，设计理念却十分不同。C++的面向对象部分更强调类型，需要知道对象的类型才能调用对象的函数。而Objective-C则更强调消息的发送。另外，C++很看重运行速度，运行时基本不包含类型信息，整个运行环境是静态的。而Objective-C则牺牲了一点运行速度，换来更加灵活、完全动态的运行时环境。

Objective-C的缺点

初学iOS开发，第一个门槛就是Objective-C的语法，它的语法跟主流的语言十分不同。有些人甚至觉得它的语法丑陋得无法忍受。另外，Objective-C的代码看起来比较啰嗦。如同一个人，看起来怪怪的，不太合群，熟悉之后又显得太过唠叨。

Objective-C缺少一些语言的保护机制，成员函数不区分公有私有，且没有命名空间。模块与模块之间需要加前缀来区分，比如Foundation模块类前面都加上NS前缀，表示NextStep。

Objective-C兼容C语言。因此C语言很多设计不合理的地方也被引入了Objective-C中。另外，Objective-C没有采用GC（垃圾回收），它的内存管理采用引用计数的方式，后期引入ARC（自动引用计数），这种内存管理方式相比GC而言，对程序员的要求较高。

当然，Objective-C也有很多优点。甚至可以说Objective-C的某些缺点，从另一角度看，恰恰是它的优点。

Objective-C的优点

• 动态运行环境，适合UI编程

在Objective-C中，如下语法并非单纯的函数调用，而是向某对象发送消息。

Objective-C的运行环境是动态的，可以在运行时判断出某对象能否响应某种消息，而不管此对象是什么类型。

UI程序大框架就是消息处理。系统接受到某种消息（如程序启动了、列表被选中了、手指在屏幕上移动了）之后交给可以响应这个消息的对象来处理，而不关心这个对象到底是什么类型。

• 方便与C/C++混合使用

Objective-C中的C扩展部分，使用符号@开头。比如@class、@interface、@"Hello，World"。而它的消息发送语法则是使用中括号而不是圆括号。

这种独特而另类的语法使得Objective-C的代码，就算跟C++代码混在一起，也很容易被识别出来。此外，将文件扩展名修改成mm就可以在同一文件中混合使用Objective-C和C++。两者直接相互调用，不用经过任何间接层。在需要大量使用C++的场合（比如游戏），这种混编特性很有用。

• 运行速度相对较快

Objective-C编译后是机器原生指令，运行时环境也小而紧凑。它采用引用计数的内存管理方式，并引入ARC。ARC比GC更容易引起编程错误，但却比GC快。而在性能很重要的场合，Objective-C也很容易直接调用C/C++代码。相对于其他使用虚拟机、采用GC以及间接调用C/C++的移动平台，速度优势非常明显。

Swift和Objective-C的联系

苹果一直在改进Objective-C，默认编译器由GCC换成了LLVM，并先后加入literal、block、ARC、Module等特性。我认为最大的两点改进为以下两点。

• ARC+弱引用，本质还是引用计数。但从人手调用retain、release，转成编译器自动插入代码是个质的飞跃。

• block+GCD，block引入函数式风格的代码块，而GCD则大大简化了异步代码编写方式。

WWDC之后，我开始思考一个问题，苹果为什么不继续改进Objective-C，而发布Swift这门新语言呢？这个问题只有苹果自己知道，其他人只能猜测。

可能的原因有以下几个方面。

• Swift表面看起来很简单，语法跟流行的C#、javascript、C++等语言相似，可以吸引更多的开发者。

• Objective-C因为需要兼容C，所以限制了它的改进。而Swift没有历史包袱，可以自由采用最新的语言设计研究成果。

• 设计者的个人品位，Chris Lattner不习惯Objective-C的语法，就去设计了一个新的。当然，这是玩笑话，不要太当真。

Swift虽然是新语言，却融合了Objective-C的很多特性。读Swift的文档会发现，Objective-C与Swift的联系十分密切。Objective-C使用的很多底层技术，被应用到Swift中。

Swift与Objective-C共用同一套运行时环境

我们编写程序，让程序运行起来，被机器执行的代码并非全部是由我们自己来编写的。需要同时运行很多预先写好的支持性的代码，才能让我们自己的代码运行起来。程序并非单独存在的，运行时处在一定的环境当中。我总联想到很多小蚂蚁在泥土上面爬，而我自己写的程序只是其中的一只。

Swift跟Objective-C编译出的程序代码运行在同一套运行环境上面。Swift的类型可以桥接到Objective-C的类型，反之亦然。Swift编写的代码可以调用Objective-C编写的代码，反之也一样。

Objective-C之前积累下来的大量类库，实现不用改写Swift就可以直接调用。

同一个工程，可以同时使用Swift和Objective-C

Objective-C在一端，Swift在另一端，两端经中间文件进行桥接。桥接文件包含Objective-C的头文件，编译时自动转成Swift可以识别的形式。Swift就可以使用Objective-C的类和它的函数。

在Swift的类中，加上@objc（类名）的字样，Objective-C也可以使用Swift编写的类。但Swift跟C++的相互调用，需要Objective-C来封装。

总的来说，共同使用Swift和Objective-C/C++还算方便，但已不能将几种语言的代码，混写在同一文件。大概是因为Swfit的语法不像Objective-C那样独特，混写难以将Swift的代码识别出来。

Swift骨子里大多与Objective-C一样‍

Objective-C出现过的绝大多数概念，比如引用记数、ARC、属性、协议、接口、初始化、扩展类、命名参数、匿名函数等，在Swift中继续有效（可能只是换了个术语）。我自己将Swift看成是Objective-C的一块大大的语法糖，其他人可能有不同感受。

Swift大多数概念与Objective-C一样，也有些概念在Objective-C找不到对应，比如泛型。Swift中将那种操作写一次就可以作用多个类型的语法叫做Generics（泛型）。

编程语言和语法

新语言出来时，总会有种声音认为语言只是工具，他们会觉得重要的是思想，而看轻工具的作用。认为编程语言是工具本身并没有大错，但语言并非普通的工具，而是思维工具，不能忽视语言对思维的影响。编程语言就如同数学符号，数学符号也是种思维工具，好的数学符号会帮助使用者思考，更奇妙的是似乎符号本身也会思考。用0~9这些阿拉伯数字进行计算时会感到一切都很自然，似乎数字本身在计算，而不是人在做计算。

尽管编程语言的语法很重要，但语法背后的概念更重要。当明白语法背后的概念后，从一门语言切换到另一门有着相同概念的语言会很容易。但语法会影响表达，理论上每门语言都可以表达任何概念。不过当某种概念在某门语言中很难表达出来时，我们就会倾向于不使用它，这种概念在那门语言的社区就难以被人熟知。

编程语言用来表达思路，表达起来是否自然是很重要的。最理想的是不多不少、刚刚好，写起来自然，读起来更需要自然。并非功能越多的语言越好，而是应该越能帮助思考，越容易表达思路的语言越好。

Swift背后的概念大多跟Objective-C差不多。但Swift吸收了很多其他语言的语法，同一个概念，写起来比Objective-C简洁得多、自然得多。从表达的角度来说，Swift比Objective-C优秀。

Swift的语法

苹果出了本很不错的语法教程来详细描述Swift的语法。在这里，我们只挑一些有意思的点来讨论。

简洁

Swift的语法给人第一感觉就是简洁干净。如果省略掉也不引起歧义，那符号基本上可以被省略。

我们来看下面这个例子：

Swift写起来，有点像脚本语言。这里没有出现类型定义，有人觉得它就是脚本语言，是解释执行的。而实际上Swift是真正的编译语言，通过类型推导，变量的类型可以确定下来。既然省略掉类型也不引起歧义，也就可以省略了。上面的例子中，传统的句末分号可以省略；循环中的（）也可以省略；循环1是C语言中的传统写法；i作为计数变量；循环2是循环1的等价写法，因为根本不用关心计数变量，因此可以直接写成“_”。

不再兼容C语言，修正Objective-C中容易出错的地方

例子1

在C/Objective-C中，if、while、for之后的判断式并不需要一定传入布尔类型。也可以传入整型、指针等类型，只要非0就为真，并且赋值是有副作用的。比如：

上面代码返回a的数值，这样就有可能出现将判断：

错写成：

为避免这个问题，有种变通写法：

这种写法被称为Yoda表达式，因为《星球大战》中的Yoda大师喜欢使用这样奇特的倒装句子。

Swift强制要求if、while、for后面判断式子一定需要传入布尔类型，并且赋值没有副作用。因此写成以下这种判断就会编译错误。Yoda表达式这种变通写法再也没有必要。

例子2

还是拿判断来说。在C/Objective-C中，if、while、for之后的语句假如只有一行，是可以省略掉大括号的。比如：

当后面的人修改代码，或多人修改同一代码再合并时，可能会在if后面直接插入一行，这样就一定会goto fail了：

在Swift中，强制要求if、while、for之后一定需要写大括号，不管是不是只有一行。这样就避免了上述问题。

不难看出，Swift的语法设计使一些C/Objective-C常见错误不可能再出现。

常用类型集成到语言里面，而非以库的形式提供

有几种类型，几乎每个项目中都使用到了，分别是：整数、浮点数、布尔型、空值；字符串；数组、字典。

对这些类型的支持，每个语言都有所不同。有些老旧的语言不支持浮点；有些语言中，布尔和空值是整数的一种；有些语言中，整数和浮点数合并成一类，统称为Number；有些语言中，并没有字符串、字典、数组；有些语言中，字典和数组归成一类。

语言不提供的类型多数以库的形式提供。比如在C++中，语言内部并没有提供字符串、字典、数组，但这些类型却出现在了标准的库中。使用库的形式来提供常用类型，优点是减少语言自身的复杂度，另外库可以自由替换。而采用语言直接支持的方式，使用起来会很简洁流畅。Swift中的常用类型集成到了语言内部。数组写成：

字典写成：

这种写法在原来的Objective-C中就已出现，现在融入到了Swift中。

此外，Swift还支持另外两种类型：option和tuple。option表示有值或根本无值；tuple则表示多个值，它可以从函数中返回多个值，或一行代码交换两个值。

在C++中，这两种类型也采用库的方式来提供。std::tie与std::tuple结合，可以达到返回多重值的效果，但显得语法噪音多、不够方便，所以也比较少用。

支持多种编程泛式

将Swift分拆开，可大致分成以下部分：基本类型、控制流、函数定义和调用、函数式编程、面向对象、泛型。

实际上，Swift的内容包含很多，也可以说很复杂，并非表面上看起来那样简单。Swift从语法上直接支持现代流行的编程泛式，包括：结构化编程、函数式编程、面向对象、泛型。每个部分Swift都有些闪光点，在此无法一一述说。

值得一提的是，我特别喜欢它的函数式编程部分。接下来我们直接拿文档的一个排序例子，看看它是怎么简化编程的。

最开始版本，传递函数

使用闭包

推导出参数类型，参数类型省略

推导出返回类型，return省略

省略掉闭包里面变量

假如闭包是函数的最后一个类型，可以将{}提到外面

使用操作符函数，最后版本

很好地支持内部DSL

有一种编程风格不太好归类，就是将程序拆分成“描述+解释”。解释部分写一次，其他地方使用描述式的语句，而不是命令式的语句。

内部DSL，通常利用主语言的语法特性创造出一套写法来写一些描述性的语句。这些语句组合起来就像一门新语言似的。举个从Ruby那里借过来的例子。假如计算几小时之后的秒数，C语言中大致会写成：

而现在Swift中定义了扩展：

因此可以写成（分别是3小时后的秒数和3小时前的秒数）：

同理，也可以写成：

这种写法看起来跟原来的命令式写法完全不同。这些语句是描述性的，而原来的Objective-C做不到这一点。估计Swift以后会冒出大量这样风格的库。至于这种风格到底好不好，要看具体情况。据我所知，比较方便定义内部DSL的语言，原来有C++、Ruby、Lisp，而现在又多了Swift。

Swift的语法还有很多有意思的地方。比如属性的中get、set写法；switch case中的模式匹配；泛型中的类型约束等。这里不一一细说了。

Swift的争议

下面列出一些Swift争议性较大的地方：

• 东抄西抄一些语法、大杂烩，没有自己的原创；

• 没有一些private、protected之类的权限控制；

• 没有采用GC（垃圾回收），却采用ARC（自动引用计数）；

• 没有异常处理；

• 是否可以跳过Objective-C，直接学习Swift。

对这些争论，我们很难作出客观的评价，更不可能武断地下结论。我感觉Swift这门语言还是比较有意思的（有些人写程序只是单纯为了好玩）。

这里特别提一下异常处理。以往我一直觉得异常处理是很好的特性，现在觉得异处理常并非一定是好的。异常处理的问题在于发生异常的地方与处理异常的地方分离开来，真正处理时难以收集到足够的信息。异常也容易滥用，很多初学者的Java代码，只抛出异常而不处理，或干脆在最外层接收所有异常，再打印出异常信息。这样也就失去了异常处理的意义。Objective-C中也有异常处理的功能，但实际上几乎没有人使用。对于Swift，采用多返回值加上option的方式来处理错误可能会更好。

可视化编程

WWDC发布会上演示了Swift的Playground功能。敲入代码，立即有反馈。当我们每一步操作都得到实时的反馈时，我们的做法会有很多不同，做出的东西也会有不同。可视化编程放到最后，并非是表示它不重要，而是它实在太重要了，只是目前有能力评说的人还不多。关于这部分内容，Bret Victor有几个演讲视频和文章，建议大家看看。

Swift还有很多主题，只能靠大家自己研究了。最后拿出本次WWDC的Slogan与大家分享：Write the code，Change the world。

作者黄兢成，iOS软件设计师。现就职于广州苹果树信息科技有限公司。平时写写程序，看看电影，睡睡觉。

本文为《程序员》杂志编译整理，点击“阅读原文”可查看全文并参与讨论。