Objective C范型

Posted 2022-12-09 黄文臣

范型

范型编程是一种程序语言设计范式，它允许程序员在使用强类型的语言编写代码的时候，延迟确定具体的类型。

以Swift代码为例，假如有一个需求是要交换两个int,很容易写出类似代码

func swapTwoInts(_ a: inout Int, _ b: inout Int) 
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA

然后，又来了个需求，交换两个double,

func swapTwoDoubles(_ a: inout Double, _ b: inout Double) 
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA

于是，有一种类型，就需要Copy/Paste一遍。有一天交换的逻辑要更改，你会发现一下子需要改许多地方。

范型完美的解决了这个问题，使用范型编写的代码，不需要指定具体的类型，而是使用占位符

func swapTwoValues<T>(_ a: inout T, _ b: inout T) 
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA

Objective C 范型

Objective C支持轻量级的范型。在编写自定义的范型类之前，我们先来看看Cocoa Touch的集合类(NSArray,NSDictionary,NSSet)对于范型的支持。

首先创建一个数组，这个数组只应该用来存储字符串：

NSMutableArray * array = [[NSMutableArray alloc] init];
[array addObject:@"1"];
//误加了一个非字符串类型进去
[array addObject:@(0)];

这时候，对数组中元素进行遍历，Crash：

[array enumerateObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) 
    NSInteger length = [obj length];
];

Terminating app due to uncaught exception ‘NSInvalidArgumentException’, reason: ‘-[__NSCFNumber length]: unrecognized selector sent to instance 0xb000000000000002’

如果编译器能帮助我们来确保加入数组中的元素都是String就好了

范型可以帮助我们解决这个问题：

//创建一个保存字符串的数组
NSMutableArray<NSString *> * array = [[NSMutableArray alloc] init];
[array addObject:@"1"];
[array addObject:@(0)];

往这个数组里加入非字符串类型的对象时，编译器会给出警告：

同样的，NSDictionary和NSSet也支持范型：

NSDictionary<NSString *, NSNumber *> * dic;
NSSet<NSString *> * set;

范型与Swift

由于Swift是一个强类型的语言，这样的一个数组

@property (strong, nonatomic, nullable) NSArray * contents;

在Swift中访问时候的类型是：

var contents: [Any]?

如果使用范型，那么编译器就能够推断出具体类型了：

var contents: [String]?

写一个范型类型

自定义一个范型类型很简单，和其他语言类似，在声明类的时候声明占位符即可：

声明一个Box容器，用来存储一个值：

Box.h

@interface Box<ObjectType> : NSObject
@property (nonatomic, readonly) ObjectType value;
- (void)seal:(ObjectType)value;
@end

Box.m

@interface Box()

@property (strong, nonatomic) id value;

@end

@implementation Box

- (void)seal:(id)value
    _value = value;


@end

接着，我们就可以这样使用，

Box<NSString *> * box = [[Box<NSString *> alloc] init];
[box seal:@"1234"];
[box seal:@(1)];//Warning

同时还可以看到XCode自动推断出了参数的具体类型

关于Objective C范型的几点说明：

• 在头文件的类声明中添加占位符ObjectType，但是不同于Swift，Objective C往往会使用显而易见的名称占位符
• 在.m文件中无法使用范型占位符，用id类型替代即可。

约束

类似于Swift，Objective 也可以为范型增加轻量级的约束，比如要求ObjectType实现NSCopying协议：

@interface Box<ObjectType:id<NSCopying>> : NSObject

那么，只有实现NSCopying的类型才能够通过编译：

//Error
Box<NSObject *> * box1 = [[Box<NSObject *> alloc] init];
//Work
Box<NSString *> * box2 = [[Box<NSString *> alloc] init];

当然，也可以约束ObjectType继承某些类：

//Error
Box<NSObject *> * box1 = [[Box<NSObject *> alloc] init];
//Work
Box<NSString *> * box2 = [[Box<NSString *> alloc] init];
//Work
Box<NSMutableString *> * box3 = [[Box<NSMutableString *> alloc] init];

逆变与协变

在开始这部分之前，我们先来聊聊软件设计模式的六大原则之一：里氏替换原则。

里氏替换原则指出：子类对象能够替换父类对象而使用。

举例：

@interface Person : NSObject

- (NSString *)name;

@end

@interface Male: Person

@end

根据里氏替换原则，这样的代码是可以工作的

Person * leo = [[Male alloc] init];
NSLog(@"%@",leo.name);

接着，回到范型，我们来看看刚刚的自定义范型类Box：

@interface Box<ObjectType> : NSObject
- (void)seal:(ObjectType)value;
@end

创建一个ViewBox和LabelBox，并且把LabelBox赋值给ViewBox

Box<UIView *> * viewBox = [[Box alloc] init];
Box<UILabel *> * labelBox = [[Box alloc] init];
viewBox = labelBox;

这时候编译器会给出警告

这看似合理，又不合理。

• 合理是因为两个Box中容纳的类型不一样，赋值的时候类型检查不通过。
• 不合理是因为根据里氏替换原则，一个容纳UILabel的Box，那么也应该是一个容纳UIView的Box。

协变

协变由关键字__covariant声明。一个协变类型的范型占位符，如果变量A的占位符类型是子类，那么可以把它赋值给占位符类型是父类的B。

也就是说，通过协变，我们能够解决：一个容纳UILabel的Box，那么也应该是一个容纳UIView的Box

@interface Box<__covariant ObjectType> : NSObject
@end

Box<UIView *> * viewBox = [[Box alloc] init];
Box<UILabel *> * labelBox = [[Box alloc] init];
//子类赋值给父类
viewBox = labelBox;

协变常常用于容器类型，像系统的NSArray，NSDictionary，NSSet都采用了协变：

@interface NSArray<__covariant ObjectType> : NSObject
@interface NSDictionary<__covariant KeyType, __covariant ObjectType> : NSObject
@interface NSSet<__covariant ObjectType> : NSObject

逆变

逆变(__contravariant),一个逆变类型的范型占位符，如果变量A的占位符类型是父类，那么可以把它赋值给占位符类型是子类的B。

• 逆变侧重行为。

举个例子：

//用来解析字符串中的数字
@interface StringPaser<__contravariant ObjectType:NSString *> : NSObject

- (NSString *)paseNumber;

@end

那么以下代码则不会有编译器警告

StringPaser<NSString *> * stringPaser = [[StringPaser alloc] init];
StringPaser<NSMutableString *> * mutableStringPaser = [[StringPaser alloc] init];
//父类赋值给子类
mutableStringPaser = stringPaser;

• 逆变要求父类和子类能够提供同样的行为，所以通过父类的接口创建的范型类，可以用来处理子类。

范型方法

Objective C对于范型占位符只能声明在类名中，所以往往为了让某些类支持范型，我们需要额外再写一个类：

比如，对数组中的元素进行map：

//通过Category的方式来添加范型函数是无法正常工作的
@interface NSArray<ObjectType> (Map)

//编译器找不到ResultType
- (NSArray<ResultType> *)map:(ResultType(^)(ObjectType obj))block;

@end

新建一个类，通过把占位符写入到类声明中，然后再写范型方法

@interface NSArrayMapper<ObjectType,ResultType>: NSObject

+ (NSArray<ResultType> *)mapArray:(NSArray<ObjectType> *)input
                            block:(ResultType(^)(ObjectType obj))block;

@end

@implementation NSArrayMapper

+ (NSArray *)mapArray:(NSArray *)input
           block:(id(^)(id obj))block
    NSMutableArray * result = [[NSMutableArray alloc] init];
    [input enumerateObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) 
        [result addObject:block(obj)];
    ];
    return [NSArray arrayWithArray:result];

@end

接着，我么就可以这么使用：

NSArray<NSNumber *> * numbers = @[@(1),@(2),@(3)];
NSArray * strings = [NSArrayMapper<NSNumber *,NSString *> mapArray:numbers
                                                             block:^NSString *(NSNumber *obj) 
                                                                 return [obj stringValue];
                                                             ];

并且，开发的时候，XCode会为我们自动补全：

总结

范型是一种强大的编程范式，虽然Objective C只支持轻量级的范型，但是仍然能够为我们在设计接口的时候提供更多选择。