[翻译]理解Swift中的Optional

Posted 2020-06-07

原文出处：Understanding Optionals in Swift

苹果新的Swift编程语言带来了一些新的技巧，能使软件开发比以往更方便、更安全。然而，一个很有力的特性Optional，在你第一次使用时可能会感到困惑。Optionals将会在编译阶段检查哪些值为nil。通过这种方式，你可以更好的保证应用程序交付在用户手里是可运行的。在Swift中，Optionals也提供了一些接口用来和遗留的Objective-C代码之间交互。

初试Optional

让我们在XCode中新建一个叫做swift-optionals的playground文件。你可以添加下面的代码来看看Optionals是什么样的。

import Foundation

var rightURL = NSURL(string: "http://www.reactive.io") // => {Some http://www.reactive.io}
var wrongURL = NSURL(string: "this is not a real url") // => nil

在这种场景下，我们试着通过字符串来创建NSURL。对于rightURL，我们得到了一个Some的结果，里面存放着一个NSURL对象，对于wrongURL，我们将得到nil。在两种情况下都没有直接得到NSURL，这是一件好事，因为Some结果需要显示的解包，这将迫使我们检查nil值，让我们看看这是如何工作的。

一切都是Some

如果我们在XCode中看下NSURL的构造函数，我们将会看到如下的代码：

convenience init?(string URLString: String)

那个在init之后的问号标记告诉我们当构造函数执行完毕，NSURL将会返回一个Optional。在Swift中，Optional是一个实际的类型，更加明确的说是一个泛型的enum，这种类型或者持有另一个对象，或者是nil。让我们看看Optional长什么样？

enum Optional<T> : Reflectable, NilLiteralConvertible {
    case None
    case Some(T)

    /// Construct a `nil` instance.
    init()

    /// Construct a non-\ `nil` instance that stores `some`.
    init(_ some: T)
...

我们能够看到Optional枚举包括两个case，None代表nil，Some代表具体的泛型类型。在Swift中，我们可以把任何东西装箱在Optional.Some中。

Optional<String>.Some("really good stuff") // => {Some "really good stuff"}

另一方面，None等价于nil

Optional<String>.None == nil // => true

从这个角度来讲,你可以把Optional理解为一个箱子，有可能会包含一个具体的类型，也有可能没有包含。向一个方法或者函数发送一个箱子类型而不是具体类型，编译器将会强迫你打开箱子检查箱子里面的类型。如果箱子是空的，你可以捕捉这个错误并且处理这种错误。

Swift将会推断出变量的类型，不过为了让事情变得更透明，我们显示的以两种方式来使用Optional：

import Foundation

var rightURL: Optional<NSURL> = NSURL(string: "http://www.reactive.io") // => {Some http://www.reactive.io}
var wrongURL: NSURL? = NSURL(string: "this is not a real url") // => nil

对于rightURL，我们通过一种冗长的方式来创建一个Optional类型，因为我们会大量使用Optional，Swift给了我们一种简写方式，通过在变量后面追加一个问号‘?‘，就如同我们之前看到的NSURL构造器那样。但是如果我们在NSURL变量后面去掉问号会怎么样？

import Foundation

var cheatURL: NSURL = NSURL(string: "http://www.reactive.io")

我们将会得到一个编译错误”Value of optional type ‘NSURL?’not unwrapped; did you mean to use ‘!’or ‘?’”。我们已经知道‘？‘是干嘛的了，那么感叹号标记‘!‘是干嘛的呢？

隐式和显示Optional

在一个类型后面使用‘?‘用来显示表明这是一个Optional，让我们使用‘!‘看看会发生什么：

import Foundation

var implicitURL: NSURL! = NSURL(string: "http://www.reactive.io/tips") // => http://www.reactive.io/tips

这次我们得到了一个没有被Some包装的NSURL。使用‘!‘使得implicitURL看起来跟rightURL这个optional差不多,用‘!‘标记的类型实为ImplicitlyUnwrappedOptional，当你使用值的时候Swift编译器将会自动为你展开里面的值。使用ImplicitlyUnwrappedOptional类型会带来危险，因为编译器不会迫使我们处理值为nil的情况。但是初始化为nil会帮我们跟遗留的Objective-C代码之间搭起桥梁。

下面是4中不同的Optional使用方式：

import Foundation

var rightURL: Optional<NSURL> = NSURL(string: "http://www.reactive.io") // => {Some http://www.reactive.io}
var wrongURL: NSURL? = NSURL(string: "this is not a real url") // => nil

var implicitURL: NSURL! = NSURL(string: "http://www.reactive.io") // => http://www.reactive.io/tips
var explicitURL: ImplicitlyUnwrappedOptional<NSURL> = NSURL(string: "this is another bad url") // => nil

如何使用Optional

第一种方法是显示检查Optional是否是nil：

if rightURL != nil {
    println("got a URL: \(rightURL)") // => "got a URL: Optional(http://www.reactive.io)"
}
else {
    println("no URL, sorry :(")
}

在上面得到了Optional(http://www.reactive.io)，这并不是我们想要的，我们想得到的是Optional里面包含的内容。如何做到呢？靠‘!‘符号，在变量或常量后面追加‘!‘符号将会展开Optional里面的值，如果是nil值将会抛出异常，让我们试试：

if rightURL != nil {
    println("got a URL: \(rightURL!)") // => "got a URL: http://www.reactive.io"
}
else {
    println("no URL, sorry :(")
}

我们可以通过另一种方式if let块来实现：

if let url = rightURL {
    println("got a URL: \(url)") // => "got a URL: http://www.reactive.io"
}
else {
    println("no URL, sorry :(")
}

你也可以通过switch语句来实现：

switch rightURL {
case nil:
    println("no URL, sorry :(")
default:
    println("got a URL: \(rightURL!)")
}

你还可以使用??操作符进行链式调用得到不为nil的值：

var myURL = wrongURL ?? explicitURL ?? rightURL // {Some http://www.reactive.io}
println("got a URL: \(myURL!)") // => "got a URL: http://www.reactive.io"

编写一个类

是时候来看看如何在面向对象的代码中使用Optional类型了，复制下面的代码到playground中：

import Foundation

class Person {
    var name: String
    var address: String

    init(name: String, address: String) {
        self.name = name
        self.address = address
    }

    func description() -> String {
        return "\(name) @ \(address)"
    }
}

class Box {
    var contents: String
    var sender: Person!
    var recipient: Person?

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

var alice = Person(name: "Alice", address: "New York City")
var book  = Box(contents: "A Good Book")

book.sender = alice // => {name "Alice" address "New York City"}

注意在Box类中，sender属性是一个ImplicitlyUnwrappedOptional类型，recipient属性是Optional类型。不过若是将这两个类型换为普通的Person类型，Swift编译器将会报出一个错误。因为这两个属性并没有在构造函数中赋值，所以这两个属性在构造函数调用的时候没有被初始化。在上面的例子中，book被初始化后,sender和recipient都默认为nil,但是我们确定book一定有一个sender,所以sender为ImplicitlyUnwrappedOptional类型，在例子中，sender为alice.但是不一定有recipient，所以别人在使用book对象的时候需要检查recipient是否有值。

方法调用

如果我们想要得到sender或者recipient的description，我们也许会得到一些麻烦。这是因为我们不能在nil值上调用description方法，另外使用！强制展开nil值Optional还会抛出异常。使用if else条件表达式调用方法会显得很繁琐。Swift提供了另一个工具，通过使用?操作符来进行链式调用。在调用方法的时候先检查值是否是nil:

book.sender?.description() // => {Some "Alice @ New York City"}
book.recipient?.description() // => nil

我们使用了一种真确的方法调用了description方法，更进一步我们得到了一个Optional类型：

book.recipient = Person(name: "Bob", address: "San Francisco")

if let note = book.recipient?.description() {
    println("Hey \(note), enjoy the Book!") // => "Hey Bob @ San Francisco, enjoy the Book!"
}

总结

本文说了一些关于Swift中Optionals的事情，这将帮助你在写代码的时候更好的用上它，并且在使用类库的时候使用它们。熟练的使用不同方式的Optional将会使你保证你写代码更迅速，减少运行时的错误。