打造强大的BaseModel(4):使用Swift反射

本文「打造强大的BaseModel」的第四篇,《打造强大的BaseModel(1):让Model自我描述》、《打造强大的BaseModel(2):让Model实现自动映射,将字典转化成Model》、《打造强大的BaseModel(3):让Model实现自动归档》。如果你没有看过前面三篇文章的话,建议在看这篇文章之前先去看看,熟悉一下iOS Runtime的一些东西以及纯Swift类型和Objc类型的异同。

而这篇文章则讨论了Swift的反射功能,与iOS Runtime不一样,Swift的反射用了另一套API,实现机制也完全不一样,倒是和目前其他的面向对象语言有些相似,比如C#和Java。不过Swift作为一门很新的语言,目前正在高速发展中,其反射功能和和主流的高级语言还没法比,但是我相信Apple会在将来大大加强Swift的反射功能,以追上目前主流语言的脚步。


iOS Runtime目前存在的问题

关于iOS Runtime的文章有很多,一搜就能找出一大堆,但是大多数都是介绍什么是iOS Runtime及怎么使用Runtime。其实基于Objc的Runtime是iOS开发的黑魔法,甚至可以是说奇技淫巧,比如神奇的Method Swizzle可以交换任何iOS的系统方法,在里面加上自己定义的一些功能。再比如消息转发机制,又比如说一些位于中的方法,比如class_copyIvarList等方法,可以动态获取一个类里面所有的方法和属性,还有就是动态给一个类添加属性和方法。Objc的Runtime是如此的强大,再加上KVC和KVO这两个利器,可以实现很多你根本就想不到的功能,给iOS开发带来极大的便捷。

使用iOS Runtime好处非常多,但缺点也是显而易见的,主要有下面几个:

  • 基于Objc的Runtime不是类型安全的,需要开发者保证所有数据都是正确的类型。
  • Runtime还是需要进行数据类型的检查,影响了执行效率。
  • Apple推出全新的Swift语言后,单纯的Swift类型不再兼容原先的Objc的Runtime,

其中前面两个问题影响不大,关键在于第三个。基于Swift作为一门静态语言,所有数据的类型都是在编译时就确定好了的,但是Apple为了让Swift兼容Objc,让Swift也使用了Runtime。这显然会拖累Swift的运行效率,和Apple所宣称Swift具有超越Objective-C的性能的观点完全不符。而Swift在将来是会慢慢替代 Objective-C的成为iOS或者OSX开发的主流语言,所以为了性能,我们应该尽量使用原生的Swift数据类型,避免让Runtime进行Swift类型->Objc类型的隐式转换。

所以目前的问题是使用Swift原生的数据类型和想要使用Objc的Runtime有了冲突,那么Swift语言里有没有类似于Objc的Runtime的一套机制,让Swift数据类型也能实现Objc的Runtime的一些功能呢?

很遗憾,这个答案是NO,Swift目前只有有限的反射功能,完全不能和Objc的Runtime相比。

什么是反射

反射是一种计算机处理方式。是程序可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。

上面的话来自百度百科。使用反射有什么用,看一些iOS Runtime的文章应该会很明白。下面再列举一下

  • 动态地创建对象和属性,
  • 动态地获取一个类里面所有的属性,方法。
  • 获取它的父类,或者是实现了什么样的接口(协议)
  • 获取这些类和属性的访问限制(Public 或者 Private)
  • 动态地获取运行中对象的属性值,同时也能给它赋值(KVC)
  • 动态调用实例方法或者类方法
  • 动态的给类添加方法或者属性,还可以交换方法(只限于Objective-C)

上面的一系列功能的细节和计算机语言的不同而不同。对于Objective-C来说,位于中的一系列方法就是完成这些功能的,严格来说Runtime并不是反射。而Swift真正拥有了反射功能,但是功能非常弱,目前只能访问和检测它本身,还不能修改。

Swift的反射

Swift的反射机制是基于一个叫Mirror的Stuct来实现的。具体的操作方式为:首先创建一个你想要反射的类的实例,再传给Mirror的构造器来实例化一个Mirror对象,最后使用这个Mirror来获取你想要的东西。

首先我们来写一些测试用的类

可以看出,和第一篇文章一样,打印出个每个属性和其值。不同的是,对于自定义对象,不能自动打出里面的属性内容。

在利用Swift的反射来改进BaseModel之前,让我们来看看Mirror里面都有什么东西吧

一个一个来看

  • 第一个是构造器,它传入的参数类型是Any类型。说明Mirror支持对任意类型的反射。
  • 下面定义了两个typealias,分别是Child和Children,Child是个元组(label: String?, value: Any),label是指属性名,是个可空值,因为不是所有支持反射的数据结构都包含有名字的子节点。 struct 会以属性的名字做为 label,但是 Collection 只有下标,没有名字。Tuple 同样也可能没有给它们的条目指定名字。是Value是个Any,也就是说属性可以是任意类型。
  • DisplayStyle是个enum,它会告诉你对象的类型。这里面其他囊括了所有Cocoa的类型,唯一的例外是个Closure,或者Block。
  • AncestorRepresentation也是个enum,这个enum用来定义被反射的对象的父类应该如何被反射。也就是说,这只应用于 class 类型的对象。默认情况(正如你所见)下 Swift 会为每个父类生成额外的 mirror。然而,如果你需要做更复杂的操作,你可以使用 AncestorRepresentation enum 来定义父类被反射的细节。具体都有什么样的类型看上面的注释。
  • subjectType是个Any.Type,从上面打印出来的东西可以看出,它应该是AnyClass的名称,不同的是AnyClass是AnyObject.Type.后面可以写代码验证
  • children是个AnyForwardCollection类型,也就是个Child的集合。AnyForwardCollection是个什么玩意呢,Apple是这么说的

    这个确实有点难以理解,我试着翻译过来:一个类型可擦除的包装器,适用于任何支持向前遍历的集合,前向遍历操作任意一个有着相同“元素”类型的底层集合,隐藏底层集合类型的细节。翻译过来还是不明白什么意思,也许需要大神指点,我只好把它看作一个可以遍历的普通集合算了。
  • displayStyle是DisplayStyle enum,表示反射的对象属于什么样的类型
  • superclassMirror()是获取父类的Mirror,如果没有父类,则为nil

下面看看用各种类型来看看Mirror的各个属性可以打印出什么

Colsure或者Block的displayStyle是nil,而typealias则转化成了正确的类型。其他所有类型都正确在获取并打印出来了。

Mirror类还有一个些其他的构造器,还有一些扩展,可能一些特殊场合会用到,这里就省略了,总之来说,Swift的反射可以用在以下场景

  • 遍历Turple
  • 对类做分析,获取属性和值
  • 运行时分析对象的一至性

总体来说,因为功能比较弱,使用场景也比较窄。远远比不上Objc的Runtime,更别说Java和C#了。
但是相对于Objc的Runtime,Swift的反射是可以获取全部属性的,而且API相对于Objc也简单许多。有时侯,可以用来代替Runtime中获取所有属性名的方法

可以用这个来重写description方法,代码看起来要简洁不少。但是—–这个根本就没法用。

Mirror中的children无法识别复杂类型,对于自定义类型,或者是没有赋值的可空类型,获取的value是nil,这样也就无法像第一篇文章中那样正确地打印出各种个属性名和值,我的如意算盘落空了。

总结

就目前而言,怪异的API,功能的缺失,让Swift的反射功能难堪大用。我们之所以要用反射,就是要利用基于反射动态编程的特性,实现在运行时动态地给属性赋值,动态调用方法等。不知道是Apple认为Objc的Runtime功能已经足够强大好用,还是认为Swift的安全更重要,目前在Swift2.2版本反射还是根本没法用。我希望未来Apple可以好好的加强Swift的反射,参考一下C#和Java的机制,设计出更强大更好用的反射功能

打造强大的BaseModel系列文章到此就完结了,在写这些文章的过程中,我发现自己对iOS的Runtime有了更深的理解,也明白了Swift和Objc是怎么相互操作的,可见写文章的最大收获还是自己。所以我还会写更多的iOS开发技巧系列文章,请大家期待。

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关于作者:ButterFly

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