Swift类的继承和构造过程

发布于 2015-06-14 01:47:10 | 168 次阅读 | 评论: 0 | 来源: 网络整理

类的继承和构造过程

类里面的所有存储型属性--包括所有继承自父类的属性--都必须在构造过程中设置初始值。

Swift 提供了两种类型的类构造器来确保所有类实例中存储型属性都能获得初始值，它们分别是指定构造器和便利构造器。

指定构造器和便利构造器

指定构造器是类中最主要的构造器。一个指定构造器将初始化类中提供的所有属性，并根据父类链往上调用父类的构造器来实现父类的初始化。

每一个类都必须拥有至少一个指定构造器。在某些情况下，许多类通过继承了父类中的指定构造器而满足了这个条件。具体内容请参考后续章节自动构造器的继承。

便利构造器是类中比较次要的、辅助型的构造器。你可以定义便利构造器来调用同一个类中的指定构造器，并为其参数提供默认值。你也可以定义便利构造器来创建一个特殊用途或特定输入的实例。

你应当只在必要的时候为类提供便利构造器，比方说某种情况下通过使用便利构造器来快捷调用某个指定构造器，能够节省更多开发时间并让类的构造过程更清、晰明。

构造器链

为了简化指定构造器和便利构造器之间的调用关系，Swift 采用以下三条规则来限制构造器之间的代理调用：

规则 1

指定构造器必须调用其直接父类的的指定构造器。

规则 2

便利构造器必须调用同一类中定义的其它构造器。

规则 3

便利构造器必须最终以调用一个指定构造器结束。

一个更方便记忆的方法是：

• 指定构造器必须总是向上代理
• 便利构造器必须总是横向代理

这些规则可以通过下面图例来说明：

如图所示，父类中包含一个指定构造器和两个便利构造器。其中一个便利构造器调用了另外一个便利构造器，而后者又调用了唯一的指定构造器。这满足了上面提到的规则2和3。这个父类没有自己的父类，所以规则1没有用到。

子类中包含两个指定构造器和一个便利构造器。便利构造器必须调用两个指定构造器中的任意一个，因为它只能调用同一个类里的其他构造器。这满足了上面提到的规则2和3。而两个指定构造器必须调用父类中唯一的指定构造器，这满足了规则1。

注意：
这些规则不会影响使用时，如何用类去创建实例。任何上图中展示的构造器都可以用来完整创建对应类的实例。这些规则只在实现类的定义时有影响。
 

下面图例中展示了一种更复杂的类层级结构。它演示了指定构造器是如果在类层级中充当“管道”的作用，在类的构造器链上简化了类之间的内部关系。

两段式构造过程

Swift 中类的构造过程包含两个阶段。第一个阶段，每个存储型属性通过引入它们的类的构造器来设置初始值。当每一个存储型属性值被确定后，第二阶段开始，它给每个类一次机会在新实例准备使用之前进一步定制它们的存储型属性。

两段式构造过程的使用让构造过程更安全，同时在整个类层级结构中给予了每个类完全的灵活性。两段式构造过程可以防止属性值在初始化之前被访问；也可以防止属性被另外一个构造器意外地赋予不同的值。

注意：
Swift的两段式构造过程跟 Objective-C 中的构造过程类似。最主要的区别在于阶段 1，Objective-C 给每一个属性赋值0或空值(比如说0或nil)。Swift 的构造流程则更加灵活，它允许你设置定制的初始值，并自如应对某些属性不能以0或nil作为合法默认值的情况。
 

Swift 编译器将执行 4 种有效的安全检查，以确保两段式构造过程能顺利完成：

安全检查 1

指定构造器必须保证它所在类引入的所有属性都必须先初始化完成，之后才能将其它构造任务向上代理给父类中的构造器。

如上所述，一个对象的内存只有在其所有存储型属性确定之后才能完全初始化。为了满足这一规则，指定构造器必须保证它所在类引入的属性在它往上代理之前先完成初始化。

安全检查 2

指定构造器必须先向上代理调用父类构造器，然后再为继承的属性设置新值。如果没这么做，指定构造器赋予的新值将被父类中的构造器所覆盖。

安全检查 3

便利构造器必须先代理调用同一类中的其它构造器，然后再为任意属性赋新值。如果没这么做，便利构造器赋予的新值将被同一类中其它指定构造器所覆盖。

安全检查 4

构造器在第一阶段构造完成之前，不能调用任何实例方法、不能读取任何实例属性的值，也不能引用self的值。

以下是两段式构造过程中基于上述安全检查的构造流程展示：

阶段 1

• 某个指定构造器或便利构造器被调用；
• 完成新实例内存的分配，但此时内存还没有被初始化；
• 指定构造器确保其所在类引入的所有存储型属性都已赋初值。存储型属性所属的内存完成初始化；
• 指定构造器将调用父类的构造器，完成父类属性的初始化；
• 这个调用父类构造器的过程沿着构造器链一直往上执行，直到到达构造器链的最顶部；
• 当到达了构造器链最顶部，且已确保所有实例包含的存储型属性都已经赋值，这个实例的内存被认为已经完全初始化。此时阶段1完成。

阶段 2

• 从顶部构造器链一直往下，每个构造器链中类的指定构造器都有机会进一步定制实例。构造器此时可以访问self、修改它的属性并调用实例方法等等。
• 最终，任意构造器链中的便利构造器可以有机会定制实例和使用self。

下图展示了在假定的子类和父类之间构造的阶段1： ·

在这个例子中，构造过程从对子类中一个便利构造器的调用开始。这个便利构造器此时没法修改任何属性，它把构造任务代理给同一类中的指定构造器。

如安全检查1所示，指定构造器将确保所有子类的属性都有值。然后它将调用父类的指定构造器，并沿着造器链一直往上完成父类的构建过程。

父类中的指定构造器确保所有父类的属性都有值。由于没有更多的父类需要构建，也就无需继续向上做构建代理。

一旦父类中所有属性都有了初始值，实例的内存被认为是完全初始化，而阶段1也已完成。

以下展示了相同构造过程的阶段2：

父类中的指定构造器现在有机会进一步来定制实例(尽管它没有这种必要)。

一旦父类中的指定构造器完成调用，子类的构指定构造器可以执行更多的定制操作(同样，它也没有这种必要)。

最终，一旦子类的指定构造器完成调用，最开始被调用的便利构造器可以执行更多的定制操作。

构造器的继承和重载

跟 Objective-C 中的子类不同，Swift 中的子类不会默认继承父类的构造器。Swift 的这种机制可以防止一个父类的简单构造器被一个更专业的子类继承，并被错误的用来创建子类的实例。

假如你希望自定义的子类中能实现一个或多个跟父类相同的构造器--也许是为了完成一些定制的构造过程--你可以在你定制的子类中提供和重载与父类相同的构造器。

如果你重载的构造器是一个指定构造器，你可以在子类里重载它的实现，并在自定义版本的构造器中调用父类版本的构造器。

如果你重载的构造器是一个便利构造器，你的重载过程必须通过调用同一类中提供的其它指定构造器来实现。这一规则的详细内容请参考构造器链。

注意：
与方法、属性和下标不同，在重载构造器时你没有必要使用关键字override。
 

自动构造器的继承

如上所述，子类不会默认继承父类的构造器。但是如果特定条件可以满足，父类构造器是可以被自动继承的。在实践中，这意味着对于许多常见场景你不必重载父类的构造器，并且在尽可能安全的情况下以最小的代价来继承父类的构造器。

假设要为子类中引入的任意新属性提供默认值，请遵守以下2个规则：

规则 1

如果子类没有定义任何指定构造器，它将自动继承所有父类的指定构造器。

规则 2

如果子类提供了所有父类指定构造器的实现--不管是通过规则1继承过来的，还是通过自定义实现的--它将自动继承所有父类的便利构造器。

即使你在子类中添加了更多的便利构造器，这两条规则仍然适用。

注意：
子类可以通过部分满足规则2的方式，使用子类便利构造器来实现父类的指定构造器。
 

指定构造器和便利构造器的语法

类的指定构造器的写法跟值类型简单构造器一样：

init(parameters) {
    statements
}

便利构造器也采用相同样式的写法，但需要在init关键字之前放置convenience关键字，并使用空格将它们俩分开：

convenience init(parameters) {
    statements
}

指定构造器和便利构造器实战

接下来的例子将在实战中展示指定构造器、便利构造器和自动构造器的继承。它定义了包含三个类Food、RecipeIngredient以及ShoppingListItem的类层次结构，并将演示它们的构造器是如何相互作用的。

类层次中的基类是Food，它是一个简单的用来封装食物名字的类。Food类引入了一个叫做name的String类型属性，并且提供了两个构造器来创建Food实例：

class Food {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
    convenience init() {
        self.init(name: "[Unnamed]")
    }
}

下图中展示了Food的构造器链：

类没有提供一个默认的逐一成员构造器，所以Food类提供了一个接受单一参数name的指定构造器。这个构造器可以使用一个特定的名字来创建新的Food实例：

let namedMeat = Food(name: "Bacon")
// namedMeat 的名字是 "Bacon”

Food类中的构造器init(name: String)被定义为一个指定构造器，因为它能确保所有新Food实例的中存储型属性都被初始化。Food类没有父类，所以init(name: String)构造器不需要调用super.init()来完成构造。

Food类同样提供了一个没有参数的便利构造器 init()。这个init()构造器为新食物提供了一个默认的占位名字，通过代理调用同一类中定义的指定构造器init(name: String)并给参数name传值[Unnamed]来实现：

let mysteryMeat = Food()
// mysteryMeat 的名字是 [Unnamed]

类层级中的第二个类是Food的子类RecipeIngredient。RecipeIngredient类构建了食谱中的一味调味剂。它引入了Int类型的数量属性quantity(以及从Food继承过来的name属性)，并且定义了两个构造器来创建RecipeIngredient实例：

class RecipeIngredient: Food {
    var quantity: Int
    init(name: String, quantity: Int) {
        self.quantity = quantity
        super.init(name: name)
    }
    convenience init(name: String) {
        self.init(name: name, quantity: 1)
    }
}

下图中展示了RecipeIngredient类的构造器链：

RecipeIngredient类拥有一个指定构造器init(name: String, quantity: Int)，它可以用来产生新RecipeIngredient实例的所有属性值。这个构造器一开始先将传入的quantity参数赋值给quantity属性，这个属性也是唯一在RecipeIngredient中新引入的属性。随后，构造器将任务向上代理给父类Food的init(name: String)。这个过程满足两段式构造过程中的安全检查1。

RecipeIngredient也定义了一个便利构造器init(name: String)，它只通过name来创建RecipeIngredient的实例。这个便利构造器假设任意RecipeIngredient实例的quantity为1，所以不需要显示指明数量即可创建出实例。这个便利构造器的定义可以让创建实例更加方便和快捷，并且避免了使用重复的代码来创建多个quantity为 1 的RecipeIngredient实例。这个便利构造器只是简单的将任务代理给了同一类里提供的指定构造器。

注意，RecipeIngredient的便利构造器init(name: String)使用了跟Food中指定构造器init(name: String)相同的参数。尽管RecipeIngredient这个构造器是便利构造器，RecipeIngredient依然提供了对所有父类指定构造器的实现。因此，RecipeIngredient也能自动继承了所有父类的便利构造器。

在这个例子中，RecipeIngredient的父类是Food，它有一个便利构造器init()。这个构造器因此也被RecipeIngredient继承。这个继承的init()函数版本跟Food提供的版本是一样的，除了它是将任务代理给RecipeIngredient版本的init(name: String)而不是Food提供的版本。

所有的这三种构造器都可以用来创建新的RecipeIngredient实例：

let oneMysteryItem = RecipeIngredient()
let oneBacon = RecipeIngredient(name: "Bacon")
let sixEggs = RecipeIngredient(name: "Eggs", quantity: 6)

类层级中第三个也是最后一个类是RecipeIngredient的子类，叫做ShoppingListItem。这个类构建了购物单中出现的某一种调味料。

购物单中的每一项总是从unpurchased未购买状态开始的。为了展现这一事实，ShoppingListItem引入了一个布尔类型的属性purchased，它的默认值是false。ShoppingListItem还添加了一个计算型属性description，它提供了关于ShoppingListItem实例的一些文字描述：

class ShoppingListItem: RecipeIngredient {
    var purchased = false
    var description: String {
    var output = "(quantity) x (name.lowercaseString)"
        output += purchased ? " ✔" : " ✘"
        return output
    }
}

注意：
ShoppingListItem没有定义构造器来为purchased提供初始化值，这是因为任何添加到购物单的项的初始状态总是未购买。
 

由于它为自己引入的所有属性都提供了默认值，并且自己没有定义任何构造器，ShoppingListItem将自动继承所有父类中的指定构造器和便利构造器。

下图种展示了所有三个类的构造器链：

你可以使用全部三个继承来的构造器来创建ShoppingListItem的新实例：

var breakfastList = [
    ShoppingListItem(),
    ShoppingListItem(name: "Bacon"),
    ShoppingListItem(name: "Eggs", quantity: 6),
]
breakfastList[0].name = "Orange juice"
breakfastList[0].purchased = true
for item in breakfastList {
    println(item.description)
}
// 1 x orange juice ✔
// 1 x bacon ✘
// 6 x eggs ✘

如上所述，例子中通过字面量方式创建了一个新数组breakfastList，它包含了三个新的ShoppingListItem实例，因此数组的类型也能自动推导为ShoppingListItem[]。在数组创建完之后，数组中第一个ShoppingListItem实例的名字从[Unnamed]修改为Orange juice，并标记为已购买。接下来通过遍历数组每个元素并打印它们的描述值，展示了所有项当前的默认状态都已按照预期完成了赋值。