深入探究Swift数组背后的协议、方法、拓展

数组是一个结构体，它实现了三个协议，有两个变量和两个下标脚本。除此以外，数组还有大量的拓展。

• 数组拓展

数组的大量功能在拓展中完成，由于拓展很多，我就不列出完整代码，只是做一个整理。数组一共拓展了四类协议：

ArrayLiteralConvertible： 这个协议是为了支持这样的语法的：let a: Array= [1,3]。实现协议很简单，只要提供一个自定义方法即可：

_Reflectable：这个协议用于处理反射相关的内容，这里不做详解

customstringconvertible和CustomDebugStringConvertible：这两个是方便我们调试的协议，与数组自身的功能无关。

_ArrayType：这是数组最关键的部分。在实现这个协议之前，数组还只是一个普通的集合类型，它仅仅是拥有下标，而且可以重复遍历所有元素而已。而通过实现_ArrayType协议，它可以在指定位置(下标)添加或移除一个或多个元素，它还有了自己的count属性。

这一点也许有些颠覆我们此前的认识。一个集合类型，是不能添加或删除元素的。数组通过实现了_ArrayType协议提供了这样的功能。但这也很容易理解，因为集合的本质还是在于元素的收集，而非考虑如何改变这些元素。

_ArrayType协议还给了我们一个非常重要的启示。比如说我想实现自己的数据结构——栈，那么就应该实现对应的_StackType协议。这种协议要充分考虑数据结构自身的特点，从而提供对应的方法。比如我们不可能向栈的某个特定位置添加若干个元素(只能向栈顶添加一个)。所以_StackType协议中不会定义append、appendContentsOf这样的方法，而是应该定义pop和push方法。

SequenceType

接下来的任务是搞清楚ColectionType的原理了。不过在此之前，我们先来看看SequenceType的一些细节，毕竟CollectionType协议是继承了SequenceType协议的。

在有了Generator之后，我们已经可以在while循环中用Generator的next方法遍历所有元素了。之前也说过，SequenceType使对元素的多次遍历成为可能。

注意，仅仅是成为可能而已。如果遍历的细节由Generator控制，那么多次遍历是没有问题的。在极个别情况下，但如果遍历的细节依赖于SequenceType自身的某个属性，而且这个属性会发生变化，那么就不能多次遍历所有元素了。

SequenceType协议的基本部分非常简单，只有一个generator()方法，封装了Generator的创建过程。

一旦有了遍历元素的概念，SequenceType立刻就有了非常多的拓展。这里简单列举几个比较关键的：

• forEach：这个拓展使得我们可以用for循环遍历集合了：for item in sequence

• dropFirst(n: Int)和dropLast(n: Int)：这两个方法返回的是除了前(后)n个元素之外的Sequence。需要提一下的是，由于此时的SequenceType还没有下标的概念，这两个方法的实现是非常复杂的。

• prefix(maxLength: Int)和suffix(maxLength: Int)：和刚刚两个方法类似，这两个方法返回的是前(后)maxLength个元素，实现也不简单。

• elementsEqual、contains、minelement、maxElement等，这些都是针对元素的判断和选择。

• map、flatMap、filter、reduce这些方法是针对所有元素的变换。

SequenceType的拓展实在是太多了，但总结来看不外乎两点：

1. 由于可以多次遍历元素了，我们可以对元素进行各种比较、处理、筛选等等操作。这些派生出来的方法和函数极大的强化了SequenceType的功能。

2. 由于SequenceType自身的局限性，不能保证一定可以多次遍历所有元素，还没有下标和元素位置的概念，因此某些方法的实现还不够高效，

带着这样的遗憾，我们来看看最关键的CollectionType是如何实现的。

细谈CollectionType

之前我们说过CollectionType协议是在SequenceType的基础上实现了Indexable协议。由于协议的继承关系，任何实现了CollectionType协议的类，必须实现Indexable协议规定的两个参数：startIndex和endindex，以及一个下标脚本：subscript (position: Self.Index) -> Self._Element { get }。即使这三个要求在CollectionType中没有直接标出来。

回顾一下数组定义的前三行，正是满足了这三个要求。再看CollectionType,它不仅重载了Indexable的一个下标脚本，还额外提供了一个下标脚本用来访问某一段元素，这个下标脚本返回的类型是切片(Slice)。这也正是数组定义的第四行，实现的内容。

细心的读者可能已经注意到，CollectionType还定义了很多属性和方法，比如：prefixUpTo、suffixFrom、isEmpty、first等等。但数组没有实现其中的任何一个。

事实上，这不仅不是数组设计的失败之处，而正是Swift协议的强大之处。Swift可以通过协议拓展，为计算属性和方法提供默认实现。因此，数组可以不用写任何代码就具备这些方法。更赞的是，任何实现了CollectionType协议的类型也因此具有了这些方法。

观察一下CollectionType的其它拓展，大部分都是重写了SequenceType中的实现。之前已经提到过SequenceType没有下标的概念，而类似于dropFirst这样的方法，利用下标的概念是非常容易实现的。

除了对一些已有方法的重写之外，CollectionType还新增了一些基于下标的方法。比如indexOf()等。

套用官方文档中对CollectionType的总结就是：

A multi-pass sequence with addressable positions

也就是说CollectionType是可以多次遍历，元素可定位的SequenceType

总结

Element、Generator、SequenceType、CollectionType、Array由下至上构造了数组背后的层次结构。他们的关系如下图所示：

Swift数组层次结构

如果我们希望定义一个自己的数据结构，比如链表。首先可以明确它要实现CollectionType协议。链表应该是和Array同层次的类型。然后我们需要定义一个_ListType的协议，这个协议对应数组的_ArrayList协议，根据数据结构自身的特性定义一些方法。

如果觉得CollectionType甚至是SequenceType不满足我们的需求，我们还可以自己实现对应的类型。难度不会很大，因为它们虽然负责，但大多数方法已有默认实现，我们只要重写一些关键的逻辑即可。

最后需要说明的是，Swift中对集合的实现实在是太复杂了，如果每个都详细分析，怕是可以写一本书。希望读完这篇文章后，读者可以举一反三，自行阅读源码解决相关问题。

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