Swift标准库解析:Int

想着要写个标准库解析的系列文章,却有点不知道怎么入手。

最开始想的是按照官方文档的顺序写一遍,后来发现那样写出来的跟我想要的文章不一样。

然后想的是把Swfit标准库的所有协议写一遍,附带一些它的使用实例。但是写了个Error的协议,感觉有点空洞,不好理解。

最终决定按常用数据结构遵循的协议,及各协议继承的结构来写。然后这就是第一篇文章了。一个Int的实现远比我们想的要复杂的多。

image.png

标准库中,Int类型遵循了6个协议,接下来我们从简单到复杂逐一探讨这些协议。

1. CustomPlaygroundQuickLookable

这个没什么好说的,就是为了让其支持Playground Quick Look

2. SignedInteger

提供有符号性。也就是同时支持正数和负数。

3. CVarArg

对应C语言中的va_list,表示该类型可以作为可变参数。

我们使用者最常见到的样子

int c_api (int n, ...)

对应的方法定义为

int c_api (int, va_list arguments)

在Swift中的写法

func swiftAPI(_ x: Int, arguments: CVarArg...) -> Int {
    return withVaList(arguments) { c_api(x, $0) }
}

可以看va_list的源码,其实就是一个通过固定偏移量,来获取所有参数的指针。

#ifdef _M_ALPHA
typedef struct {
  char *a0; /* pointer to first homed integer argument */
  int offset; /* byte offset of next parameter */
} va_list;
#else
typedef char * va_list;
#endif

4. CustomReflectable

对于任意类型,你都可以使用Mirror(reflect:)方法来创建一个反射,但是如果你对系统默认生成的反射对象不满意,你可以遵循该协议然后自定义一个。

下面是Apple的说法
You can create a mirror for any type using the Mirror(reflect:) initializer, but if you are not satisfied with the mirror supplied for your type by default, you can make it conform to CustomReflectable and return a custom Mirror instance.

反射的具体作用可以看这篇文章。
Swift 反射 API 及用法

5. Hashable

在计算机的世界里,hash值用于快速定位和查找集合中对象。

一个类型为了存储在集合中,该类型必须是可hash的:该类型必须提供一种方法计算它的哈希值,hashInt类型,相等的对象hash必须相同。

Swift的所有基本类型(如StringIntDoubleBool)默认是可hash的,可以作为集合的值或者字典的键。没有关联值的枚举成员值默认也是hash的。

自身实现hashValue是一个很复杂的过程,自定义对象实现hashValue的时候可通过系统已经实现的hashValue,使用适当的位运算来桥接实现。

Hashable继承自Equatable,所以遵守Hashable时,需要实现Equatable==方法。

例如:

class Person: Hashable {
  var name        = ""
  var age         = 0

  var hashValue: Int {
      return name.hashValue ^ age.hashValue
  }
}
func == (m1:Person, m2:Person)  -> Bool {
  return m1.name == m2.name && m1.age == m2.age
}

6. FixedWidthInteger

BinaryInteger协议和LosslessStringConvertible协议的基础上,添加了字节的改变、位运算、捕捉溢出或者是访问最大最小值等功能。也就是各种二进制的操作。

遵循这个协议,一个整数类型,除了取反(负数)的功能,就全部有了。

  • LosslessStringConvertible

    继承自:CustomStringConvertible,可以用字符串表示的类型。
    加了一个Lossless关键字,表示可以从字符串无损转换过来的类型。
  • BinaryInteger

image.png

其父协议为以下四种:

1. CustomStringConvertible

通过字符串类型进行初始化。

2. Numeric

提供最基本的双目运算功能,+-*+=-=*=
其父协议之一是Equatable,也就是具备判断相等的功能。
另一个父协议ExpressibleByIntegerLiteral,表示可以直接通过Integer(整数)来进行初始化。
也就是说遵守这个协议,就可以做最基本的整数类型初始化,及加减乘除。

3. Hashable

支持hash能力。

4. Strideable

连续的,一维的,可以被抵消和测量。
它的父协议是ComparableComparable的父协议是Equatable
所以这个协议是表示:值是连续的,可以判断是否相等,可以判断大小,可以进行+1-1这种操作的值,可用...表示范围。也就是线性的值。


所以BinaryInteger协议在支持上述四种协议功能的同时,提供的是数字类型之间的四种转换功能。

1. Range-Checked Conversion (检查范围的转换)

方法:init(_:)
说明:检查边界,小数转整数直接省略小数。超过范围的会直接报运行时错误。

let x: Int = 500
let z = Int8(x)
// Error: 过界
  
let e = Int8(127.75)
// e == 127
2. Exact Conversion (精确的转换)

方法:init?(exactly:)
说明:转换结果为可空类型,超过边界会返回nil,没超过会返回Optional类型的数值,小数转整数时,如果小数位不是0,则返回nil

 let x = Int16(exactly: 500)
 // x == Optional(500)

 let y = Int8(exactly: 500)
 // y == nil

 let e = Int8(exactly: 23.0)       // integral value, representable
 // e == Optional(23)

 let f = Int8(exactly: 23.75)      // fractional value, representable
 // f == nil
3. Clamping Conversion (区域转换)

方法:init(clamping:)
说明:转换的结果为目标类型的最大值和最小值之间。大于最大值就返回最大值,小于最小值就返回最小值。

 let x = Int16(clamping: 500)
 // x == 500

 let y = Int8(clamping: 500)
 // y == 127

 let z = UInt8(clamping: -500)
 // z == 0
4. Bit Pattern Conversion(位模式转换)

方法:init(truncatingIfNeeded:)
说明:
正数之间的转换,大的类型转换成小的类型,会直接截掉(二进制位上的截取)多余的部分;小的类型转换成大的类型,会在前面添加0占位。

正数的扩展,结果用0占位。负数的扩展,结果用1占位。

 let q: Int16 = 850
 // q == 0b00000011_01010010

 let r = Int8(truncatingIfNeeded: q)      // truncate 'q' to fit in 8 bits
 // r == 82
 //   == 0b01010010

 let s = Int16(truncatingIfNeeded: r)     // extend 'r' to fill 16 bits
 // s == 82
 //   == 0b00000000_01010010

 let t: Int8 = -100
 // t == -100
 // t's binary representation == 0b10011100

 let u = UInt8(truncatingIfNeeded: t)
 // u == 156
 // u's binary representation == 0b10011100

 let v = Int16(truncatingIfNeeded: t)
 // v == -100
 // v's binary representation == 0b11111111_10011100

 let w = UInt16(truncatingIfNeeded: t)
 // w == 65436
 // w's binary representation == 0b11111111_10011100
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