协议

1.0 翻译：geek5nan 校对：dabing1022

2.0 翻译+校对：futantan

2.1 翻译：小铁匠Linus 校对：shanks

2.2 翻译+校对：SketchK

3.0 校对：CMB，版本日期：2016-09-13
3.0.1，shanks，2016-11-13

协议定义了一个蓝图，规定了用来实现某一特定任务或者功能的方法、属性，以及其他需要的东西。类、结构体或枚举都可以遵循协议，并为协议定义的这些要求提供具体实现。某个类型能够满足某个协议的要求，就可以说该类型遵循这个协议。

除了遵循协议的类型必须实现的要求外，还可以对协议进行扩展，通过扩展来实现一部分要求或者实现一些附加功能，这样遵循协议的类型就能够使用这些功能。

协议类型提到了这样的用法。下面的例子创建了一个元素类型为 TextRepresentable 的数组：

let things: [TextRepresentable] = [game, d12, simonTheHamster]

如下所示，可以遍历 things 数组，并打印每个元素的文本表示：

for thing in things {
    print(thing.textualDescription)
}
// A game of Snakes and Ladders with 25 squares
// A 12-sided dice
// A hamster named Simon

thing 是 TextRepresentable 类型而不是 Dice，DiceGame，Hamster 等类型，即使实例在幕后确实是这些类型中的一种。由于 thing 是 TextRepresentable 类型，任何 TextRepresentable 的实例都有一个 textualDescription 属性，所以在每次循环中可以安全地访问 thing.textualDescription。

协议的继承

协议能够继承一个或多个其他协议，可以在继承的协议的基础上增加新的要求。协议的继承语法与类的继承相似，多个被继承的协议间用逗号分隔：

protocol InheritingProtocol: SomeProtocol, AnotherProtocol {
    // 这里是协议的定义部分
}

如下所示，PrettyTextRepresentable 协议继承了 TextRepresentable 协议：

protocol PrettyTextRepresentable: TextRepresentable {
    var prettyTextualDescription: String { get }
}

例子中定义了一个新的协议 PrettyTextRepresentable，它继承自 TextRepresentable 协议。任何遵循 PrettyTextRepresentable 协议的类型在满足该协议的要求时，也必须满足 TextRepresentable 协议的要求。在这个例子中，PrettyTextRepresentable 协议额外要求遵循协议的类型提供一个返回值为 String 类型的 prettyTextualDescription 属性。

如下所示，扩展 SnakesAndLadders，使其遵循并符合 PrettyTextRepresentable 协议：

extension SnakesAndLadders: PrettyTextRepresentable {
    var prettyTextualDescription: String {
        var output = textualDescription + ":\n"
        for index in 1...finalSquare {
            switch board[index] {
            case let ladder where ladder > 0:
                output += "▲ "
            case let snake where snake < 0:
                output += "▼ "
            default:
                output += "○ "
            }
        }
        return output
    }
}

上述扩展令 SnakesAndLadders 遵循了 PrettyTextRepresentable 协议，并提供了协议要求的 prettyTextualDescription 属性。每个 PrettyTextRepresentable 类型同时也是 TextRepresentable 类型，所以在 prettyTextualDescription 的实现中，可以访问 textualDescription 属性。然后，拼接上了冒号和换行符。接着，遍历数组中的元素，拼接一个几何图形来表示每个棋盘方格的内容：

当从数组中取出的元素的值大于 0 时，用 ▲ 表示。
当从数组中取出的元素的值小于 0 时，用 ▼ 表示。
当从数组中取出的元素的值等于 0 时，用 ○ 表示。

任意 SankesAndLadders 的实例都可以使用 prettyTextualDescription 属性来打印一个漂亮的文本描述：

print(game.prettyTextualDescription)
// A game of Snakes and Ladders with 25 squares:
// ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ○ ○ ▲ ▲ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ○ ○ ▼ ○ ○ ▼ ○ ▼ ○

类类型专属协议

你可以在协议的继承列表中，通过添加 class 关键字来限制协议只能被类类型遵循，而结构体或枚举不能遵循该协议。class 关键字必须第一个出现在协议的继承列表中，在其他继承的协议之前：

protocol SomeClassOnlyProtocol: class, SomeInheritedProtocol {
    // 这里是类类型专属协议的定义部分
}

在以上例子中，协议 SomeClassOnlyProtocol 只能被类类型遵循。如果尝试让结构体或枚举类型遵循该协议，则会导致编译错误。

注意
当协议定义的要求需要遵循协议的类型必须是引用语义而非值语义时，应该采用类类型专属协议。关于引用语义和值语义的更多内容，请查看结构体和枚举是值类型和类是引用类型。

协议合成

有时候需要同时遵循多个协议，你可以将多个协议采用 SomeProtocol & AnotherProtocol 这样的格式进行组合，称为 协议合成（protocol composition）。你可以罗列任意多个你想要遵循的协议，以与符号(&)分隔。

下面的例子中，将 Named 和 Aged 两个协议按照上述语法组合成一个协议，作为函数参数的类型：

protocol Named {
    var name: String { get }
}
protocol Aged {
    var age: Int { get }
}
struct Person: Named, Aged {
    var name: String
    var age: Int
}
func wishHappyBirthday(to celebrator: Named & Aged) {
    print("Happy birthday, \(celebrator.name), you're \(celebrator.age)!")
}
let birthdayPerson = Person(name: "Malcolm", age: 21)
wishHappyBirthday(to: birthdayPerson)
// 打印 “Happy birthday Malcolm - you're 21!”

Named 协议包含 String 类型的 name 属性。Aged 协议包含 Int 类型的 age 属性。Person 结构体遵循了这两个协议。

wishHappyBirthday(to:) 函数的参数 celebrator 的类型为 Named & Aged。这意味着它不关心参数的具体类型，只要参数符合这两个协议即可。

上面的例子创建了一个名为 birthdayPerson 的 Person 的实例，作为参数传递给了 wishHappyBirthday(to:) 函数。因为 Person 同时符合这两个协议，所以这个参数合法，函数将打印生日问候语。

注意
协议合成并不会生成新的、永久的协议类型，而是将多个协议中的要求合成到一个只在局部作用域有效的临时协议中。

检查协议一致性

你可以使用类型转换中描述的 is 和 as 操作符来检查协议一致性，即是否符合某协议，并且可以转换到指定的协议类型。检查和转换到某个协议类型在语法上和类型的检查和转换完全相同：

is 用来检查实例是否符合某个协议，若符合则返回 true，否则返回 false。
as? 返回一个可选值，当实例符合某个协议时，返回类型为协议类型的可选值，否则返回 nil。
as! 将实例强制向下转换到某个协议类型，如果强转失败，会引发运行时错误。

下面的例子定义了一个 HasArea 协议，该协议定义了一个 Double 类型的可读属性 area：

protocol HasArea {
    var area: Double { get }
}

如下所示，Circle 类和 Country 类都遵循了 HasArea 协议：

class Circle: HasArea {
    let pi = 3.1415927
    var radius: Double
    var area: Double { return pi * radius * radius }
    init(radius: Double) { self.radius = radius }
}
class Country: HasArea {
    var area: Double
    init(area: Double) { self.area = area }
}

Circle 类把 area 属性实现为基于存储型属性 radius 的计算型属性。Country 类则把 area 属性实现为存储型属性。这两个类都正确地符合了 HasArea 协议。

如下所示，Animal 是一个未遵循 HasArea 协议的类：

class Animal {
    var legs: Int
    init(legs: Int) { self.legs = legs }
}

Circle，Country，Animal 并没有一个共同的基类，尽管如此，它们都是类，它们的实例都可以作为 AnyObject 类型的值，存储在同一个数组中：

let objects: [AnyObject] = [
    Circle(radius: 2.0),
    Country(area: 243_610),
    Animal(legs: 4)
]

objects 数组使用字面量初始化，数组包含一个 radius 为 2 的 Circle 的实例，一个保存了英国国土面积的 Country 实例和一个 legs 为 4 的 Animal 实例。

如下所示，objects 数组可以被迭代，并对迭代出的每一个元素进行检查，看它是否符合 HasArea 协议：

for object in objects {
    if let objectWithArea = object as? HasArea {
        print("Area is \(objectWithArea.area)")
    } else {
        print("Something that doesn't have an area")
    }
}
// Area is 12.5663708
// Area is 243610.0
// Something that doesn't have an area

当迭代出的元素符合 HasArea 协议时，将 as? 操作符返回的可选值通过可选绑定，绑定到 objectWithArea 常量上。objectWithArea 是 HasArea 协议类型的实例，因此 area 属性可以被访问和打印。

objects 数组中的元素的类型并不会因为强转而丢失类型信息，它们仍然是 Circle，Country，Animal 类型。然而，当它们被赋值给 objectWithArea 常量时，只被视为 HasArea 类型，因此只有 area 属性能够被访问。

可选的协议要求

协议可以定义可选要求，遵循协议的类型可以选择是否实现这些要求。在协议中使用 optional 关键字作为前缀来定义可选要求。可选要求用在你需要和 Objective-C 打交道的代码中。协议和可选要求都必须带上@objc属性。标记 @objc 特性的协议只能被继承自 Objective-C 类的类或者 @objc 类遵循，其他类以及结构体和枚举均不能遵循这种协议。

使用可选要求时（例如，可选的方法或者属性），它们的类型会自动变成可选的。比如，一个类型为 (Int) -> String 的方法会变成 ((Int) -> String)?。需要注意的是整个函数类型是可选的，而不是函数的返回值。

协议中的可选要求可通过可选链式调用来使用，因为遵循协议的类型可能没有实现这些可选要求。类似 someOptionalMethod?(someArgument) 这样，你可以在可选方法名称后加上 ? 来调用可选方法。详细内容可在可选链式调用章节中查看。

下面的例子定义了一个名为 Counter 的用于整数计数的类，它使用外部的数据源来提供每次的增量。数据源由 CounterDataSource 协议定义，包含两个可选要求：

@objc protocol CounterDataSource {
    optional func incrementForCount(count: Int) -> Int
    optional var fixedIncrement: Int { get }
}

CounterDataSource 协议定义了一个可选方法 increment(forCount:) 和一个可选属性 fiexdIncrement，它们使用了不同的方法来从数据源中获取适当的增量值。

注意
严格来讲，CounterDataSource 协议中的方法和属性都是可选的，因此遵循协议的类可以不实现这些要求，尽管技术上允许这样做，不过最好不要这样写。

Counter 类含有 CounterDataSource? 类型的可选属性 dataSource，如下所示：

class Counter {
    var count = 0
    var dataSource: CounterDataSource?
    func increment() {
        if let amount = dataSource?.incrementForCount?(count) {
            count += amount
        } else if let amount = dataSource?.fixedIncrement {
            count += amount
        }
    }
}

Counter 类使用变量属性 count 来存储当前值。该类还定义了一个 increment 方法，每次调用该方法的时候，将会增加 count 的值。

increment() 方法首先试图使用 increment(forCount:) 方法来得到每次的增量。increment() 方法使用可选链式调用来尝试调用 increment(forCount:)，并将当前的 count 值作为参数传入。

这里使用了两层可选链式调用。首先，由于 dataSource 可能为 nil，因此在 dataSource 后边加上了 ?，以此表明只在 dataSource 非空时才去调用 increment(forCount:) 方法。其次，即使 dataSource 存在，也无法保证其是否实现了 increment(forCount:) 方法，因为这个方法是可选的。因此，increment(forCount:) 方法同样使用可选链式调用进行调用，只有在该方法被实现的情况下才能调用它，所以在 increment(forCount:) 方法后边也加上了 ?。

调用 increment(forCount:) 方法在上述两种情形下都有可能失败，所以返回值为 Int? 类型。虽然在 CounterDataSource 协议中，increment(forCount:) 的返回值类型是非可选 Int。另外，即使这里使用了两层可选链式调用，最后的返回结果依旧是单层的可选类型。关于这一点的更多信息，请查阅连接多层可选链式调用

在调用 increment(forCount:) 方法后，Int? 型的返回值通过可选绑定解包并赋值给常量 amount。如果可选值确实包含一个数值，也就是说，数据源和方法都存在，数据源方法返回了一个有效值。之后便将解包后的 amount 加到 count 上，增量操作完成。

如果没有从 increment(forCount:) 方法获取到值，可能由于 dataSource 为 nil，或者它并没有实现 increment(forCount:) 方法，那么 increment() 方法将试图从数据源的 fixedIncrement 属性中获取增量。fixedIncrement 是一个可选属性，因此属性值是一个 Int? 值，即使该属性在 CounterDataSource 协议中的类型是非可选的 Int。

下面的例子展示了 CounterDataSource 的简单实现。ThreeSource 类遵循了 CounterDataSource 协议，它实现了可选属性 fixedIncrement，每次会返回 3：

class ThreeSource: NSObject, CounterDataSource {
    let fixedIncrement = 3
}

可以使用 ThreeSource 的实例作为 Counter 实例的数据源：

var counter = Counter()
counter.dataSource = ThreeSource()
for _ in 1...4 {
    counter.increment()
    print(counter.count)
}
// 3
// 6
// 9
// 12

上述代码新建了一个 Counter 实例，并将它的数据源设置为一个 ThreeSource 的实例，然后调用 increment() 方法四次。和预期一样，每次调用都会将 count 的值增加 3.

下面是一个更为复杂的数据源 TowardsZeroSource，它将使得最后的值变为 0：

@objc class TowardsZeroSource: NSObject, CounterDataSource {
    func increment(forCount count: Int) -> Int {
        if count == 0 {
            return 0
        } else if count < 0 {
            return 1
        } else {
            return -1
        }
    }
}

TowardsZeroSource 实现了 CounterDataSource 协议中的 increment(forCount:) 方法，以 count 参数为依据，计算出每次的增量。如果 count 已经为 0，此方法返回 0，以此表明之后不应再有增量操作发生。

你可以使用 TowardsZeroSource 实例将 Counter 实例来从 -4 增加到 0。一旦增加到 0，数值便不会再有变动：

counter.count = -4
counter.dataSource = TowardsZeroSource()
for _ in 1...5 {
    counter.increment()
    print(counter.count)
}
// -3
// -2
// -1
// 0
// 0

协议扩展

协议可以通过扩展来为遵循协议的类型提供属性、方法以及下标的实现。通过这种方式，你可以基于协议本身来实现这些功能，而无需在每个遵循协议的类型中都重复同样的实现，也无需使用全局函数。

例如，可以扩展 RandomNumberGenerator 协议来提供 randomBool() 方法。该方法使用协议中定义的 random() 方法来返回一个随机的 Bool 值：

extension RandomNumberGenerator {
    func randomBool() -> Bool {
        return random() > 0.5
    }
}

通过协议扩展，所有遵循协议的类型，都能自动获得这个扩展所增加的方法实现，无需任何额外修改：

let generator = LinearCongruentialGenerator()
print("Here's a random number: \(generator.random())")
// 打印 “Here's a random number: 0.37464991998171”
print("And here's a random Boolean: \(generator.randomBool())")
// 打印 “And here's a random Boolean: true”

提供默认实现

可以通过协议扩展来为协议要求的属性、方法以及下标提供默认的实现。如果遵循协议的类型为这些要求提供了自己的实现，那么这些自定义实现将会替代扩展中的默认实现被使用。

注意
通过协议扩展为协议要求提供的默认实现和可选的协议要求不同。虽然在这两种情况下，遵循协议的类型都无需自己实现这些要求，但是通过扩展提供的默认实现可以直接调用，而无需使用可选链式调用。

例如，PrettyTextRepresentable 协议继承自 TextRepresentable 协议，可以为其提供一个默认的 prettyTextualDescription 属性，只是简单地返回 textualDescription 属性的值：

extension PrettyTextRepresentable  {
    var prettyTextualDescription: String {
        return textualDescription
    }
}

为协议扩展添加限制条件

在扩展协议的时候，可以指定一些限制条件，只有遵循协议的类型满足这些限制条件时，才能获得协议扩展提供的默认实现。这些限制条件写在协议名之后，使用 where 子句来描述，正如Where子句中所描述的。

例如，你可以扩展 CollectionType 协议，但是只适用于集合中的元素遵循了 TextRepresentable 协议的情况：

extension CollectionType where Generator.Element: TextRepresentable {
    var textualDescription: String {
        let itemsAsText = self.map { $0.textualDescription }
        return "[" + itemsAsText.joinWithSeparator(", ") + "]"
    }
}

textualDescription 属性返回整个集合的文本描述，它将集合中的每个元素的文本描述以逗号分隔的方式连接起来，包在一对方括号中。

现在我们来看看先前的 Hamster 结构体，它符合 TextRepresentable 协议，同时这里还有个装有 Hamster 的实例的数组：

let murrayTheHamster = Hamster(name: "Murray")
let morganTheHamster = Hamster(name: "Morgan")
let mauriceTheHamster = Hamster(name: "Maurice")
let hamsters = [murrayTheHamster, morganTheHamster, mauriceTheHamster]

因为 Array 符合 CollectionType 协议，而数组中的元素又符合 TextRepresentable 协议，所以数组可以使用 textualDescription 属性得到数组内容的文本表示：

print(hamsters.textualDescription)
// 打印 “[A hamster named Murray, A hamster named Morgan, A hamster named Maurice]”

注意
如果多个协议扩展都为同一个协议要求提供了默认实现，而遵循协议的类型又同时满足这些协议扩展的限制条件，那么将会使用限制条件最多的那个协议扩展提供的默认实现。

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