Java工程師的Swift學習筆記－上篇

Java語言從以前發展到現在也吸收了許多新東西，像是Java 8開始有Lambda和Stream讓寫起來可以更精簡有效率、Java 11開始增加var關鍵字讓編譯器自動型別推斷，加上Spring、Lombok等框架與套件，增添了更多方便功能，還能省略許多重複的程式碼。但Swift將許多功能直接加入語言本身，成為語言的一部分，像是Optional<T>直接用問號就可以宣告，List<E>、Map<K, V>直接用中括號設值、取值，方便度也是更上一層樓。本篇文章提供給熟悉Java語言的人，以Java語言的角度來介紹Swift語言，為已經有程式語言基礎的人提供更快速了解Swift的介紹。

內容目錄

與Java之間的基本比較

類似Java的地方

都是強型別語言，變數不會隱式轉換
都是靜態型別語言，宣告變數時需要確定型別
與Java 10之後一樣有的var關鍵字，宣告變數時可自動判斷型別
使用let宣告的變數跟Java的final一樣是不可變常數，但有更多語法糖
使用大括號標示不同程式區塊
都有物件導向與垃圾回收機制
都有類別（class）、繼承（extends）、覆寫（override）、泛形（generics）、列舉（enum）
有類似介面（interface）的協定（protocol）
都可以傳遞函數、匿名函數、閉包（closures）
都有REPL互動模式，在Java 9開始使用jshell指令，在Swift使用swift指令

不同Java的地方

語句/陳述（statement）的結尾不用分號
if、for、switch、do、while等關鍵字後面不需要使用括號包裹條件
switch case不用加上break，還多了where關鍵字
宣告變數時有專屬關鍵字var
宣告函數/方法時有專屬關鍵字func
可以宣告巢狀函數/方法
增加 defer 關鍵字，指定函數結束前必定執行的程式碼
增加 try? 關鍵字，可以忽略例外處理直接得到Optional包裝的函數回傳值
函數/方法同時有參數（parameter）名稱與引數（argument）名稱
沒有int、double、boolean這種基本型態，都是類別與物件
提供無符號數字
數字的運算溢位時會出現Runtime error，除非使用&+、&-等允許溢位的運算子
不必完全基於類別設計，程式進入點不必是public class
建立物件不用new關鍵字、除了建構子還有解構子
繼承類別不用extends關鍵字，使用冒號
除了類別還有struct關鍵字設計資料結構、使用括號建立元組（tuple）
除了繼承，還有更方便的擴展extension功能，類似JavaScript的添加prototype
增加subscript，類似JavaScript的yield
支援自訂與覆寫運算子的功能，類似C++的功能
有更方便的getter與setter，還增加willSet與didSet的攔截

快速比較

以下是快速比較的表格，用詞可能會不夠精確，但可以快速了解兩者的差別。

功能	Java	Swift
程式進入點	public class的main方法	不限制
宣告變數	直接寫型別，或是使用`var`	使用`var`
宣告常數	`final`加上型別	使用`let`
宣告方法	直接寫回傳型別＋名稱＋參數	使用`func`
宣告類別	使用`class`	使用`class`
宣告可選型別	`var opt = new Optional<String>()`	`var opt: String?`
判斷Optional可用	`if (opt.isPresent())` { var name = opt.get(); }	`if let name = opt`
Optional直接取值	var name = `opt.get()`	`let name = opt!`
繼承類別	使用`extends`＋父類名稱	直接使用冒號＋父類名稱
介面	使用`interface`	使用`prototype`
for基本用法	`for (int n = 0; n < count; n++)`	`for let n in 0..<count`
至少執行一次的迴圈	do { } while (條件);	repeat { } while 條件
例外處理	try {（會拋出錯誤的函數） } catch(Exception e) {例外處理}	do { try（會拋出錯誤的函數） } catch {例外處理}
不處理例外	只能轉拋出去	let value = try?（會拋出錯誤的函數）
函數結束前的處理	try-catch之後寫在finally區塊	隨時都可寫在defer關鍵字的區塊
陣列預設值	`new int[] {5, 5, 5}`	`var l = [5, 5, 5]`
不可變List	`List.of(5, 5, 5)`	`let l = [5, 5, 5]`
不可變Map	`Map.of("a", 1, "b", 2)`	`let m = ["a": 1, "b": 2]`
弱引用	使用`WeakReference<T>`類別	使用`week var`、`unowned let`
套件管理	Maven、Gradle	SPM

比Java更方便的Swift特性

字串樣板

Java的字串可以使用String.format()來設立字串樣板，但用起來麻煩一點，因為樣板與參數是分開的。Swift跟Linux shell或新版JavaScript一樣，可以直接在字串內塞入變數。不同的是Linux shell與JavaScript使用$來表達變數，而Swift使用反斜線配括號，應該是因為反斜線在字串中本來就是用來表達特殊字元，例如\t、\n、\0、\\這些特殊符號，當然\t這些在Swift裡面也是可以使用的。

let name = "Jack"
let say = "Hello, \(name)"
// Hello, Jack

字串比較

在Java內==比較的是兩個變數儲存的數字，如果是int這種基本型態，就是等於比較兩個數字。如果變數儲存的是字串等物件，那依然直接比較兩個數字，這個數字代表的是物件的參考位置。因此 "Jack" == "Jack" 在Java中會返回true，因為兩個Jack是同一個物件；可是 new String("Jack") == "Jack" 就不會返回true了，因為等號左邊的參數運算後會產生一個新的物件，成為兩個看似一樣卻獨立的物件。所以也有人說Java語言永遠是傳值的，但這又是另一個故事了😄。

在Swift中，運算子可以重載（Override），針對不同型別的比較可以有不同表現。運算子==在遇到字串與字串的比較時，會轉換成實際比較兩個字串的實際內容是否一致。想要明確比較是否為同一個物件，可以使用===，但是這個運算子無法用在String上。

let name = "Jack"
let str1 = "Ja" + "ck"
let str2 = String(name)
print(name == str1)  // true
print(name == str2)  // true
print(str1 == str2)  // true

可選變數 Optional<T>

在Java內要宣告一個Optional的變數，需要類似下面這樣的宣告。

// 宣告
var optionName = new Optional<String>();

// 流程控制與取值
if(optionName.isPresent()) {
    var name = optionName.get();
    System.out.println(name);
}

// 取不到值的時候的預設值
var name = optionName.orElse("預設名稱");

但在Swift裡面，Optional成為語言本身的一部分，所以可以有更方便的使用方法。

// 宣告
var optionName: String?

// 流程控制與取值
if let name = optionName {
    print(name)
}

// 取不到值的時候的預設值
let name = optionName ?? "預設名稱"

// 不透過if let，使用驚嘆號直接取值，如果沒有值程式會出錯
print(optionName!)

對應Map的字典（Dictionary）

Java的Map對比Swift的字典，可以儲存由鍵（Key）與值（Value）對應的資料，跟Java一樣必須指定鍵與值的型別，可以交由編譯器自動型別推斷。使用var宣告的字典是可增修內容的，但使用let宣告的字典會不可變更內容，這點與Java的final關鍵字不同，final只是規定變數對應的物件不可以更改，Swift的let同時還約束了物件內的資料也不可更改。在Java必須使用Collections.unmodifiableMap()或是Map.of()才能建立不可變更資料的Map。

// 宣告Map
var ages = new MashMap<String, Integer>();
ages.put("Jack", 18);
ages.put("Rose", 21);
ages.put("Kitty", 17);

// 走訪Map
for(var name: ages.keys()) {
    var age = ages.get(name);
    System.out.printf("%s is %d years old%n", name, age);
}

ages.clear();  // 清空Map

// 以下三種方式都可以建立<String, Int>的字典
// 如果用 let 而不是 var 宣告字典，會成為不可更改的字典，增修資料會拋出錯誤
var dic1: Dictionary<String, Int> = [:]
var dic2: [String: Int] = [:]
var ages = ["Jack": 18, "Rose": 21] // 從初始值自動型別推斷
ages["Kitty"] = 17  // 增加資料，類似Java的陣列操作方式

// 走訪字典印出文字
for (name, age) in ages {
    print("\(name) is \(age) years old")
}

ages = [:]  // 清空字典

對外只能讀取的類別成員（Class Field）

在Java的Class中，如果希望有一個Field對外只能讀取，在類別內才能設定，那麼需要寫一個private setter與一個public getter函數，例如以下這樣。

public class Cat {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }
}

// 外部使用 cat.getName() 讀取值

雖然只在類別內使用時private setter這個方法可以不寫，但還是需要寫一個public getter才能公開name給外部。而在Swift的Class中設定private可以只針對setter的部分，讓外部可以讀取name，卻不能設定name，很方便。

class Cat {
    private(set) var name: String
}

// 外部使用 cat.name 讀取值

比POJO好用的結構（struct）

POJO全稱為Plain Old Java Object，一個通常只拿來包裝資料類別，然後有一堆getter與setter。寫起來很麻煩，但透過Eclipse IDE的自動建立函數快速完成，或是透過Lombok直接透過一個 @Data Annotation還可以快更多。但Swift提供struct來包裝資料可以更加方便。

以下範例會使用Swift建立一個Cat結構，然後建立兩個cat實例。可以發現使用struct定義內容，不用有getter、setter與建構子（Constructor），產生實例時可以自由決定要初始化哪些數值，類似Lombok提供的@Builder Annotation。

// 定義一個Cat結構
struct Cat {
    var name: String?
    var age: Int?
}

// 產生兩個Instance
var cat1 = Cat(name: "Kitty")
var cat2 = Cat(name: "Kitty", age: 3)

要注意上面name與age的型態都有加上問號，代表他其實是Optional<String>與Optional<Int>，必須要是Optional才能才初始化的時候保持nil不賦值。因此遇到一定不能為空的Field時，可以不加上問號來確保開發者有賦值。

自動完成Equals方法

延續上面「比POJO好用的結構（struct）」，繼續講struct的比較方法。在Java中兩個物件資料是否一致的比較，需要自行完成boolean equals(Object object)這個方法，不然他就只能比較兩個物件是否為同一個實例。在Eclipse中可以讓IDE自動寫上equals方法，使用Lombok可以更方便的透過@EqualsAndHashCode（包含在@Data內），在Swift中使用原生的Equatable就可以自動完成物件比較。

// 定義一個Cat結構
struct Cat: Equatable { // 注意這行多了Equatable
    var name: String?
    var age: Int?
}

// 產生兩個Instance
var cat1 = Cat(name: "Jack")
var cat2 = Cat(name: "Jack", age: 3)

// 測試兩者是否相等
print(cat1 == cat2) // false

// 修改其中一個數值再確認一次
cat1.age = 3
print(cat1 == cat2) // true

還記得本篇文章上面有提到運算子可以有多種功能嗎？因此在Swift中使用cat1 == cat2就等同在Java中使用cat1.equals(cat2)，這點也是直觀易讀。

常見操作的比較

數字資料

Swift的整數分為有符號與無符號整數，指定整數的空間大小不是使用byte、short、int、long，而是Int8、Int16、Int32、Int64，以及無負號的UInt8、UInt16、UInt32、UInt64。平常可以直接使用Int與Uint兩個整數型態資料，根據Swift說明，Int在32位元系統就等同Int32，在64位元系統就等同Int64，會自動選擇效率好又大的那個。在程式內寫數字的時候，可以使用底線來進行數字分位，類似平常寫數字會使用的逗號一樣，這點跟Java一樣。順道一提，在歐洲大部分地方的數字分位是使用小數點，而表達小數使用的是逗號喔！

// 以下全部都是1280
let a = 1280
let b = 1_280
let c = +1280
let d = +1_280
let e = +001_280
let f = +0_0_1_2_8_0 // 雖然編譯會過，但沒人會這樣寫啦XD

宣告變數的方式

在Java內宣告變數是型別名稱這樣的方式，在Swift中，宣告變數的語句是var 名稱: 型別。而常數的宣告final 型別名稱在Swift中是let 名稱: 型別。

int num;
int[] nums = new int[] {5, 5, 5};
String str = "Hello world";
final String str2 = "不可更改變數";
var name = "Jack";    // Java 11開始支援的自動判斷型別的區域變數宣告方式

var num: Int
var nums = [5, 5, 5]   // 自動判斷為 Int[] 型別
var str = "Hello world"
let str2 = "不可更改變數"
var name = "Jack"      // 自動判斷為 String 型別

宣告函數／方法（Method）

下面以設計一個計算平方值的函數為例，介紹如何宣告Swift的函數。需要注意的是，Swift裡面要指定參數名稱與引數名稱，名稱相同時可以只寫一次，若要跟Java一樣呼叫函數時依照順序自動對應參數，需要在宣告函數的時候將引數名稱設為底線_。

// 宣告方式
public double square(double num) {
    return num * num;
}
// 使用方式
square(20);

// 宣告方式 1
func square(num: Double) -> Double {
    return num * num
}
square(num: 20)  // 需要標註 num

// 宣告方式 2
func square(num n: Double) -> Double {
    return n * n
}
square(num: 20)  // 外部一樣使用 num，但函數內部使用 n

// 宣告方式 3
func square(_ num: Double) -> Double {  // 注意底線
    return num * num
}
square(20)       // 不需標註 num，跟Java一樣引數依照順序對應到函數裡

匿名函數／閉包（Closure）

從Java 8開始增加了Lambda，讓開發者實作Functional interface產生的物件，使用起來就像是一個可以單獨保存與傳遞的函數，同時又能綁定實作Functional interface當下的外部資料，讓開發者增加許多的靈活度。在Swift也有匿名函數與閉包的功能。

// 實作提供Sort演算法進行比較的函數
Comparator<Integer> comp = (a, b) -> {
    return a - b;
}

// 簡易寫法
Comparator<Integer> comp = (a, b) -> a - b;

// 匿名使用
Collections.sort(list, (a, b) -> a - b);

// 先不考慮泛形，建立一個比較方法，Swift的sort需要函數回傳布林值
let foo = {
    (a: Int, b: Int) -> Bool in
    return a < b
}
list.sort(by: foo)

// 匿名使用
list.sort(by: {
    (a, b) -> Bool in
    return a < b
})

// 簡化版，省略return
list.sort(by: {
    (a, b) -> Bool in a < b
})

// 更簡化版，省略引數名稱定義，以$0、$1代替
list.sort(by: { $0 < $1 })

// 最簡化版，直接傳入方法
list.sort(by: <)

最後只傳入一個小於符號就可以運作，因為小於在Swift內也等同於一個函數，由兩個參數與與一個Bool回傳值組成，符合sort裡面by需要的函數類型。因此就像是將foo傳給sort一樣，小於也可以直接傳給sort使用。這個在C++與Python應該有類似的用法，但習慣Java與JavaScript的我看到這用法覺得很新鮮😄。

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