理解Swift中Optional类型

Objective-C 中的 Nil

Objective-C 中当某个变量或表达式没有任何内容时,可以使用 nil 来表示。nilObjective-C 中 void 指针指向数字 0,本质上来讲 nil 就是一个数字。比如这个例子:

int i = (int)(nil)+20; //可以这样吗?

因为 nil 指向数字 0,确切的说 nil 就是 Int 类型数据,所以上述的代码不仅可以通过编译,而且得到的结果是 20。显然,Objective-C 编译器对 nil 的处理方式非常简单粗暴,直接将 nil 当作是数字对待了。这样做表面看起来平安无事,但在某些特定的情境下,却可能造成歧义。既然 nil 不能表示「纯粹无」,的确需要表示「这个变量没有任何值」该怎么办?看来,Objective-C 对此是无解了。

Optional 基础概念

或许是因为上述例子中提到的问题,在某些特定的场景下的确需要表示「无」的存在,因此 Swift 中引入了 Optional 类型。

在深入讨论之前,先看看 Optional 是什么吧!

public enum Optional<Wrapped> : _Reflectable, NilLiteralConvertible {
case None

case Some(Wrapped)

public init()
public init(_ some: Wrapped)

@warn_unused_result
public func map<U>(@noescape f: (Wrapped) throws -> U) rethrows -> U?

@warn_unused_result
public func flatMap<U>(@noescape f: (Wrapped) throws -> U?) rethrows -> U?

public init(nilLiteral: ())
}

可以看到 Swift 中 Optional 其实是一个枚举类型,其中包含了 None、Some 两个值和应用某个规则并返回结果的 map、flatMap 两个方法,此外还有三个构造方法。我们可以使用上述的构造方法创造一个 Optional 类型的变量,但在实际开发过程中会更多的使用?表示一个变量是 Optional 类型。例如下面的示例:

var someNumber: Int?
var anotherNumber: Int = 100

var someStr: String?
var anotherStr: String = "Hello World"

使用问号?表示某个变量是 Optional 类型,如果没有显示赋值 Swift 会自动给 Optional 类型变量赋值 nil。上述的代码中,声明了两个 Int 类型的变量,其中 someNumber 是 Optional 类型,而 anotherNumber 是普通的 Int 类型并且值为 100。我们可以把 Optional 类型想象成为一个容器,装东西用的盒子。someNumber 所代表的盒子里面是空的,等着用户往里面装东西「当然,能装的东西已经规定好了,必须是 Int 类型」,而 anotherNumber 所代表的盒子里面已经装好了东西。如下图:

变量存在的意义在于:可以参与运算并完成一定的业务要求。接下来我们对上述示例代码中的变量进行一定的运算,再观察结果分析。假设,给 someNumber、anotherNumber 分别加上 100 并输出结果,那么代码如下:

var someNumber: Int?    //值为nil
var anotherNumber: Int = 100 //值为100

someNumber = someNumber + 100 //编译错误,不能对nil进行操作
anotherNumber = anotherNumber + 100 //正常

为什么会这样呢?按照在 Objective-C 中的理解看来:一个变量的值是 nil,则指向数字 0,是可以进行运算的「一开始的示例中我们正是这么做的」。显然,nil 在 Swift 中已经不再是指向数字 0 的指针,而是真的指向「纯粹无」。既然当前这个变量的值是「纯粹无」,在它被初始化之前当然是不允许进行操作的。

变量 someNumber 盒子中没有任何值,所以不能进行运算,那么我们做如下的赋值再尝试:

var someNumber: Int?

someNumber = 100 //赋值
someNumber = someNumber + 100 //还是无法通过编译,不能对 Optional 直接操作
在 Swift 中对一个 Optional 类型的变量直接进行操作,是不允许的。这又是为什么呢?大家还记得吗?Optional 是枚举类型,不经过任何转换直接和 Int 类型相加,当然是不允许的。那么,如果想要对 Optional 的值进行运算,要怎么办呢?

Optional 类型转换

在对一个 Optional 类型的变量进行操作之前,需要先将其转换成可操作的具体类型。你可以把它理解成:在吃掉盒子里面存放的苹果之前,需要先将苹果从盒子中取出来。这个过程可以使用符号!来完成。

var someNumber: Int?

someNumber = 100 //赋值
someNumber = someNumber! + 100 //将苹果从盒子中取出来,再加上100

但是在将苹果从盒子中取出来的时候,你却需要面对一个严肃的哲学问题:盒子中确实有苹果吗?如果上述代码中缺少赋值表达式 someNumber = 100,那么这段代码虽然可以躲过编译器的检查,但却会在程序运行过程中出现异常,导致应用崩溃。所以,为了保证程序的健壮性,在吃掉苹果之前,应该判断盒子中是否真的存在苹果,大致如下所示:

var someNumber: Int?

// someNumber = 100
if(someNumber != nil) {
someNumber = someNumber! + 100
} else {
print("盒子中根本木有苹果")
}

上述代码安全了,可是每个 Optional 类型的变量在使用之前,都需要对其进行 if-else 判断显然是一件很麻烦的事情,而人类是最喜欢偷懒的群体,那该怎么办呢?

其中第一个办法,称之为 if-let 绑定,通过 if-let 的判断对其进行操作,大致如下:

let authorName: String? = "Barat Semet"
let authorAge: Int? = 30

if let name: String = authorName,
age: Int = authorAge {
print("本文作者 \(name) 今年 \(age) 岁了")
} else {
print("作者名称or年龄未指定")
}

另外一种方法称之为 nil 合并,使用两个??符号连接在一起表示:如果存在值则获取当前值,如果不存在则获取给定的默认值,大致代码如下:

var someNumber: Int?

var number: Int = someNumber ?? 0 //若someNumber不为nil则获取其值,若为nil则获取0
上述打代码大致等价于:

var someNumber: Int?
var number: Int

if let unwrapped:Int = someNumber {
number = unwrapped
} else {
number = 0
}

最后的总结

和 Objective-C 不同,在 Swift 代码中我们拿到某个表达式返回的 Optional 值时,如果非常确定该表达式的结果不会是 nil 则可以使用!将其强制转换为我们需要的结果。否则,在我们不确定的情况,一定要使用 if-else、if-let、swait-case、guard 之中的一种对 Optional 返回的结果进行判断后再处理。

参考

  1. Understanding Optionals in Swift

来源:

理解Swift中Optional类型-有和无的哲学

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