乾貨 | 關於SwiftUI，看這一篇就夠了

  • 2019 年 10 月 6 日
  • 筆記

作者簡介

梁啟健，攜程金融支付中心開發工程師，主要負責支付iOS端的開發與優化工作，喜歡研究大前端和跨平台技術。

SwiftUI是一種新穎的構建UI方式和全新的編碼風格，本文以通俗易懂的語言，從Swift 5.1語法新特性和SwiftUI的優勢方面進行分享，希望對熱愛移動端的同學有一定的幫助，讓大家儘可能快速、全面和透徹地理解SwiftUI。

一、背景

蘋果於2019年度WWDC全球開發者大會上，發布了基於Swift建立的聲明式框架–SwiftUI，其可以用於watchOS、tvOS、macOS等蘋果旗下產品的應用開發，統一了蘋果平台的UI框架。

正如官網所言Better apps. Less code：用更少的程式碼構建更好的應用。目前想要體驗SwiftUI，需要以下的準備：Xcode 11 beta和macOS Mojave or Higher，如果想要體驗實時預覽和完整的Xcode 11功能，需要macOS 10.15 beta。

本文主要從以下三個方面講述SwiftUI的特性：

  • 從程式碼層面理解Swift 5.1新語法的底層實現；
  • 從數據流方面闡述SwiftUI的黑魔法；
  • 從布局原理層面闡述SwiftUI組件化的優勢；

二、SwiftUI的特性

本節對Opaque Result Type, PropertyDelegate, FunctionBuilder三個語法新特性進行講解，結合部分偽程式碼和數據流分析，由淺入深地理解，其在SwiftUI中的作用。

2.1 Opaque Result Type

新建一個SwiftUI的新項目，會出現如下程式碼：一個Text展示在body中。

struct ContentView : View {        var body: some View {              Text("Hello World")        }  }

對於some View的出現，大家可能會覺得很突兀。一般情況下，閉包中返回的類型應該是用來指定body的類型，如下程式碼所示，如果閉包中只有一個Text，那麼body的類型應該就是Text。

struct ContentView : View {        var body: Text {              Text("Hello World")        }  }

然而，很多時候在UI布局中是確定不了閉包中的具體類型，有可能是Text、Button、List等，為了解決這一問題，就產生了Opaque Result Type。

其實View是SwiftUI一個核心的協議，代表了閉包中元素描述。如下程式碼所示，其是通過一個associatedtype修飾的，帶有這種修飾的協議不能作為類型來使用，只能作為類型約束來使用。

通過Some View的修飾，其向編譯器保證：每次閉包中返回的一定是一個確定，而且遵守View協議的類型，不要去關心到底是哪種類型。這樣的設計，為開發者提供了一個靈活的開發模式，抹掉了具體的類型，不需要修改公共API來確定每次閉包的返回類型，也降低了程式碼書寫難度。

public protocol View : _View {         associatedtype Body : View         var body: Self.Body { get }  }

2.2 PropertyDelegate

複雜的UI結構一直是前端布局的痛點，每次用戶交互或者數據發生改變，都需要及時更新UI，否則會引起某些顯示問題。但是，在SwiftUI裡面，視圖中聲明的任何狀態、內容和布局，源頭一旦發生改變，會自動更新視圖，因此，只需要一次布局。在屬性前面加上@State關鍵詞，即可實現每次數據改動，UI動態更新的效果。

@propertyDelegate public struct State<Value> :  DynamicViewProperty, BindingConvertible

上述程式碼中，一個@State關鍵詞繼承了DynamicViewProperty和BindingConvertible，BindingConvertible是對屬性值的綁定，DynamicViewProperty是動態綁定了View和屬性。

也就是說，聲明一個屬性時，SwiftUI會將當前屬性的狀態與對應視圖的綁定，當屬性的狀態發生改變的時候，當前視圖會銷毀以前的狀態並及時更新，下面具體分析一下這個過程。一般情況下實現一個String屬性的初始化，程式碼如下：

public struct MyValue {      var myValueStorage: String? = nil          public var myValue: String {          get {              myValue = myValueStorage              return myValueStorage          }          set {             myValueStorage = newValue          }      }  }

如果程式碼中有很多這樣的屬性，而且對某些屬性進行特定的處理，上面的寫法無疑會產生很多冗餘。屬性代理（propertyDelegate）的出現就是解決這個問題的，屬性代理是一個泛型類型，不同類型的屬性都能夠通過該屬性代理進行特定的處理： 

@propertyDelegate public struct LateInitialized<Value> {    private var storage: Value?      public init() {      storage = nil    }      public var value: Value {      get{        guard let value = storage        createDependency(view, value) // 建立視圖與數據依賴關係        return value      }      set {        if(storage != newValue){          storage = newValue          notify(to: swiftui) // 通知 SwiftUI 數據有變化        }      }    }  }

上述程式碼的功能如上圖所示。通過@propertyDelegate的修飾，能夠解決不同類型的value進行特定的處理；上述包裝的方法，能夠建立視圖與數據之間的關係，並且會判斷在屬性值發生變化的情況下，通知SwiftUI刷新視圖，編譯器能夠為String類型的myValue生成如下的程式碼，經過修飾後的程式碼看起來很簡潔。 

public struct MyValue {    var $myValue: LateInitialized<String> = LateInitialized<String>()      public var myValue: String {        get { $myValue }        set { $myValue.value = newValue}    }  }

接下來，我們看一下@State的源碼： 

@available(iOS 13.0, OSX 10.15, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)  @propertyDelegate public struct State<Value> : DynamicViewProperty, BindingConvertible {        /// Initialize with the provided initial value.      public init(initialValue value: Value)        /// The current state value.      public var value: Value { get nonmutating set }        /// Returns a binding referencing the state value.      public var binding: Binding<Value> { get }        /// Produces the binding referencing this state value      public var delegateValue: Binding<Value> { get }        /// Produces the binding referencing this state value      /// TODO: old name for storageValue, to be removed      public var storageValue: Binding<Value> { get }  }    @available(iOS 13.0, OSX 10.15, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)  extension State where Value : ExpressibleByNilLiteral {        /// Initialize with a nil initial value.      @inlinable public init()  }

Swift 5.1的新特性Property Wrappers（一種屬性裝飾語法糖）來修飾State，內部實現的大概就是在屬性Get、Set的時候，將部分可復用的程式碼包裝起來，上文中說的「屬性代理是一個泛型類型」正能夠高效的實現這部分功能。

@State內部是在Get的時候建立數據源與視圖的關係，並且返回當前的數據引用，使視圖能夠獲取，在Set方法中會監聽數據發生變化、會通知SwiftUI重新獲取視圖body，再通過Function Builders方法重構UI，繪製介面，在繪製過程中會自動比較視圖中各個屬性是否有變化，如果發生變化，便會更新對應的視圖，避免全局繪製，資源浪費。

通過這種編程模式，SwiftUI幫助開發者建立了各種視圖和數據的連接，並且處理兩者之間的關係，開發者僅需要關注業務邏輯，其官方的數據結構圖如下：

用戶交互過程中，會產生一個用戶的action，從上圖可以看出，在SwiftUI中數據的流轉過程如下：

  • 該行為觸發數據改變，並通過@State數據源進行包裝；
  • @State檢測到數據變化，觸發視圖重繪；
  • SwiftUI內部按上述所說的邏輯，判斷對應視圖是否需要更新UI，最終再次呈現給用戶，等待交互；

以上就是SwiftUI的交互流程，其每一個節點之間的數據流轉都是單向、獨立的，無論應用程式的邏輯變得多麼複雜，該模式與Flux和Redux架構的數據模式相類似。

內部由無數這樣的單向數據流組合而成，每個數據流都遵循相應的規範，這樣開發者在排查問題的時候，不需要再去找所有與該數據相關的介面進行排查，只需要找到相應邏輯的數據流，分析數據在流程中運轉是否正常即可。

不同場景中，SwiftUI提供了不同的關鍵詞，其實現原理上如上文所示：

  • @State – 視圖和數據存在依賴，數據變化要同步到視圖；
  • @Binding – 父子視圖直接有數據的依賴，數據變化要同步到父子視圖；
  • @BindableObject – 外部數據結構與SwiftUI建立數據存在依賴；
  • @EnvironmentObject – 跨組件快速訪問全局數據源；

以上特性的實現是基於Swift的Combine框架，下面簡單介紹一下。該框架有兩個非常重要的概念，觀察者模式和響應式編程。

觀察者模式是描述一對多關係：一個對象發生改變時將自動通知其他對象，其他對象將相應做出反應。這兩類對象分別被稱為被觀察目標和觀察者，一個觀察目標可以對應多個觀察者，觀察者可以訂閱它們感興趣的內容，這也就是文中關鍵詞@State的實現來源，將屬性作為觀察目標，觀察者是存在該屬性的多個View。

響應式編程的核心是面向非同步數據流和變化的，響應式編程將所有事件轉成為非同步的數據流，更加方便的對這些數據流進行組合變換，最終只需要監聽數據流的變化並做出處理即可，因此在SwiftUI中處理用戶交互和響應等非常簡潔。

2.3 FunctionBuilder

在認識FunctionBuilder之前，必須先了解一下ViewBuilder，其是用 @_functionBuilder來修飾的，編譯器會使用。並且對它所包含的方法有一定要求，其隱藏在各個容器類型的最後一個閉包參數中。下面具體介紹所謂的「要求」。

在組合視圖中，閉包中會處理大量的UI組件，FunctionBuilder是通過閉包建立樣式，將閉包中的UI描述傳遞給專門的構造器，提供了類似DSL的開發模式。如下實現一個簡單的View：

struct RowCell : View {      let image : UIImage      let title : String      let tip : String        var body: some View {          HStack{              Image(uiImage: image)              Text(title)              Text(tip)          }      }  }

查看HStack的初始化程式碼，如下所示：其最後的content是用ViewBuilder進行修飾的，也就是通過functionBuilder對閉包表達式進行了特殊處理，最終構造出視圖。 

init(alignment: VerticalAlignment = .center, spacing:  Length? = nil, @ViewBuilder content: () -> Content)

如果沒有FunctionBuilder這一新特性，那麼開發者必須對容器視圖進行管理，以HStack為例（如下程式碼所示）。若存在大量的表達式，無疑會讓開發者感覺到頭疼，而且程式碼也會很雜亂，結構也不夠清晰。

struct RowCell : View {      let image : UIImage      let title : String      let tip : String        var body: some View {          var builder = HStackBuilder()          builder.add(Image(uiImage: image))          builder.add(Text(title))          builder.add(Text(tip))          return builder.build()      }  }

用@_functionBuilder修飾的內容，均會實現一個構造器，構造器的功能如上述程式碼所示。構建器聲明幾種buildBlock方法用來構造視圖，這幾種方法能夠滿足各種各樣的閉包表達式。下面是SwiftUI的ViewBuilder幾種方法： 

Building Blocks  static func buildBlock() -> EmptyView  //Builds an empty view from a block containing no statements.    static func buildBlock<Content>(Content) -> Content  //Passes a single view written as a child view through unmodified.    static func buildBlock<C0, C1>(C0, C1) -> TupleView<(C0, C1)>  static func buildBlock<C0, C1, C2>(C0, C1, C2) -> TupleView<(C0, C1, C2)>  static func buildBlock<C0, C1, C2, C3>(C0, C1, C2, C3) -> TupleView<(C0, C1, C2, C3)>  ...

上文被ViewBuilder修飾的content，content在調用的時候，會按照上述合適的buildBlock進行構建視圖，將閉包中出現的Text或者其他的組件build成一個TupleView，並且返回。

但是，@_functionBuilder也存在一定局限性，ViewBuilder的buildBlock最多傳入十個參數，也就是布局中最多只能有十個View；如果超過十個View，可以考慮使用TupleView來用多元的方式合併View。

作為SwiftUI的新特點之一，FunctionBuilder傾向於目前流行的編程方式，開發者能夠使用基於DSL的架構，像SwiftUI，而不用去考慮具體的實現細節，因為構建器實現的就是一個DSL本身。

三、Components

本節通過DSL視圖的分析，分析SwfitUI在布局上的特點，以及利用該特點在組件化過程中的優勢。

目前，組件化編程是主流的開發方式，SwfitUI帶來了全新的功能–可以構建可重用的組件，採用了聲明式編程思想。將單一、簡單的響應視圖組合到繁瑣、複雜的視圖中去，而且在Apple的任何平台上都能使用該組件，達到了跨平台（僅限蘋果設備）的效果。按照用途大概能夠分為基礎組件、布局組件和功能組件。

更多的組件詳見 example link 。

下面以一個Button為例子：

struct ContentView : View {      var body: some View {          Button(action: {              // did tap          },label: {Text("Click me")}          )          .foregroundColor(Color.white)          .cornerRadius(5)          .padding(20)          .background(Color.blue)      }  }

其中包含了一個Button，其父視圖是一個ContenView，其實ContenView還會被一個RootView包含起來，RootView是SwiftUI在Window上創建出來了。通過簡單的幾行程式碼，設置了按鈕的點擊事件，樣式和文案。

其視圖DSL結構如下圖所示，SwiftUI會直接讀取 DSL內部描述資訊並收集起來，然後轉換成基本的圖形單元，最終交給底層Metal或OpenGL渲染出來。

通過該結構發現，與UIKit的布局結構有很大的不同，像按鈕的一些屬性background、padding、cornerRadius等不應該出現在視圖主結構中，應該出現在Button視圖的結構中。

因為，在 SwiftUI中這些屬性的設置在內部都會用一個View來承載，然後在布局的時候就會按照上面示例的布局流程，一層層View的計算布局下來，這樣做的優點是：方便底層在設計渲染函數時更容易做到monomorphic call，省去無用的分支判斷，提高效率。

同時SwiftUI中也是支援frame設定，但也不會像UIKit中那樣作用於當前元素，在內部也是形成一個虛擬的View來承載frame設定，在布局過程中進行frame計算最終顯示出想要的結果。

總之在SwiftUI中給一個View設置屬性，已經不是為當前元素提供約束，而是用一系列容器來包含當前元素，為後續布局計算做準備。

SwiftUI的介面不再像UIKit那樣，用ViewController 承載各種UIVew控制項，而是一切皆View，所以可以把View切分成各種細緻化的組件，然後通過組合的方式拼裝成最終的介面，這種視圖的拼裝方式提高了介面開發的靈活性和復用性。因此，視圖組件化是SwiftUI很大的亮點。

四、See it live in Xcode

SwiftUI的Preview是Apple的一大突破，類似RN、Flutter的Hot Reloading。Apple選擇了直接在macOS上進行渲染，不過需要搭載有SwiftUI.framework的macOS 10.15才能夠看到Xcode Previews介面。

Xcode將對程式碼進行靜態分析 (得益於SwiftSyntax框架)，找到所有遵守PreviewProvider 協議的類型進行預覽渲染。在Xcode 11中提供了實時預覽和靜態預覽兩項功能，實時預覽：程式碼的修改能夠實時呈現在Xcode的預覽窗口中；此外，Xcdoe還提供了快捷功能，通過command+滑鼠點擊組件，可以快速、方便地添加組件和設置組件屬性。

五、暢想

  • SwiftUI不僅為Apple的平台帶來了一種新的構建UI的方式，還有全新的Swift編碼風格；
  • 可以推斷出：SwiftUI會出現很多組件庫，方便前端開發；
  • 支援熱更新，這一點可能讓更多的開發者擁抱SwiftUI；
  • 雖然SwiftUI優點很多，但是其使用的門檻很高，只能在iOS 13以上的系統使用；僅這點，很多公司和開發者望而卻步，目前主流應用最低支援iOS 9，至少3年之內，SwiftUI只能作為一個理論的知識儲備，所以其還有很長的路要走；
  • SwiftUI這種與平台無關、純描述的UI框架，恰恰是跨平台方案的正確方向，將來其能否統一整個大前端呢？這點非常值得期待；

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