SwiftUI学习(一)
总览
如果你想要入门 SwiftUI 的使用,那 Apple 这次给出的官方教程绝对给力。这个教程提供了非常详尽的步骤和说明,网页的交互也是一流,是觉得值得看和动手学习的参考。
不过,SwiftUI 中有一些值得注意的细节在教程里并没有太详细提及,也可能造成一些困惑。这篇文章以我的个人观点对教程的某些部分进行了补充说明,希望能在大家跟随教程学习 SwiftUI 的时候有点帮助。这篇文章的推荐阅读方式是,一边参照 SwiftUI 教程实际动手进行实现,一边在到达对应步骤时参照本文加深理解。在下面每段内容前我标注了对应的教程章节和链接,以供参考。
在开始学习 SwiftUI 之前,我们需要大致了解一个问题:为什么我们会需要一个新的 UI 框架。
为什么需要 SwiftUI
UIKit 面临的挑战
对于 Swift 开发者来说,昨天的 WWDC 19 首日 Keynote 和 Platforms State of the Union 上最引人注目的内容自然是 SwiftUI 的公布了。从 iOS SDK 2.0 开始,UIKit 已经伴随广大 iOS 开发者经历了接近十年的风风雨雨。UIKit 的思想继承了成熟的 AppKit 和 MVC,在初出时,为 iOS 开发者提供了良好的学习曲线。
UIKit 提供的是一套符合直觉的,基于控制流的命令式的编程方式。最主要的思想是在确保 View 或者 View Controller 生命周期以及用户交互时,相应的方法 (比如 viewDidLoad
或者某个 target-action 等) 能够被正确调用,从而构建用户界面和逻辑。不过,不管是从使用的便利性还是稳定性来说,UIKit 都面临着巨大的挑战。我个人勉强也能算是 iOS 开发的“老司机”了,但是「掉到 UIKit 的坑里」这件事,也几乎还是我每天的日常。UIKit 的基本思想要求 View Controller 承担绝大部分职责,它需要协调 model,view 以及用户交互。这带来了巨大的 side effect 以及大量的状态,如果没有妥善安置,它们将在 View Controller 中混杂在一起,同时作用于 view 或者逻辑,从而使状态管理愈发复杂,最后甚至不可维护而导致项目失败。不仅是作为开发者我们自己写的代码,UIKit 本身内部其实也经常受困于可变状态,各种奇怪的 bug 也频频出现。
声明式的界面开发方式
近年来,随着编程技术和思想的进步,使用声明式或者函数式的方式来进行界面开发,已经越来越被接受并逐渐成为主流。最早的思想大概是来源于 Elm,之后这套方式被 React 和 Flutter 采用,这一点上 SwiftUI 也几乎与它们一致。总结起来,这些 UI 框架都遵循以下步骤和原则:
-
使用各自的 DSL 来描述「UI 应该是什么样子」,而不是用一句句的代码来指导「要怎样构建 UI」。
比如传统的 UIKit,我们会使用这样的代码来添加一个 “Hello World” 的标签,它负责“创建 label”,“设置文字”,“将其添加到 view 上”:
func viewDidLoad() { super.viewDidLoad() let label = UILabel() label.text = "Hello World" view.addSubview(label) // 省略了布局的代码 }
而相对起来,使用 SwiftUI 我们只需要告诉 SDK 我们需要一个文字标签:
var body: some View { Text("Hello World") }
-
接下来,框架内部读取这些 view 的声明,负责将它们以合适的方式绘制渲染。
注意,这些 view 的声明只是纯数据结构的描述,而不是实际显示出来的视图,因此这些结构的创建和差分对比并不会带来太多性能损耗。相对来说,将描述性的语言进行渲染绘制的部分是最慢的,这部分工作将交由框架以黑盒的方式为我们完成。
-
如果
View
需要根据某个状态 (state) 进行改变,那我们将这个状态存储在变量中,并在声明 view 时使用它:@State var name: String = "Tom" var body: some View { Text("Hello \(name)") }
关于代码细节可以先忽略,我们稍后会更多地解释这方面的内容。
-
状态发生改变时,框架重新调用声明部分的代码,计算出新的 view 声明,并和原来的 view 进行差分,之后框架负责对变更的部分进行高效的重新绘制。
SwiftUI 的思想也完全一样,而且实际处理也不外乎这几个步骤。使用描述方式开发,大幅减少了在 app 开发者层面上出现问题的机率。
一些细节解读
官方教程中对声明式 UI 的编程思想有深刻的体现。另外,SwiftUI 中也采用了非常多 Swift 5.1 的新特性,会让习惯了 Swift 4 或者 5 的开发者“耳目一新”。接下来,我会分几个话题,对官方教程的一些地方进行解释和探索。
教程 1 - Creating and Combining Views
Section 1 - Step 3: SwiftUI app 的启动
创建 app 之后第一件好奇的事情是,SwiftUI app 是怎么启动的。
教程示例 app 在 AppDelegate 中通过 application(_:configurationForConnecting:options)
返回了一个名为 “Default Configuration” 的 UISceneConfiguration
实例:
func application(
_ application: UIApplication,
configurationForConnecting connectingSceneSession: UISceneSession,
options: UIScene.ConnectionOptions) -> UISceneConfiguration
{
return UISceneConfiguration(name: "Default Configuration", sessionRole: connectingSceneSession.role)
}
这个名字的 Configuration 在 Info.plist 的 “UIApplicationSceneManifest -> UISceneConfigurations” 中进行了定义,指定了 Scene Session Delegate 类为 $(PRODUCT_MODULE_NAME).SceneDelegate
。这部分内容是 iOS 13 中新加入的通过 Scene 管理 app 生命周期的方式,以及多窗口支持部分所需要的代码。这部分不是我们今天的话题。在 app 完成启动后,控制权被交接给 SceneDelegate
,它的 scene(_:willConnectTo:options:)
将会被调用,进行 UI 的配置:
func scene(
_ scene: UIScene,
willConnectTo session: UISceneSession,
options connectionOptions: UIScene.ConnectionOptions)
{
let window = UIWindow(frame: UIScreen.main.bounds)
window.rootViewController = UIHostingController(rootView: ContentView())
self.window = window
window.makeKeyAndVisible()
}
这部分内容就是标准的 iOS app 启动流程了。UIHostingController
是一个 UIViewController
子类,它将负责接受一个 SwiftUI 的 View 描述并将其用 UIKit 进行渲染 (在 iOS 下的情况)。UIHostingController
就是一个普通的 UIViewController
,因此完全可以做到将 SwiftUI 创建的界面一点点集成到已有的 UIKit app 中,而并不需要从头开始就是基于 SwiftUI 的构建。
由于 Swift ABI 已经稳定,SwiftUI 是一个搭载在用户 iOS 系统上的 Swift 框架。因此它的最低支持的版本是 iOS 13,可能想要在实际项目中使用,还需要等待一两年时间。
Section 1 - Step 4: 关于 some View
struct ContentView: View {
var body: some View {
Text("Hello World")
}
}
一眼看上去可能会对 some
比较陌生,为了讲明白这件事,我们先从 View
说起。
View
是 SwiftUI 的一个最核心的协议,代表了一个屏幕上元素的描述。这个协议中含有一个 associatedtype:
public protocol View : _View {
associatedtype Body : View
var body: Self.Body { get }
}
这种带有 associatedtype 的协议不能作为类型来使用,而只能作为类型约束使用:
// Error
func createView() -> View {
}
// OK
func createView<T: View>() -> T {
}
这样一来,其实我们是不能写类似这种代码的:
// Error,含有 associatedtype 的 protocol View 只能作为类型约束使用
struct ContentView: View {
var body: View {
Text("Hello World")
}
}
想要 Swift 帮助自动推断出 View.Body
的类型的话,我们需要明确地指出 body
的真正的类型。在这里,body
的实际类型是 Text
:
struct ContentView: View {
var body: Text {
Text("Hello World")
}
}
当然我们可以明确指定出 body
的类型,但是这带来一些麻烦:
- 每次修改
body
的返回时我们都需要手动去更改相应的类型。 - 新建一个
View
的时候,我们都需要去考虑会是什么类型。 - 其实我们只关心返回的是不是一个
View
,而对实际上它是什么类型并不感兴趣。
some View
这种写法使用了 Swift 5.1 的 Opaque return types 特性。它向编译器作出保证,每次 body
得到的一定是某一个确定的,遵守 View
协议的类型,但是请编译器“网开一面”,不要再细究具体的类型。返回类型确定单一这个条件十分重要,比如,下面的代码也是无法通过的:
let someCondition: Bool
// Error: Function declares an opaque return type,
// but the return statements in its body do not have
// matching underlying types.
var body: some View {
if someCondition {
// 这个分支返回 Text
return Text("Hello World")
} else {
// 这个分支返回 Button,和 if 分支的类型不统一
return Button(action: {}) {
Text("Tap me")
}
}
}
这是一个编译期间的特性,在保证 associatedtype protocol 的功能的前提下,使用 some
可以抹消具体的类型。这个特性用在 SwiftUI 上简化了书写难度,让不同 View
声明的语法上更加统一。
Section 2 - Step 1: 预览 SwiftUI
SwiftUI 的 Preview 是 Apple 用来对标 RN 或者 Flutter 的 Hot Reloading 的开发工具。由于 IBDesignable 的性能上的惨痛教训,而且得益于 SwiftUI 经由 UIKit 的跨 Apple 平台的特性,Apple 这次选择了直接在 macOS 上进行渲染。因此,你需要使用搭载有 SwiftUI.framework 的 macOS 10.15 才能够看到 Xcode Previews 界面。
Xcode 将对代码进行静态分析 (得益于 SwiftSyntax 框架),找到所有遵守 PreviewProvider
协议的类型进行预览渲染。另外,你可以为这些预览提供合适的数据,这甚至可以让整个界面开发流程不需要实际运行 app 就能进行。
笔者自己尝试下来,这套开发方式带来的效率提升相比 Hot Reloading 要更大。Hot Reloading 需要你有一个大致界面和准备相应数据,然后运行 app,停在要开发的界面,再进行调整。如果数据状态发生变化,你还需要 restart app 才能反应。SwiftUI 的 Preview 相比起来,不需要运行 app 并且可以提供任何的 dummy 数据,在开发效率上更胜一筹。
经过短短一天的使用,Option + Command + P 这个刷新 preview 的快捷键已经深入到我的肌肉记忆中了。
Section 3 - Step 5: 关于 ViewBuilder
创建 Stack 的语法很有趣:
VStack(alignment: .leading) {
Text("Turtle Rock")
.font(.title)
Text("Joshua Tree National Park")
.font(.subheadline)
}
一开始看起来好像我们给出了两个 Text
,似乎是构成的是一个类似数组形式的 [View]
,但实际上并不是这么一回事。这里调用了 VStack
类型的初始化方法:
public struct VStack<Content> where Content : View {
init(
alignment: HorizontalAlignment = .center,
spacing: Length? = nil,
content: () -> Content)
}
前面的 alignment
和 spacing
没啥好说,最后一个 content
比较有意思。看签名的话,它是一个 () -> Content
类型,但是我们在创建这个 VStack
时所提供的代码只是简单列举了两个 Text
,而并没有实际返回一个可用的 Content
。
这里使用了 Swift 5.1 的另一个新特性:Funtion builders。如果你实际观察 VStack
的这个初始化方法的签名,会发现 content
前面其实有一个 @ViewBuilder
标记:
init(
alignment: HorizontalAlignment = .center,
spacing: Length? = nil,
@ViewBuilder content: () -> Content)
而 ViewBuilder
则是一个由 @_functionBuilder
进行标记的 struct:
@_functionBuilder public struct ViewBuilder { /* */ }
使用 @_functionBuilder
进行标记的类型 (这里的 ViewBuilder
),可以被用来对其他内容进行标记 (这里用 @ViewBuilder
对 content
进行标记)。被用 function builder 标记过的 ViewBuilder
标记以后,content
这个输入的 function 在被使用前,会按照 ViewBuilder
中合适的 buildBlock
进行 build 后再使用。如果你阅读 ViewBuilder
的文档,会发现有很多接受不同个数参数的 buildBlock
方法,它们将负责把闭包中一一列举的 Text
和其他可能的 View
转换为一个 TupleView
,并返回。由此,content
的签名 () -> Content
可以得到满足。
实际上构建这个 VStack
的代码会被转换为类似下面这样:
// 等效伪代码,不能实际编译。
VStack(alignment: .leading) { viewBuilder -> Content in
let text1 = Text("Turtle Rock").font(.title)
let text2 = Text("Joshua Tree National Park").font(.subheadline)
return viewBuilder.buildBlock(text1, text2)
}
当然这种基于 funtion builder 的方式是有一定限制的。比如 ViewBuilder
就只实现了最多十个参数的 buildBlock
,因此如果你在一个 VStack
中放超过十个 View
的话,编译器就会不太高兴。不过对于正常的 UI 构建,十个参数应该足够了。如果还不行的话,你也可以考虑直接使用 TupleView
来用多元组的方式合并 View
:
TupleView<(Text, Text)>(
(Text("Hello"), Text("Hello"))
)
除了按顺序接受和构建 View
的 buildBlock
以外,ViewBuilder
还实现了两个特殊的方法:buildEither
和 buildIf
。它们分别对应 block 中的 if...else
的语法和 if
的语法。也就是说,你可以在 VStack
里写这样的代码:
var someCondition: Bool
VStack(alignment: .leading) {
Text("Turtle Rock")
.font(.title)
Text("Joshua Tree National Park")
.font(.subheadline)
if someCondition {
Text("Condition")
} else {
Text("Not Condition")
}
}
其他的命令式的代码在 VStack
的 content
闭包里是不被接受的,下面这样也不行:
VStack(alignment: .leading) {
// let 语句无法通过 function builder 创建合适的输出
let someCondition = model.condition
if someCondition {
Text("Condition")
} else {
Text("Not Condition")
}
}
到目前为止,只有以下三种写法能被接受 (有可能随着 SwiftUI 的发展出现别的可接受写法):
- 结果为
View
的语句 -
if
语句 -
if...else...
语句
Section 4 - Step 7: 链式调用修改 View 的属性
教程到这一步的话,相信大家已经对 SwiftUI 的超强表达能力有所感悟了。
var body: some View {
Image("turtlerock")
.clipShape(Circle())
.overlay(
Circle().stroke(Color.white, lineWidth: 4))
.shadow(radius: 10)
}
可以试想一下,在 UIKit 中要动手撸一个这个效果的困难程度。我大概可以保证,99% 的开发者很难在不借助文档或者 copy paste 的前提下完成这些事情,但是在 SwiftUI 中简直信手拈来。在创建 View
之后,用链式调用的方式,可以将 View
转换为一个含有变更后内容的对象。这么说比较抽象,我们可以来看一个具体的例子。比如简化一下上面的代码:
let image: Image = Image("turtlerock")
let modified: _ModifiedContent<Image, _ShadowEffect> = image.shadow(radius: 10)
image
通过一个 .shadow
的 modifier,modified
变量的类型将转变为 _ModifiedContent<Image, _ShadowEffect>
。如果你查看 View
上的 shadow
的定义,它是这样的:
extension View {
func shadow(
color: Color = Color(.sRGBLinear, white: 0, opacity: 0.33),
radius: Length, x: Length = 0, y: Length = 0)
-> Self.Modified<_ShadowEffect>
}
Modified
是 View
上的一个 typealias,在 struct Image: View
的实现里,我们有:
public typealias Modified<T> = _ModifiedContent<Self, T>
_ModifiedContent
是一个 SwiftUI 的私有类型,它存储了待变更的内容,以及用来实施变更的 Modifier
:
struct _ModifiedContent<Content, Modifier> {
var content: Content
var modifier: Modifier
}
在 Content
遵守 View
,Modifier
遵守 ViewModifier
的情况下,_ModifiedContent
也将遵守 View
,这是我们能够通过 View
的各个 modifier extension 进行链式调用的基础:
extension _ModifiedContent : _View
where Content : View, Modifier : ViewModifier
{
}
在 shadow
的例子中,SwiftUI 内部会使用 _ShadowEffect
这个 ViewModifier
,并把 image
自身和 _ShadowEffect
实例存放到 _ModifiedContent
里。不论是 image 还是 modifier,都只是对未来实际视图的描述,而不是直接对渲染进行的操作。在最终渲染前,ViewModifier
的 body(content: Self.Content) -> Self.Body
将被调用,以给出最终渲染层所需要的各个属性。
更具体来说,
_ShadowEffect
是一个满足EnvironmentalModifier
协议的类型,这个协议要求在使用前根据使用环境将自身解析为具体的 modifier。
其他的几个修改 View 属性的链式调用与 shadow
的原理几乎一致。
小结
上面是对 SwiftUI 教程的第一部分进行的一些说明,在之后的一篇文章里,我会对剩余的几个教程中有意思的部分再做些解释。
虽然公开还只有一天,但是 SwiftUI 已经经常被用来和 Flutter 等框架进行比较。试用下来,在 view 的描述表现力上和与 app 的结合方面,SwiftUI 要胜过 Flutter 和 Dart 的组合很多。Swift 虽然开源了,但是 Apple 对它的掌控并没有减弱。Swift 5.1 的很多特性几乎可以说都是为了 SwiftUI 量身定制的,我们已经在本文中看到了一些例子,比如 Opaque return types 和 Function builder 等。在接下来对后面几个教程的解读中,我们还会看到更多这方面的内容。
另外,Apple 在背后使用 Combine.framework 这个响应式编程框架来对 SwiftUI.framework 进行驱动和数据绑定,相比于现有的 RxSwift/RxCocoa 或者是 ReactiveSwift 的方案来说,得到了语言和编译器层级的大力支持。如果有机会,我想我也会对这方面的内容进行一些探索和介绍。