干货 | 关于SwiftUI,看这一篇就够了

原创: 梁启健 携程技术中心
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作者简介

梁启健,携程金融支付中心开发工程师,主要负责支付iOS端的开发与优化工作,喜欢研究大前端和跨平台技术。


SwiftUI是一种新颖的构建UI方式和全新的编码风格,本文以通俗易懂的语言,从Swift 5.1语法新特性和SwiftUI的优势方面进行分享,希望对热爱移动端的同学有一定的帮助,让大家尽可能快速、全面和透彻地理解SwiftUI。


一、背景



苹果于2019年度WWDC全球开发者大会上,发布了基于Swift建立的声明式框架--SwiftUI,其可以用于watchOS、tvOS、macOS等苹果旗下产品的应用开发,统一了苹果平台的UI框架。


正如官网所言Better apps. Less code:用更少的代码构建更好的应用。目前想要体验SwiftUI,需要以下的准备:Xcode 11 beta和macOS Mojave or Higher,如果想要体验实时预览和完整的Xcode 11功能,需要macOS 10.15 beta。 


本文主要从以下三个方面讲述SwiftUI的特性:


  • 从代码层面理解Swift 5.1新语法的底层实现;

  • 从数据流方面阐述SwiftUI的黑魔法;

  • 从布局原理层面阐述SwiftUI组件化的优势;


二、SwiftUI的特性



本节对Opaque Result Type, PropertyDelegate, FunctionBuilder三个语法新特性进行讲解,结合部分伪代码和数据流分析,由浅入深地理解,其在SwiftUI中的作用。


2.1 Opaque Result Type


新建一个SwiftUI的新项目,会出现如下代码:一个Text展示在body中。


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


对于some View的出现,大家可能会觉得很突兀。一般情况下,闭包中返回的类型应该是用来指定body的类型,如下代码所示,如果闭包中只有一个Text,那么body的类型应该就是Text。


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


然而,很多时候在UI布局中是确定不了闭包中的具体类型,有可能是Text、Button、List等,为了解决这一问题,就产生了Opaque Result Type。 


其实View是SwiftUI一个核心的协议,代表了闭包中元素描述。如下代码所示,其是通过一个associatedtype修饰的,带有这种修饰的协议不能作为类型来使用,只能作为类型约束来使用。


通过Some View的修饰,其向编译器保证:每次闭包中返回的一定是一个确定,而且遵守View协议的类型,不要去关心到底是哪种类型。这样的设计,为开发者提供了一个灵活的开发模式,抹掉了具体的类型,不需要修改公共API来确定每次闭包的返回类型,也降低了代码书写难度。


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


2.2 PropertyDelegate


复杂的UI结构一直是前端布局的痛点,每次用户交互或者数据发生改变,都需要及时更新UI,否则会引起某些显示问题。但是,在SwiftUI里面,视图中声明的任何状态、内容和布局,源头一旦发生改变,会自动更新视图,因此,只需要一次布局。在属性前面加上@State关键词,即可实现每次数据改动,UI动态更新的效果。


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


上述代码中,一个@State关键词继承了DynamicViewProperty和BindingConvertible,BindingConvertible是对属性值的绑定,DynamicViewProperty是动态绑定了View和属性。


也就是说,声明一个属性时,SwiftUI会将当前属性的状态与对应视图的绑定,当属性的状态发生改变的时候,当前视图会销毁以前的状态并及时更新,下面具体分析一下这个过程。一般情况下实现一个String属性的初始化,代码如下:


public struct MyValue {     var myValueStorage: String? = nil

public var myValue: String { get { myValue = myValueStorage return myValueStorage } set { myValueStorage = newValue } } }


如果代码中有很多这样的属性,而且对某些属性进行特定的处理,上面的写法无疑会产生很多冗余。属性代理(propertyDelegate)的出现就是解决这个问题的,属性代理是一个泛型类型,不同类型的属性都能够通过该属性代理进行特定的处理:


@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) // 建立视图与数据依赖关系      return value    }    set {      if(storage != newValue){        storage = newValue        notify(to: swiftui) // 通知 SwiftUI 数据有变化      }    }  }}



上述代码的功能如上图所示。通过@propertyDelegate的修饰,能够解决不同类型的value进行特定的处理;上述包装的方法,能够建立视图与数据之间的关系,并且会判断在属性值发生变化的情况下,通知SwiftUI刷新视图,编译器能够为String类型的myValue生成如下的代码,经过修饰后的代码看起来很简洁。


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


接下来,我们看一下@State的源码:


@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(一种属性装饰语法糖)来修饰State,内部实现的大概就是在属性Get、Set的时候,将部分可复用的代码包装起来,上文中说的“属性代理是一个泛型类型”正能够高效的实现这部分功能。


@State内部是在Get的时候建立数据源与视图的关系,并且返回当前的数据引用,使视图能够获取,在Set方法中会监听数据发生变化、会通知SwiftUI重新获取视图body,再通过Function Builders方法重构UI,绘制界面,在绘制过程中会自动比较视图中各个属性是否有变化,如果发生变化,便会更新对应的视图,避免全局绘制,资源浪费。


通过这种编程模式,SwiftUI帮助开发者建立了各种视图和数据的连接,并且处理两者之间的关系,开发者仅需要关注业务逻辑,其官方的数据结构图如下:  



用户交互过程中,会产生一个用户的action,从上图可以看出,在SwiftUI中数据的流转过程如下:


  • 该行为触发数据改变,并通过@State数据源进行包装;

  • @State检测到数据变化,触发视图重绘;

  • SwiftUI内部按上述所说的逻辑,判断对应视图是否需要更新UI,最终再次呈现给用户,等待交互;


以上就是SwiftUI的交互流程,其每一个节点之间的数据流转都是单向、独立的,无论应用程序的逻辑变得多么复杂,该模式与Flux和Redux架构的数据模式相类似。


内部由无数这样的单向数据流组合而成,每个数据流都遵循相应的规范,这样开发者在排查问题的时候,不需要再去找所有与该数据相关的界面进行排查,只需要找到相应逻辑的数据流,分析数据在流程中运转是否正常即可。 


不同场景中,SwiftUI提供了不同的关键词,其实现原理上如上文所示:


  • @State - 视图和数据存在依赖,数据变化要同步到视图;

  • @Binding - 父子视图直接有数据的依赖,数据变化要同步到父子视图;

  • @BindableObject - 外部数据结构与SwiftUI建立数据存在依赖;

  • @EnvironmentObject - 跨组件快速访问全局数据源;


以上特性的实现是基于Swift的Combine框架,下面简单介绍一下。该框架有两个非常重要的概念,观察者模式和响应式编程。


观察者模式是描述一对多关系:一个对象发生改变时将自动通知其他对象,其他对象将相应做出反应。这两类对象分别被称为被观察目标和观察者,一个观察目标可以对应多个观察者,观察者可以订阅它们感兴趣的内容,这也就是文中关键词@State的实现来源,将属性作为观察目标,观察者是存在该属性的多个View。


响应式编程的核心是面向异步数据流和变化的,响应式编程将所有事件转成为异步的数据流,更加方便的对这些数据流进行组合变换,最终只需要监听数据流的变化并做出处理即可,因此在SwiftUI中处理用户交互和响应等非常简洁。


2.3 FunctionBuilder


在认识FunctionBuilder之前,必须先了解一下ViewBuilder,其是用 @_functionBuilder来修饰的,编译器会使用。并且对它所包含的方法有一定要求,其隐藏在各个容器类型的最后一个闭包参数中。下面具体介绍所谓的“要求”。 


在组合视图中,闭包中会处理大量的UI组件,FunctionBuilder是通过闭包建立样式,将闭包中的UI描述传递给专门的构造器,提供了类似DSL的开发模式。如下实现一个简单的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的初始化代码,如下所示:其最后的content是用ViewBuilder进行修饰的,也就是通过functionBuilder对闭包表达式进行了特殊处理,最终构造出视图。


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


如果没有FunctionBuilder这一新特性,那么开发者必须对容器视图进行管理,以HStack为例(如下代码所示)。若存在大量的表达式,无疑会让开发者感觉到头疼,而且代码也会很杂乱,结构也不够清晰。


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修饰的内容,均会实现一个构造器,构造器的功能如上述代码所示。构建器声明几种buildBlock方法用来构造视图,这几种方法能够满足各种各样的闭包表达式。下面是SwiftUI的ViewBuilder几种方法:


Building Blocksstatic 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修饰的content,content在调用的时候,会按照上述合适的buildBlock进行构建视图,将闭包中出现的Text或者其他的组件build成一个TupleView,并且返回。


但是,@_functionBuilder也存在一定局限性,ViewBuilder的buildBlock最多传入十个参数,也就是布局中最多只能有十个View;如果超过十个View,可以考虑使用TupleView来用多元的方式合并View。 


作为SwiftUI的新特点之一,FunctionBuilder倾向于目前流行的编程方式,开发者能够使用基于DSL的架构,像SwiftUI,而不用去考虑具体的实现细节,因为构建器实现的就是一个DSL本身。


三、Components



本节通过DSL视图的分析,分析SwfitUI在布局上的特点,以及利用该特点在组件化过程中的优势。


目前,组件化编程是主流的开发方式,SwfitUI带来了全新的功能--可以构建可重用的组件,采用了声明式编程思想。将单一、简单的响应视图组合到繁琐、复杂的视图中去,而且在Apple的任何平台上都能使用该组件,达到了跨平台(仅限苹果设备)的效果。按照用途大概能够分为基础组件、布局组件和功能组件。


更多的组件详见 example link 。


下面以一个Button为例子:


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)    }}


其中包含了一个Button,其父视图是一个ContenView,其实ContenView还会被一个RootView包含起来,RootView是SwiftUI在Window上创建出来了。通过简单的几行代码,设置了按钮的点击事件,样式和文案。


其视图DSL结构如下图所示,SwiftUI会直接读取 DSL内部描述信息并收集起来,然后转换成基本的图形单元,最终交给底层Metal或OpenGL渲染出来。


通过该结构发现,与UIKit的布局结构有很大的不同,像按钮的一些属性background、padding、cornerRadius等不应该出现在视图主结构中,应该出现在Button视图的结构中。


因为,在 SwiftUI中这些属性的设置在内部都会用一个View来承载,然后在布局的时候就会按照上面示例的布局流程,一层层View的计算布局下来,这样做的优点是:方便底层在设计渲染函数时更容易做到monomorphic call,省去无用的分支判断,提高效率。



同时SwiftUI中也是支持frame设定,但也不会像UIKit中那样作用于当前元素,在内部也是形成一个虚拟的View来承载frame设定,在布局过程中进行frame计算最终显示出想要的结果。


总之在SwiftUI中给一个View设置属性,已经不是为当前元素提供约束,而是用一系列容器来包含当前元素,为后续布局计算做准备。


SwiftUI的界面不再像UIKit那样,用ViewController 承载各种UIVew控件,而是一切皆View,所以可以把View切分成各种细致化的组件,然后通过组合的方式拼装成最终的界面,这种视图的拼装方式提高了界面开发的灵活性和复用性。因此,视图组件化是SwiftUI很大的亮点。


四、See it live in Xcode



SwiftUI的Preview是Apple的一大突破,类似RN、Flutter的Hot Reloading。Apple选择了直接在macOS上进行渲染,不过需要搭载有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。在Xcode 11中提供了实时预览和静态预览两项功能,实时预览:代码的修改能够实时呈现在Xcode的预览窗口中;此外,Xcdoe还提供了快捷功能,通过command+鼠标点击组件,可以快速、方便地添加组件和设置组件属性。


五、畅想



  • SwiftUI不仅为Apple的平台带来了一种新的构建UI的方式,还有全新的Swift编码风格;

  • 可以推断出:SwiftUI会出现很多组件库,方便前端开发;

  • 支持热更新,这一点可能让更多的开发者拥抱SwiftUI;

  • 虽然SwiftUI优点很多,但是其使用的门槛很高,只能在iOS 13以上的系统使用;仅这点,很多公司和开发者望而却步,目前主流应用最低支持iOS 9,至少3年之内,SwiftUI只能作为一个理论的知识储备,所以其还有很长的路要走;

  • SwiftUI这种与平台无关、纯描述的UI框架,恰恰是跨平台方案的正确方向,将来其能否统一整个大前端呢?这点非常值得期待;


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