干货 | 关于SwiftUI，看这一篇就够了

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 : 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 {  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//Passes a single view written as a child view through unmodified.
static func buildBlock(C0, C1) -> TupleView<(C0, C1)>static func buildBlock(C0, C1, C2) -> TupleView<(C0, C1, C2)>static func buildBlock(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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