Swift进阶（十四）高级运算符

溢出运算符（Overflow Operator）

• Swift的算术运算符出现溢出时会抛出运行时错误
• Swift有溢出运算符（&+ &- &*），用来支持溢出运算
  我们先来看一下UInt8 和 Int8的最大值和最小值

print(Int8.min) // -128
print(Int8.max) // 127
print(UInt8.min) // 0
print(UInt8.max) // 255

image.png

其实溢出运算符就像是一个循环（苹果官方给出的图）：

image.png

我们先看一下如果不使用溢出运算符，溢出之后会怎样:

image.png

可以看到，如果不使用溢出运算符，数据溢出之后会直接崩溃。
下面我们来使用一下溢出运算符：

var min = UInt8.min
print(min &- 1)
/*输出结果*/
255

var max = UInt8.max
print(max &+ 1)
/*输出结果*/
0

print(max &* 2) // 等价于 max &+ max
/*输出结果*/
254

可以看到，最小值再减一就是最大值，最大值再加一就是最小值，这刚好就是一个循环。

运算符重载（OPerator Overload）

• 类、结构体、枚举可以为现有的运算符提供自定义的实现，这个操作叫做：运算符重载
  下面以结构体为例：

struct Point {
    var x: Int, y: Int
}

我们知道直接将两个结构体相加是不可以的，那么我们如何通过运算符重载来实现两个结构体相加呢？方法如下:

• 方法一： 直接在外面重载运算符

func +(p1: Point, p2: Point) -> Point {
    Point(x: p1.x + p2.x, y: p1.y + p2.y)
}
let p = Point(x: 10, y: 20) + Point(x: 11, y: 22)
print(p)
/*输出结果*/
Point(x: 21, y: 42)

• 方法二：在结构体内部重载运算符
  在这里要注意，在结构体内部重载运算符，必须加上static
  
  image.png

struct Point {
    var x: Int, y: Int
    static func + (p1: Point, p2: Point) -> Point {
        Point(x: p1.x + p2.x, y: p1.y + p2.y)
    }
}

一般情况下，建议使用第二种方法来重载运算符
我们再来重载一下其他的运算符：

struct Point {
    var x: Int, y: Int
    static func + (p1: Point, p2: Point) -> Point {
        Point(x: p1.x + p2.x, y: p1.y + p2.y)
    }
    static func - (p1: Point, p2: Point) -> Point {
        Point(x: p1.x - p2.x, y: p1.y - p2.y)
    }
    static func += (p1: inout Point, p2: Point) {
        p1 = p1 + p2
    }
    
    // 前缀运算符
    static prefix func ++ (p: inout Point) -> Point {
        p += Point(x: 1, y: 1)
        return p
    }
    
    // 后缀运算符
    static postfix func ++ (p: inout Point) -> Point {
        let tmp = p
        p += Point(x: 1, y: 1)
        return tmp
    }
    
    static func == (p1: Point, p2: Point) -> Bool {
        (p1.x == p2.x) && (p1.y == p2.y)
    }
}

Equatable

• 要想知道两个实例是否等价，一般做法是遵守Equatable协议，重载==运算符；与此同时，等价于重载了!=运算符
  我们来看一下Equatable的定义：

public protocol Equatable {

    /// Returns a Boolean value indicating whether two values are equal.
    ///
    /// Equality is the inverse of inequality. For any values `a` and `b`,
    /// `a == b` implies that `a != b` is `false`.
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - lhs: A value to compare.
    ///   - rhs: Another value to compare.
    static func == (lhs: Self, rhs: Self) -> Bool
}

下面我们自定义一个类，来遵守以下Equatable协议

class Person: Equatable {
    var age: Int
    init(_ age: Int) {
        self.age = age
    }
    
    static func == (lhs: Person, rhs: Person) -> Bool {
        lhs.age == rhs.age
    }
}

这里大家可能会有一个疑问，我直接重加==运算符就可以了，为什么还要遵守Equatable协议呢？
其实，只是单纯的重载==运算符，确实是没什么区别。可是遵守Equatable协议是有一定的含义的：
① 可以明确的高速使用者，当前类(或者 结构体 枚举) 是可以使用==运算符的。
② 我们再上一篇文章Swift进阶（十三）泛型中讲过，关联类型类型必须遵守Equatable协议，如果想被关联，那就要遵守。
③ 在定义泛型函数，来比较两个对象是否相等时，泛型要遵守Equatable协议，否则会报错，因为泛型可以是任意类型，如果没有遵守Equatable协议，那就可能没有==运算符：

image.png

func equal(_ a: T, _ b: T) -> Bool {
    a == b
}
equal(Person(10), Person(20))

• Swift 为以下类型提供默认的Equatable实现
  ① 没有关联类型的枚举
  ② 只拥有遵守Equatable协议关联类型的枚举
  ③ 只拥有遵守Equatable协议存储属性的结构体

• 引用类型比较存储的地址值是否相等（是否引用着同一个对象），使用恒等运算符===、!==，注意此时不用去遵守Equatable协议`

class Person {
    var age: Int
    init(_ age: Int) {
        self.age = age
    }
}

var p1 = Person(10)
var p2 = Person(10)
print(p1 === p2) // false

p2 = p1
print(p1 === p2) // true

Comparable

• 要想比较两个实例的大小，一般做法是：
  □ 遵守Comparable协议
  □ 重载相应的运算符
  先来看一下Comparable协议：

public protocol Comparable : Equatable {

    /// Returns a Boolean value indicating whether the value of the first
    /// argument is less than that of the second argument.
    ///
    /// This function is the only requirement of the `Comparable` protocol. The
    /// remainder of the relational operator functions are implemented by the
    /// standard library for any type that conforms to `Comparable`.
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - lhs: A value to compare.
    ///   - rhs: Another value to compare.
    static func < (lhs: Self, rhs: Self) -> Bool

    /// Returns a Boolean value indicating whether the value of the first
    /// argument is less than or equal to that of the second argument.
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - lhs: A value to compare.
    ///   - rhs: Another value to compare.
    static func <= (lhs: Self, rhs: Self) -> Bool

    /// Returns a Boolean value indicating whether the value of the first
    /// argument is greater than or equal to that of the second argument.
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - lhs: A value to compare.
    ///   - rhs: Another value to compare.
    static func >= (lhs: Self, rhs: Self) -> Bool

    /// Returns a Boolean value indicating whether the value of the first
    /// argument is greater than that of the second argument.
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - lhs: A value to compare.
    ///   - rhs: Another value to compare.
    static func > (lhs: Self, rhs: Self) -> Bool
}

会发现Comparable协议有四个重载运算符，下面我们来实现以下：

// score大的比较大，若score相等，age小的比较大
struct Student: Comparable {
    var age: Int
    var score: Int
    init(_ age: Int, _ score: Int) {
        self.age = age
        self.score = score
    }
    static func < (lhs: Student, rhs: Student) -> Bool {
        (lhs.score < rhs.score) || (lhs.score == rhs.score && lhs.age > rhs.age)
    }
    static func > (lhs: Student, rhs: Student) -> Bool {
        (lhs.score > rhs.score) || (lhs.score == rhs.score && lhs.age < rhs.age)
    }
    static func <= (lhs: Student, rhs: Student) -> Bool {
        !(lhs > rhs)
    }
    static func >= (lhs: Student, rhs: Student) -> Bool {
        !(lhs < rhs)
    }
}
var s1 = Student(age: 10, score: 100)
var s2 = Student(age: 10, score: 120)
var s3 = Student(age: 9, score: 110)

print(s1 > s2)  // false
print(s1 >= s2) // false
print(s1 >= s3) // false
print(s1 <= s3) // true

自定义运算符（Custom OPerator）

• 可以自定义新的运算符：在使用operator进行声明
  □ prefix operator 前缀运算符
  □ postfix operator 后缀运算符
  □ infix operator 中缀运算符 : 优先级组

precedencegroup 优先级组 {
    associativity: 结合性（'left'、'right'、'none'），表示运算符运算的方向，或者不允许多个一起使用
    higherThan: 比谁的优先级高
    lowerThan: 比谁的优先级底
    assignment: true 代表在'可选链操作中'，拥有和'赋值运算符'一样的优先级
}

precedencegroup MyOperator {
    associativity: none
    higherThan: AdditionPrecedence
    lowerThan: MultiplicationPrecedence
    assignment: true
}

prefix operator +++
infix operator +- : MyOperator

struct Point {
    var x: Int
    var y: Int
    static prefix func +++ (point: inout Point) -> Point {
        point = Point(x: point.x + point.x, y: point.y + point.y)
        return point
    }
    
    static func +- (p1: Point, p2: Point) -> Point {
        return Point(x: p1.x + p2.x, y: p1.y - p2.y)
    }
    
    static func +- (p1: Point?, p2: Point) ->Point {
        return Point(x: p1?.x ?? 0 + p2.x, y: p1?.y ?? 0 - p2.y)
    }
}

struct Person {
    var point: Point
}
var person: Person? = Person(point: Point(x: 10, y: 20))
person?.point +- Point(x: 11, y: 22)

• 这里解释一下优先级组里面的assignment是什么意思：
  □ assignment为true时表示：在'可选链操作中'，拥有和'赋值运算符'一样的优先级。
  什么意思呢？
  首先在Swift进阶（十）可选链中我们讲过，如果可选项为nil时，等号后面的函数（也可以是别的）就不会执行。
  那么在上面的例子中，person?.point +- Point(x: 11, y: 22)这句代码表示：如果person为nil，Point(x: 11, y: 22)就不会执行，不会去初始化一个Point对象。

• 注意：
  □ 优先级组的名字是自己定义的；
  □ 优先级组的参数要严格按照苹果的文档来设置。

苹果参考文档：
https://developer.apple.com/documentation/swift/swift_standard_library/operator_declarations