不透明类型

    举个例子，假设你正在写一个模块，用来绘制 ASCII 符号构成的几何图形。它的基本特征是有一个 方法，会返回一个代表最终几何图形的字符串，你可以用包含这个方法的 Shape 协议来描述：

    你可以利用泛型来实现垂直翻转之类的操作，就像下面这样。然而，这种方式有一个很大的局限：翻转操作的结果会暴露我们用于构造结果的泛型类型：

    1. struct FlippedShape<T: Shape>: Shape {
    2.     var shape: T
    3.     func draw() -> String {
    4.         let lines = shape.draw().split(separator: "\n")
    5.         return lines.reversed().joined(separator: "\n")
    6.     }
    7. }
    8. let flippedTriangle = FlippedShape(shape: smallTriangle)
    9. print(flippedTriangle.draw())
    10. // ***
    11. // **
    12. // *

    如下方代码所示，用同样的方式定义了一个 JoinedShape<T: Shape, U: Shape> 结构体，能将几何图形垂直拼接起来。如果拼接一个翻转三角形和一个普通三角形，它就会得到类似于 JoinedShape<FlippedShape<Triangle>, Triangle> 这样的类型。

    1. struct JoinedShape<T: Shape, U: Shape>: Shape {
    2.     var top: T
    3.     var bottom: U
    4.     func draw() -> String {
    5.         return top.draw() + "\n" + bottom.draw()
    6.     }
    7. }
    8. let joinedTriangles = JoinedShape(top: smallTriangle, bottom: flippedTriangle)
    9. print(joinedTriangles.draw())
    10. // *
    11. // **
    12. // ***
    13. // ***
    14. // **
    15. // *

    暴露构造所用的具体类型会造成类型信息的泄露，因为 ASCII 几何图形模块的部分公开接口必须声明完整的返回类型，而实际上这些类型信息并不应该被公开声明。输出同一种几何图形，模块内部可能有多种实现方式，而外部使用时，应该与内部各种变换顺序的实现逻辑无关。诸如 JoinedShape 和 FlippedShape 这样包装后的类型，模块使用者并不关心，它们也不应该可见。模块的公开接口应该由拼接、翻转等基础操作组成，这些操作也应该返回独立的 Shape 类型的值。

    你可以认为不透明类型和泛型相反。泛型允许调用一个方法时，为这个方法的形参和返回值指定一个与实现无关的类型。举个例子，下面这个函数的返回值类型就由它的调用者决定：

    1. func max<T>(_ x: T, _ y: T) -> T where T: Comparable { ... }

    x 和 y 的值由调用 max(_:_:) 的代码决定，而它们的类型决定了 T 的具体类型。调用代码可以使用任何遵循了 Comparable 协议的类型，函数内部也要以一种通用的方式来写代码，才能应对调用者传入的各种类型。max(_:_:) 的实现就只使用了所有遵循 Comparable 协议的类型共有的特性。

    而在返回不透明类型的函数中，上述角色发生了互换。不透明类型允许函数实现时，选择一个与调用代码无关的返回类型。比如，下面的例子返回了一个梯形，却没直接输出梯形的底层类型：

    1. struct Square: Shape {
    2.     var size: Int
    3.     func draw() -> String {
    4.         let result = Array<String>(repeating: line, count: size)
    5.         return result.joined(separator: "\n")
    6.     }
    7. }
    9. func makeTrapezoid() -> some Shape {
    10.     let top = Triangle(size: 2)
    11.     let middle = Square(size: 2)
    12.     let bottom = FlippedShape(shape: top)
    13.     let trapezoid = JoinedShape(
    14.         top: top,
    15.         bottom: JoinedShape(top: middle, bottom: bottom)
    16.     )
    17.     return trapezoid
    19. let trapezoid = makeTrapezoid()
    20. print(trapezoid.draw())
    21. // *
    22. // **
    23. // **
    24. // **
    25. // **
    26. // *

    这个例子中，makeTrapezoid() 函数将返回值类型定义为 some Shape；因此，该函数返回遵循 Shape 协议的给定类型，而不需指定任何具体类型。这样写 makeTrapezoid() 函数可以表明它公共接口的基本性质 —— 返回的是一个几何图形 —— 而不是部分的公共接口生成的特殊类型。上述实现过程中使用了两个三角形和一个正方形，还可以用其他多种方式重写画梯形的函数，都不必改变返回类型。

    你也可以将不透明返回类型和泛型结合起来，下面的两个泛型函数也都返回了遵循 Shape 协议的不透明类型。

    这个例子中 opaqueJoinedTriangles 的值和前文 不透明类型解决的问题 中关于泛型的那个例子中的 joinedTriangles 完全一样。不过和前文不一样的是，flip(-:) 和 join(-:-:) 将对泛型参数的操作后的返回结果包装成了不透明类型，这样保证了在结果中泛型参数类型不可见。两个函数都是泛型函数，因为他们都依赖于泛型参数，而泛型参数又将 FlippedShape 和 JoinedShape 所需要的类型信息传递给它们。

    如果函数中有多个地方返回了不透明类型，那么所有可能的返回值都必须是同一类型。即使对于泛型函数，不透明返回类型可以使用泛型参数，但仍需保证返回类型唯一。比如，下面就是一个非法示例 —— 包含针对 Square 类型进行特殊处理的翻转函数。

    1. func invalidFlip<T: Shape>(_ shape: T) -> some Shape {
    2.     if shape is Square {
    3.         return shape // 错误：返回类型不一致
    4.     }
    5.     return FlippedShape(shape: shape) // 错误：返回类型不一致
    6. }

    如果你调用这个函数时传入一个 Square 类型，那么它会返回 Square 类型；否则，它会返回一个 FlippedShape 类型。这违反了返回值类型唯一的要求，所以 invalidFlip(_:) 不正确。修正 invalidFlip(_:) 的方法之一就是将针对 Square 的特殊处理移入到 FlippedShape 的实现中去，这样就能保证这个函数始终返回 FlippedShape：

    1. struct FlippedShape<T: Shape>: Shape {
    2.     var shape: T
    3.     func draw() -> String {
    4.         if shape is Square {
    5.             return shape.draw()
    6.         let lines = shape.draw().split(separator: "\n")
    7.         return lines.reversed().joined(separator: "\n")
    8.     }
    9. }

    返回类型始终唯一的要求，并不会影响在返回的不透明类型中使用泛型。比如下面的函数，就是在返回的底层类型中使用了泛型参数：

    1. func `repeat`<T: Shape>(shape: T, count: Int) -> some Collection {
    2.     return Array<T>(repeating: shape, count: count)
    3. }

    这种情况下，返回的底层类型会根据 T 的不同而发生变化：但无论什么形状被传入，repeat(shape:count:) 都会创建并返回一个元素为相应形状的数组。尽管如此，返回值始终还是同样的底层类型 [T]， 所以这符合不透明返回类型始终唯一的要求。

    虽然使用不透明类型作为函数返回值，看起来和返回协议类型非常相似，但这两者有一个主要区别，就在于是否需要保证类型一致性。一个不透明类型只能对应一个具体的类型，即便函数调用者并不能知道是哪一种类型；协议类型可以同时对应多个类型，只要它们都遵循同一协议。总的来说，协议类型更具灵活性，底层类型可以存储更多样的值，而不透明类型对这些底层类型有更强的限定。

    比如，这是 flip(_:) 方法不采用不透明类型，而采用返回协议类型的版本：

    1. func protoFlip<T: Shape>(_ shape: T) -> Shape {
    2.     return FlippedShape(shape: shape)
    3. }

    修改后的代码根据代表形状的参数的不同，可能返回 Square 实例或者 FlippedShape 实例，所以同样的函数可能返回完全不同的两个类型。当翻转相同形状的多个实例时，此函数的其他有效版本也可能返回完全不同类型的结果。protoFlip(_:) 返回类型的不确定性，意味着很多依赖返回类型信息的操作也无法执行了。举个例子，这个函数的返回结果就不能用 == 运算符进行比较了。

    1. let protoFlippedTriangle = protoFlip(smallTriangle)
    2. let sameThing = protoFlip(smallTriangle)
    3. protoFlippedTriangle == sameThing  // 错误

    上面的例子中，最后一行的错误来源于多个原因。最直接的问题在于，Shape 协议中并没有包含对 == 运算符的声明。如果你尝试加上这个声明，那么你会遇到新的问题，就是 == 运算符需要知道左右两侧参数的类型。这类运算符通常会使用 Self 类型作为参数，用来匹配符合协议的具体类型，但是由于将协议当成类型使用时会发生类型擦除，所以并不能给协议加上对 Self 的实现要求。

    将协议类型作为函数的返回类型能更加灵活，函数只要返回遵循协议的类型即可。然而，更具灵活性导致牺牲了对返回值执行某些操作的能力。上面的例子就说明了为什么不能使用 == 运算符 —— 它依赖于具体的类型信息，而这正是使用协议类型所无法提供的。

    这种方法的另一个问题在于，变换形状的操作不能嵌套。翻转三角形的结果是一个 Shape 类型的值，而 protoFlip(_:) 方法的则将遵循 Shape 协议的类型作为形参，然而协议类型的值并不遵循这个协议；protoFlip(_:) 的返回值也并不遵循 Shape 协议。这就是说 protoFlip(protoFlip(smallTriange)) 这样的多重变换操作是非法的，因为经过翻转操作后的结果类型并不能作为 protoFlip(_:) 的形参。

    相比之下，不透明类型则保留了底层类型的唯一性。Swift 能够推断出关联类型，这个特点使得作为函数返回值，不透明类型比协议类型有更大的使用场景。比如，下面这个例子是 中讲到的 Container 协议：

    1. protocol Container {
    2.     associatedtype Item
    3.     var count: Int { get }
    4.     subscript(i: Int) -> Item { get }
    5. }
    6. extension Array: Container { }

    你不能将 Container 作为方法的返回类型，因为此协议有一个关联类型。你也不能将它用于对泛型返回类型的约束，因为函数体之外并没有暴露足够多的信息来推断泛型类型。

    1. // 错误：有关联类型的协议不能作为返回类型。
    2. func makeProtocolContainer<T>(item: T) -> Container {
    3.     return [item]
    4. }
    6. // 错误：没有足够多的信息来推断 C 的类型。
    7. func makeProtocolContainer<T, C: Container>(item: T) -> C {
    8.     return [item]
    9. }

    而使用不透明类型 some Container 作为返回类型，就能够明确地表达所需要的 API 契约 —— 函数会返回一个集合类型，但并不指明它的具体类型：

    1. func makeOpaqueContainer<T>(item: T) -> some Container {
    2.     return [item]
    3. }
    4. let opaqueContainer = makeOpaqueContainer(item: 12)
    5. let twelve = opaqueContainer[0]
    6. print(type(of: twelve))

    twelve 的类型可以被推断出为 Int， 这说明了类型推断适用于不透明类型。在 makeOpaqueContainer(item:) 的实现中，底层类型是不透明集合 [T]。在上述这种情况下，T 就是 Int 类型，所以返回值就是整数数组，而关联类型 Item 也被推断出为 Int。Container 协议中的 subscipt 方法会返回 Item，这也意味着 twelve 的类型也被能推断出为 Int。