iOS知识小集 第5期(2015.09.26)

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忽悠一个月又过去了，今年的9月还是挺精彩的。苹果发布iPhone 6s，iPad Pro，iOS 9，让我们又有很多活可做了；然后是XCodeGoast搅得圈内沸沸扬扬的，居然还惊动了CCAV；再然后苏宁的小伙伴们给大家送上了一份中秋礼物，虽然是老代码，但这是要搞哪样啊？不过，正是这些事情为我等屌丝的生活平添了许多的乐趣，还是挺酸爽的嘛。

嗯，回到正题上来。这期的知识小集主要是Swift开发的一些内容，主要的内容有三点：

  1. Swift中随机数的使用
  2. Swift中String与CChar数组的转换
  3. Swift中Selector方法的访问权限控制问题

相对Objective-C来说，个人觉得Swift写起来大多数时候还是挺爽的，简洁多了，以后有事没事还是多撸撸Swift。

Swift中随机数的使用

在我们开发的过程中，时不时地需要产生一些随机数。这里我们总结一下Swift中常用的一些随机数生成函数。这里我们将在Playground中来做些示例演示。

整型随机数

如果我们想要一个整型的随机数，则可以考虑用arc4random系列函数。我们可以通过man arc4random命令来看一下这个函数的定义：

The arc4random() function uses the key stream generator employed by the arc4 cipher, which uses 8*8 8 bit S-Boxes. The S-Boxes can be inabout (2^1700) states. The arc4random() function returns pseudo-random numbers in the range of 0 to (2^32)-1, and therefore has twice the range of rand(3) and random(3).

arc4random使用了arc4密码加密的key stream生成器(请脑补)，产生一个[0, 2^32)区间的随机数(注意是左闭右开区间)。这个函数的返回类型是UInt32。如下所示：

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arc4random()				// 2,919,646,954

如果我们想生成一个指定范围内的整型随机数，则可以使用arc4random() % upper_bound的方式，其中upper_bound指定的是上边界，如下处理：

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arc4random() % 10			// 8

不过使用这种方法，在upper_bound不是2的幂次方时，会产生一个所谓Modulo bias(模偏差)的问题。

我们在控制台中通过man arc4random命令，可以查看arc4random的文档，有这么一条：

arc4random_uniform() will return a uniformly distributed random number less than upper_bound. arc4random_uniform() is recommended over constructions like ‘’arc4random() % upper_bound’’ as it avoids “modulo bias” when the upper bound is not a power of two.

因此可以使用arc4random_uniform，它接受一个UInt32类型的参数，指定随机数区间的上边界upper_bound，该函数生成的随机数范围是[0, upper_bound)，如下所示：

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arc4random_uniform(10)		// 6

而如果想指定区间的最小值（如随机数区间在[5, 100)），则可以如下处理：

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let max: UInt32 = 100
let min: UInt32 = 5
arc4random_uniform(max - min) + min			// 82

当然，在Swift中也可以使用传统的C函数rand与random。不过这两个函数有如下几个缺点：

  1. 这两个函数都需要初始种子，通常是以当前时间来确定。
  2. 这两个函数的上限在RAND_MAX=0X7fffffff(2147483647)，是arc4random的一半。
  3. rand函数以有规律的低位循环方式实现，更容易预测

我们以rand为例，看看其使用：

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srand(UInt32(time(nil)))            // 种子,random对应的是srandom
rand()								// 1,314,695,483
rand() % 10							// 8

64位整型随机数

在大部分应用中，上面讲到的几个函数已经足够满足我们获取整型随机数的需求了。不过我们看看它们的函数声明，可以发现这些函数主要是针对32位整型来操作的。如果我们需要生成一个64位的整型随机数呢？毕竟现在的新机器都是支持64位的了。

目前貌似没有现成的函数来生成64位的随机数，不过jstn在stackoverflow上为我们分享了他的方法。我们一起来看看。

他首先定义了一个泛型函数，如下所示：

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func arc4random <T: IntegerLiteralConvertible> (type: T.Type) -> T {
    var r: T = 0
    arc4random_buf(&r, UInt(sizeof(T)))
    return r
}

这个函数中使用了arc4random_buf来生成随机数。让我们通过man arc4random_buf来看看这个函数的定义：

arc4random_buf() function fills the region buf of length nbytes with ARC4-derived random data.

这个函数使用ARC4加密的随机数来填充该函数第二个参数指定的长度的缓存区域。因此，如果我们传入的是sizeof(UInt64)，该函数便会生成一个随机数来填充8个字节的区域，并返回给r。那么64位的随机数生成方法便可以如下实现：

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extension UInt64 {
    static func random(lower: UInt64 = min, upper: UInt64 = max) -> UInt64 {
        var m: UInt64
        let u = upper - lower
        var r = arc4random(UInt64)
        if u > UInt64(Int64.max) {
            m = 1 + ~u
        } else {
            m = ((max - (u * 2)) + 1) % u
        }
        while r < m {
            r = arc4random(UInt64)
        }
        return (r % u) + lower
    }
}

我们来试用一下：

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UInt64.random()					// 4758246381445086013

当然jstn还提供了Int64，UInt32，Int32的实现，大家可以脑补一下。

浮点型随机数

如果需要一个浮点值的随机数，则可以使用drand48函数，这个函数产生一个[0.0, 1.0]区间中的浮点数。这个函数的返回值是Double类型。其使用如下所示：

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srand48(Int(time(nil)))
drand48()						// 0.396464773760275

记住这个函数是需要先调用srand48生成一个种子的初始值。

一个小示例

最近写了一个随机键盘，需要对0-9这几个数字做个随机排序，正好用上了上面的arc4random函数，如下所示：

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let arr = ["0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9"]
let numbers = arr.sort { (_, _) -> Bool in
    arc4random() < arc4random()
}

在闭包中，随机生成两个数，比较它们之间的大小，来确定数组的排序规则。还是挺简单的。

小结

其实如果翻看一下Swift中关于C函数的API，发现还有许多跟随机数相关的函数，如arc4random_addrandom，erand48等。上面的只是我们经常用到的一些函数，这几个函数基本上够用了。当然，不同场景有不同的需求，我们需要根据实际的需求来选择合适的函数。

以上的代码已上传到github，地址是Random.playground有需要的可以参考一下。

参考

  1. rand(3) / random(3) / arc4random(3) / et al.
  2. Random Swift
  3. How does one generate a random number in Apple’s Swift language?

Swift中String与CChar数组的转换

在现阶段Swift的编码中，我们还是有很多场景需要调用一些C函数。在Swift与C的混编中，经常遇到的一个问题就是需要在两者中互相转换字符串。在C语言中，字符串通常是用一个char数组来表示，在Swift中，是用CChar数组来表示。从CChar的定义可以看到，其实际上是一个Int8类型，如下所示：

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/// The C 'char' type.
///
/// This will be the same as either `CSignedChar` (in the common
/// case) or `CUnsignedChar`, depending on the platform.
public typealias CChar = Int8

如果我们想将一个String转换成一个CChar数组，则可以使用String的cStringUsingEncoding方法，它是String扩展中的一个方法，其声明如下：

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/// Returns a representation of the `String` as a C string
/// using a given encoding.
@warn_unused_result
public func cStringUsingEncoding(encoding: NSStringEncoding) -> [CChar]?

参数指定的是编码格式，我们一般指定为NSUTF8StringEncoding，因此下面这段代码：

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let str: String = "abc1个"
// String转换为CChar数组
let charArray: [CChar] = str.cStringUsingEncoding(NSUTF8StringEncoding)!

其输出结果是：

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[97, 98, 99, 49, -28, -72, -86, 0]

可以看到"个"字由三个字节表示，这是因为Swift的字符串是Unicode编码格式，一个字符可能由1个或多个字节组成。另外需要注意的是CChar数组的最后一个元素是0，它表示的是一个字符串结束标志符\n。

我们知道，在C语言中，一个数组还可以使用指针来表示，所以字符串也可以用char *来表示。在Swift中，指针是使用UnsafePointer或UnsafeMutablePointer来包装的，因此，char指针可以表示为UnsafePointer<CChar>，不过它与[CChar]是两个不同的类型，所以以下代码会报编译器错误：

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// Error: Cannot convert value of type '[CChar]' to specified type 'UnsafePointer<CChar>'
let charArray2: UnsafePointer<CChar> = str.cStringUsingEncoding(NSUTF8StringEncoding)!

不过有意思的是我们可以直接将String字符串传递给带有UnsafePointer<CChar>参数的函数或方法，如以下代码所示：

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func length(s: UnsafePointer<CChar>) {
    print(strlen(s))
}
length(str)
// 输出：7\n

而String字符串却不能传递给带有[CChar]参数的函数或方法，如以下代码会报错误：

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func length2(s: [CChar]) {
    print(strlen(s))
}
// Error: Cannot convert value of type 'String' to expected argument type '[CChar]'
length2(str)

实际上，在C语言中，我们在使用数组参数时，很少以数组的形式来定义参数，则大多是通过指针方式来定义数组参数。

如果想从[CChar]数组中获取一上String字符串，则可以使用String的fromCString方法，其声明如下：

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/// Creates a new `String` by copying the nul-terminated UTF-8 data
/// referenced by a `CString`.
///
/// Returns `nil` if the `CString` is `NULL` or if it contains ill-formed
/// UTF-8 code unit sequences.
@warn_unused_result
public static func fromCString(cs: UnsafePointer<CChar>) -> String?

从注释可以看到，它会将UTF-8数据拷贝以新字符串中。如下示例：

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let chars: [CChar] = [99, 100, 101, 0]
let str2: String = String.fromCString(chars)!
// 输出：cde

这里需要注意的一个问题是，CChar数组必须以0结束，否则会有不可预料的结果。在我的Playground示例代码中，如果没有0，报了以下错误：

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Execution was interrupted. reason: EXC_BAD_INSTRUCTION

还有可能出现的情况是CChar数组的存储区域正好覆盖了之前某一对象的区域，这一对象有一个可以表示字符串结尾的标识位，则这时候，str2输出的可能是"cde1一"。

小结

在Swift中，String是由独立编码的Unicode字符组成的，即Character。一个Character可能包括一个或多个字节。所以将String字符串转换成C语言的char *时，数组元素的个数与String字符的个数不一定相同(即在Swift中，与str.characters.count计算出来的值不一定相等)。这一点需要注意。另外还需要注意的就是将CChar数组转换为String时，数组最后一个元素应当为字符串结束标志符，即0。

参考

  1. UTF8String
  2. String Structure Reference
  3. The Swift Programming Language中文版

Swift中Selector方法的访问权限控制问题

今天用Swift写了个视图，在视图上加个手势，如下所示：

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panGestureRecognizer = UIPanGestureRecognizer(target: self, action: "beginDragged:")
addGestureRecognizer(panGestureRecognizer)

运行了下程序，然后崩溃了。崩溃日志如下：

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[**.SwipeCardView beginDragged:]: unrecognized selector sent to instance 0x125e5bc10

而我已经在SwipeCardView类中定义了beginDragged:方法，如下所示：

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private func beginDragged(gestureRecognizer: UIPanGestureRecognizer) {
	// ....
}

由于我并不想将beginDragged:方法暴露出去，所以将其定义为一个private方法。方法的定义一切正常，手势的Selector方法也设置正常，却报了未找到方法的异常。那问题可能就应该在访问权限问题上了。

我们知道Selector是Objective-C的产物，它用于在运行时作为一个键值去找到对应方法的实现。一个Objective-C的方法是由objc_method结束体定义的，其声明如下：

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struct objc_method {
    SEL method_name                 	OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法名
    char *method_types                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP method_imp                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法实现
}

这就要求selector引用的方法必须对ObjC运行时是可见的。而Swift是静态语言，虽然继承自NSObject的类默认对ObjC运行时是可见的，但如果方法是由private关键字修饰的，则方法默认情况下对ObjC运行时并不是可见的，所以就导致了以上的异常：运行时并没找到SwipeCardView类的beginDragged:方法。

所以，我们必须将private修饰的方法暴露给运行时。正确的做法是在 private 前面加上 @objc 关键字，这样就OK了。

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@objc private func beginDragged(gestureRecognizer: UIPanGestureRecognizer) {
	// ....
}

另外需要注意的是，如果我们的类是纯Swift类，而不是继承自NSObject，则不管方法是private还是internal或public，如果要用在Selector中，都需要加上@objc修饰符。

参考

  1. SELECTOR
  2. @selector() in Swift?

零碎

Swift中枚举项设置相同的值

在Objective-C及C语言中，在枚举中我们可以设置两个枚举项的值相等，如下所示：

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typedef NS_ENUM(NSUInteger, Type) {
    TypeIn      = 0,
    TypeOut     = 1,
    TypeInOut   = 2,
    TypeDefault = TypeIn
};

在上例中，我们让枚举项TypeDefault的值等于TypeIn。

而在Swift中，要求枚举项的rawValue是唯一的，如果像下面这样写，则编译器会报错：

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enum Type: UInt {
    case In         = 0
    case Out        = 1
    case InOut      = 2
    case Default    = 0		// Error: Raw value for enum case is not unique
}

那如果我们希望上面枚举中Default的值与In的值一样，那应该怎么做呢？这时候就需要充分利用Swift中enum的特性了。我们知道，Swift中的enum与结构体、类一样，可以为其定义属性和方法，所以我们可以如下处理：

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enum Type: UInt {
    case In         = 0
    case Out        = 1
    case InOut      = 2
    static var Default: Type {
        get {
            return .In
        }
    }
}

我们将Default定义为Type的一个静态只读属性，这个属性与枚举的其它枚举项的调用方式是一样的，可以如下调用：

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let type: Type = .Default

参考

  1. Swift enum multiple cases with the same value

Swift中如何实现IBOutletCollection

在使用IB做界面开发时，我们经常需要将界面上的元素连接到我们的代码中。IBOutlet和IBAction就是专门用来做这事的两个关键字。另外在Objective-C还提供了一个伪关键字IBOutletCollection，它的实际作用是将界面上的一组相同的控件连接到一个数组中。具体可以参考iOS知识小集 第一期(2015.05.10)中的IBOutletCollection一节。

在Swift中，同样提供了@IBOutlet和@IBAction实现Objective-C中对应的功能，不过却没提供@IBOutletCollection来将一组相同控件连接到一个数组中。那如果我们想实现类似的功能，需要怎么处理呢？

实际上，我们在IB中选中一组相同的控件，然后将其连到到代码中时，会生成一个IBOutlet修饰的控件数组，类似于如下代码：

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@IBOutlet var numberButtons: [UIButton]!

这就是Swift中类IBOutletCollection的处理。如果需要往数组中添加新建的对应的控件，则只需要在代码前面的小圆点与UI上的控件做个连线就OK了。而如果要想将控件从数组中移除，则只需要将对应的连接关系移除就可以了。

参考

  1. iOS知识小集 第一期(2015.05.10)
  2. Swift - IBOutletCollection equivalent