发布于 2022-03-09
Swift - 结构体和类
swift
结构体和类是 Swift 中两种重要的数据类型，它们都可以用于定义自定义的复合数据类型。结构体和类非常相似，但它们也有一些重要的区别。
学习目标
通过本教程，你将学会：
- 理解结构体和类的定义和使用
- 掌握结构体和类的区别（值类型 vs 引用类型）
- 了解结构体和类的初始化
- 掌握属性和方法的定义
- 理解何时使用结构体，何时使用类
前置知识
结构体和类是 Swift 中两种重要的数据类型，它们都可以用于定义自定义的复合数据类型。结构体和类非常相似，但它们也有一些重要的区别。
结构体是一种值类型，它是由一些属性组成的。可以将结构体视为包含数据和相关方法的容器。结构体的实例在传递时被复制，而不是被引用。以下是一个简单的结构体示例：
struct Point {
var x: Int
var y: Int
func moveX(by deltaX: Int) {
x += deltaX
}
func moveY(by deltaY: Int) {
y += deltaY
}
}
var point = Point(x: 10, y: 20)
point.moveX(by: 5)
point.moveY(by: -10)在上面的示例中，Point 是一个结构体类型，它包含了两个 Int 类型的属性，x 和 y。结构体还定义了两个方法，moveX(by:) 和 moveY(by:)，用于移动点的 x 和 y 坐标。point 是一个变量，它的类型是 Point，它被初始化为一个具有 x 坐标为 10，y 坐标为 20 的点。然后，它被移动了 5 个单位的 x 坐标和 10 个单位的 y 坐标。
类是一种引用类型，它也是由一些属性和方法组成的。类的实例是通过引用传递的，而不是通过复制。以下是一个简单的类示例：
class Person {
var name: String
var age: Int
init(name: String, age: Int) {
self.name = name
self.age = age
}
func celebrateBirthday() {
age += 1
print("Happy \(age)th birthday, \(name)!")
}
}
var person = Person(name: "Alice", age: 30)
person.celebrateBirthday()在上面的示例中，Person 是一个类类型，它包含了两个属性，name 和 age。类还定义了一个方法，celebrateBirthday()，用于增加年龄并输出生日祝福。person 是一个变量，它的类型是 Person，它被初始化为一个具有名字为 "Alice"，年龄为 30 的人。然后，它被庆祝了一次生日。
结构体与类的区别
主要区别
类型不同：
- 结构体是值类型（Value Type）：赋值时进行值拷贝
- 类是引用类型（Reference Type）：赋值时传递引用
继承：
- 结构体不支持继承
- 类支持继承
初始化器：
- 结构体自动生成成员初始化器
- 类需要自定义初始化器（如果没有存储属性或所有属性都有默认值）
内存管理：
- 结构体由系统自动管理内存
- 类使用引用计数（ARC）管理内存
值类型 vs 引用类型示例
// 结构体（值类型）
struct Point {
var x: Int
var y: Int
}
var point1 = Point(x: 10, y: 20)
var point2 = point1 // 值拷贝
point2.x = 30
print(point1.x) // 10（point1 没有被改变）
print(point2.x) // 30
// 类（引用类型）
class Person {
var name: String
var age: Int
init(name: String, age: Int) {
self.name = name
self.age = age
}
}
var person1 = Person(name: "Alice", age: 30)
var person2 = person1 // 引用拷贝
person2.age = 31
print(person1.age) // 31（person1 也被改变了）
print(person2.age) // 31选择结构体还是类？
使用结构体的场景
- 简单的数据封装
- 值语义（希望赋值时进行拷贝）
- 不需要继承
- 线程安全（值类型天然线程安全）
使用类的场景
- 需要继承
- 需要标识符比较（
===和!==） - 需要共享状态（引用语义）
- 复杂的数据模型
练习
练习 1：定义结构体
创建一个结构体表示坐标点（Point），包含：
- x 和 y 属性
- 计算到原点距离的方法
- 移动到新位置的方法
参考答案：
struct Point {
var x: Double
var y: Double
// 计算到原点的距离
func distanceToOrigin() -> Double {
return sqrt(x * x + y * y)
}
// 移动到新位置
mutating func moveTo(x: Double, y: Double) {
self.x = x
self.y = y
}
// 移动指定距离
mutating func moveBy(deltaX: Double, deltaY: Double) {
self.x += deltaX
self.y += deltaY
}
}
var point = Point(x: 3.0, y: 4.0)
print("到原点的距离：\(point.distanceToOrigin())") // 5.0
point.moveBy(deltaX: 2.0, deltaY: 1.0)
print("移动后坐标：(\(point.x), \(point.y))") // (5.0, 5.0)练习 2：定义类
创建一个 Person 类，包含：
- name 和 age 属性
- 初始化器
- 介绍自己的方法
- 庆祝生日的方法
参考答案：
class Person {
var name: String
var age: Int
init(name: String, age: Int) {
self.name = name
self.age = age
}
func introduce() -> String {
return "我叫 \(name)，今年 \(age) 岁"
}
func celebrateBirthday() {
age += 1
print("\(name) 过生日了，现在 \(age) 岁！")
}
}
let person = Person(name: "张三", age: 25)
print(person.introduce())
person.celebrateBirthday()练习 3：值类型 vs 引用类型
编写代码演示结构体和类在赋值时的不同行为：
- 创建结构体实例，赋值给另一个变量，修改新变量，观察原变量
- 创建类实例，赋值给另一个变量，修改新变量，观察原变量
参考答案：
// 结构体（值类型）
struct Size {
var width: Int
var height: Int
}
var size1 = Size(width: 100, height: 200)
var size2 = size1 // 值拷贝
size2.width = 300
print("size1: \(size1.width) x \(size1.height)") // 100 x 200
print("size2: \(size2.width) x \(size2.height)") // 300 x 200
// 类（引用类型）
class Rectangle {
var width: Int
var height: Int
init(width: Int, height: Int) {
self.width = width
self.height = height
}
}
let rect1 = Rectangle(width: 100, height: 200)
let rect2 = rect1 // 引用拷贝
rect2.width = 300
print("rect1: \(rect1.width) x \(rect1.height)") // 300 x 200
print("rect2: \(rect2.width) x \(rect2.height)") // 300 x 200练习 4：结构体和类的组合使用
创建一个结构体表示矩形（Rectangle），使用 Point 和 Size：
- 使用 Point 表示位置
- 使用 Size 表示大小
- 添加计算面积的方法
- 添加判断是否包含某个点的方法
参考答案：
struct Point {
var x: Double
var y: Double
}
struct Size {
var width: Double
var height: Double
}
struct Rectangle {
var origin: Point
var size: Size
// 计算面积
func area() -> Double {
return size.width * size.height
}
// 判断是否包含某个点
func contains(_ point: Point) -> Bool {
return point.x >= origin.x &&
point.x <= origin.x + size.width &&
point.y >= origin.y &&
point.y <= origin.y + size.height
}
}
let rect = Rectangle(
origin: Point(x: 0, y: 0),
size: Size(width: 10, height: 5)
)
print("面积：\(rect.area())") // 50.0
print(rect.contains(Point(x: 5, y: 3))) // true
print(rect.contains(Point(x: 15, y: 3))) // false练习 5：综合练习
设计一个简单的学生管理系统：
- 使用结构体定义 Student（包含姓名、学号、成绩）
- 使用类定义 Classroom（包含学生数组和管理方法）
- 实现添加学生、计算平均分等功能
参考答案：
struct Student {
var name: String
var studentId: String
var score: Double
}
class Classroom {
var students: [Student] = []
// 添加学生
func addStudent(_ student: Student) {
students.append(student)
}
// 计算平均分
func averageScore() -> Double {
guard !students.isEmpty else { return 0 }
let total = students.reduce(0.0) { $0 + $1.score }
return total / Double(students.count)
}
// 找出最高分学生
func topStudent() -> Student? {
return students.max { $0.score < $1.score }
}
// 列出所有学生
func listStudents() {
for student in students {
print("\(student.name)（\(student.studentId)）：\(student.score)")
}
}
}
let classroom = Classroom()
classroom.addStudent(Student(name: "张三", studentId: "001", score: 85))
classroom.addStudent(Student(name: "李四", studentId: "002", score: 92))
classroom.addStudent(Student(name: "王五", studentId: "003", score: 78))
print("平均分：\(classroom.averageScore())")
if let top = classroom.topStudent() {
print("最高分：\(top.name) - \(top.score)")
}
classroom.listStudents()总结
本章介绍了 Swift 中结构体和类的使用：
- 结构体：值类型，适合简单数据封装
- 类：引用类型，支持继承，适合复杂对象
- 主要区别：值类型进行值拷贝，引用类型传递引用
- 选择原则：简单数据用结构体，需要继承或共享状态用类
结构体和类是面向对象编程的基础，下一章我们将学习 属性，深入了解属性系统的各种特性。