子类化结构体或类似的东西

Question

我了解结构体和类（以及协议）的基本工作原理。我有一个相当常见的情况：

我需要具有运算符的通用值类型，这些值类型在分配时确实必须进行复制。 这些类型具有复杂的结构，我希望能够通过子类专门化，否则将在各处复制代码，并且这将是糟糕的编程。

我尝试过协议和扩展，但由于协议不是通用的，因此我无法定义我想要的（通用）运算符。 如果我使用类，则不会在分配时进行复制。

今天的例子是我有Matrix，其中包含SquareMatrix和特定的方阵函数。有运算符，矩阵可以由符合我的环协议的任何内容填充。我尝试在关联类型协议中定义几乎所有功能，并进行扩展。

编辑：我真的想知道我应该编写什么代码。在矩阵情况下，我需要能够像其他任何东西一样传递方阵，因此子类化是唯一的选择吗？也许我错了。主要问题是当我必须编写涉及内部值的函数时，我必须知道通用类型参数才能做任何有用的事情。例如，在定义加法时，我必须创建一个新矩阵并声明其通用类型，但是当我只知道某些东西是（非通用）协议时，我从哪里获取它？它的真实类型是通用的，尽管协议具有此关联类型，但我无法将其取出。 解决方案感谢亚历山大·莫姆克利奥夫。基本上需要更多的工作将代码完全移入协议扩展中，并为所有相关类型使用'Self'。在扩展中，编译器对通用类型很满意。

代码是私有的，很抱歉我无法在这个问题中粘贴任何内容。感谢您的耐心和帮助。

- Richard Birkett

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请提供你尝试过的代码和实际遇到的问题。 - shallowThought

Answer 1

我想到了至少两个原因，使得结构体继承/多态不可能实现:

1. 结构体是按值存储和移动的。这要求编译器在编译时知道结构体的确切大小，以便知道在结构体实例的开始后复制多少字节。假设有一个结构体A和一个从A继承的结构体B。每当编译器看到类型为 A 的变量时，它无法确定运行时类型是否真的是 A，还是使用了 B。如果 B 添加了 A 没有的新存储属性，则 B 的大小将与 A 不同（更大）。编译器将无法确定这些结构体的运行时类型和大小。

2. 多态需要一个函数表。函数表将作为结构体类型的静态成员存储。但要访问此静态成员，每个结构体实例都需要一个实例成员，其中编码实例的类型。这通常称为“isa”指针（例如，此实例是 A 类型）。对于每个实例，这将是8个字节的开销（在64位系统上）。考虑到 Int、Bool、Double 和许多其他常见类型都实现为结构体，这将是不可接受的开销。想想，一个 Bool 是一个一字节的值，需要8个字节的开销。效率只有11％！

因此，协议在 Swift 中扮演了重要的角色，因为它们允许您介绍类似继承的行为，而不会出现这些问题。

- Alexander

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谢谢，这很有道理。我大部分已经知道了。我的结构体相当大，所以开销不是问题。 现在我想起来，在这种情况下我只能使用类，因为我需要一个类型具有更多的功能，但有时也需要假装它是简单版本。唉，今天没有值类型适用于我。 我将修改我的问题，以便针对“最佳策略”。 - Richard Birkett

@Richard Birkett 声明一个协议 Matrix，在扩展中添加默认行为，然后你的 Struct SquareMatrix 就可以成为具有额外行为的 Matrix。值类型确认协议！ - Irfan

泛型函数接受两者的问题。请参见编辑。 - Richard Birkett

它只是无法工作，因为输入具有非通用类型，那么函数代码需要知道这些类型。什么？ - Alexander

你希望我如何帮助你？ - Alexander

Answer 2

首先，在Swift中，如果您使用“associatedtype”，协议可以是通用的。

另一方面，您需要值语义，因此可以使用“写时复制”方法。这将为您的类提供值语义（因此它们与结构一样安全）。

这两种方法都可以用来解决您的问题。

- Lexorus