[從C#到Swift] 09. Structures and Classes

從 C# 視角學習 Swift

Swift : Structures and Classes

結構與類別的比較與定義 (Comparing Structures and Classes)

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1. 核心觀念

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• 概念解說： 在 Swift 中，結構 (struct) 與類別 (class) 是建構程式碼的通用基石。它們都能定義屬性 (Properties) 來儲存值，也能定義方法 (Methods) 來提供功能。與 Objective-C 或 C++ 不同，Swift 不需要建立分開的介面 (.h) 與實作 (.m) 檔案，只需在單一檔案中定義即可。 雖然兩者語法相似，但 Class 多了繼承、執行時期型別檢查、解構子 (Deinitializers) 以及參考計數 (Reference Counting) 等功能。然而，Swift 官方建議在不需要繼承或參考語意時，優先使用 Struct，除非你需要上述 Class 獨有的特性。
• 關鍵語法：struct, class, Properties, Methods, Initializers
• 官方提示：

傳統上 Class 的實體被稱為物件 (Object)。但在 Swift 中，Struct 和 Class 的功能非常接近，因此官方文件多使用更通用的術語「實體 (Instance)」。

2. 範例解析

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文件原始碼：

struct Resolution {
    var width = 0
    var height = 0
}
class VideoMode {
    var resolution = Resolution()
    var interlaced = false
    var frameRate = 0.0
    var name: String?
}

邏輯解說： 這段程式碼定義了一個名為 Resolution 的結構，用來描述像素解析度；以及一個名為 VideoMode 的類別，用來描述影片模式。Swift 會根據初始值（例如 0）自動推斷屬性的型別為 Int。name 屬性被定義為 String? (Optional String)，因此會自動獲得預設值 nil。

3. C# 開發者視角

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概念對應： 這在 C# 中對應到 struct 和 class 的定義。

C# 對照程式碼：

struct Resolution {
    public int Width;
    public int Height;
    // C# 結構通常建議是 Immutable 的，這裡僅為對照 Swift 語法
}

class VideoMode {
    public Resolution Resolution = new Resolution();
    public bool Interlaced = false;
    public double FrameRate = 0.0;
    public string? Name; // C# 8.0+ Nullable Reference Types
}

關鍵差異分析：

• 語法面：
  • Swift 變數宣告使用 var (可變) 或 let (常數)，且不需要 public 關鍵字即可在模組內存取（預設為 internal）。
  • Swift 的屬性宣告直接給定初始值即可完成型別推斷，語法比 C# 更簡潔。
• 行為面：
  • Swift 的 Struct 可以實作 Protocol (類似 C# Interface)、擁有方法、Extensions 等，幾乎擁有 Class 的大部分功能，除了繼承。
  • 在 C# 中，Struct 通常用於輕量級資料封裝；在 Swift 中，Struct 是一等公民，甚至標準庫中的 String, Array, Dictionary 都是 Struct。

實體化與屬性存取 (Structure and Class Instances & Accessing Properties)

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1. 核心觀念

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• 概念解說： 定義好型別後，需要建立「實體」來使用。Swift 使用建構子語法來建立實體，最簡單的形式就是在型別名稱後加上空括號 ()。存取屬性則使用點語法 (.)。
• 關鍵語法：Instance, Dot Syntax, Initializer Syntax

2. 範例解析

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文件原始碼：

let someResolution = Resolution()
let someVideoMode = VideoMode()

print("The width of someResolution is \(someResolution.width)")
// Prints "The width of someResolution is 0".

someVideoMode.resolution.width = 1280
print("The width of someVideoMode is now \(someVideoMode.resolution.width)")
// Prints "The width of someVideoMode is now 1280".

邏輯解說： 這裡建立了 Resolution 和 VideoMode 的實體，並且存取其中的屬性。值得注意的是，即使是深層的屬性（如 someVideoMode.resolution.width），也可以直接透過點語法進行讀取與賦值。

3. C# 開發者視角

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概念對應： 這與 C# 的物件建立與屬性存取幾乎一致。

C# 對照程式碼：

var someResolution = new Resolution();
var someVideoMode = new VideoMode();

Console.WriteLine($"The width of someResolution is {someResolution.Width}");

someVideoMode.Resolution.Width = 1280;

關鍵差異分析：

• 語法面：
  • Swift 建立實體不需要 new 關鍵字。這是習慣 C# 的開發者最常忘記的地方。
  • Swift 的字串插值使用 \(variable)，而 C# 使用字串插值 $"{variable}"。

結構的成員逐一建構子 (Memberwise Initializers for Structure Types)

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1. 核心觀念

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• 概念解說： Swift 的 Struct 有一個非常方便的特性：如果沒有自定義建構子，編譯器會自動生成一個「成員逐一建構子 (Memberwise Initializer)」，讓你可以在初始化時直接指定各個屬性的值。Class 則沒有這項功能。
• 關鍵語法：Memberwise Initializer

2. 範例解析

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文件原始碼：

let vga = Resolution(width: 640, height: 480)

邏輯解說： Resolution 是一個 Struct，所以自動獲得了一個包含 width 和 height 參數的建構子。

3. C# 開發者視角

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概念對應： C# 的 struct 在 C# 10 之前沒有這種自動行為。C# 12 引入了 Primary Constructors，或是使用 record struct 可以達到類似效果，但標準的 C# class 或 struct 通常需要手動撰寫建構子或使用 Object Initializer 語法。

C# 對照程式碼：

// C# Object Initializer syntax
var vga = new Resolution { Width = 640, Height = 480 };

// 或者若有定義建構子
// var vga = new Resolution(640, 480);

關鍵差異分析：

• 語法面：Swift 的成員初始化器是函數參數形式 (width: 640)，而 C# 的物件初始化器是大括號屬性賦值 { Width = 640 }。
• 行為面：Swift 的自動生成建構子是強制的參數傳遞（除非屬性有預設值），而 C# 的 Object Initializer ({ }) 只是在物件建立後設定屬性，語意上略有不同。Swift 的 Class 不會自動獲得這種建構子，必須手動定義 init。

結構與列舉是數值型別 (Structures and Enumerations Are Value Types)

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1. 核心觀念

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• 概念解說： Value Type (數值型別) 的特性是當它被指派給變數、常數，或傳遞給函式時，內容會被複製 (Copied)。在 Swift 中，所有的 struct 和 enum 都是 Value Type。這包含了 Swift 標準庫中的 Int, Double, Bool, String, Array, Dictionary。
• 關鍵語法：Value Type, Copy
• 官方提示：

Swift 標準庫中的集合（如 Array, Dictionary, String）使用了 Copy-on-Write 優化技術。只有在真正修改資料時，才會執行實際的記憶體複製，否則僅是共享記憶體，確保效能。

2. 範例解析

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文件原始碼：

let hd = Resolution(width: 1920, height: 1080)
var cinema = hd
cinema.width = 2048

print("cinema is now \(cinema.width) pixels wide")
// Prints "cinema is now 2048 pixels wide".

print("hd is still \(hd.width) pixels wide")
// Prints "hd is still 1920 pixels wide".

邏輯解說： 當 hd 賦值給 cinema 時，發生了複製。因此，修改 cinema 的 width 完全不會影響到原始的 hd。它們是記憶體中兩個獨立的實體。

3. C# 開發者視角

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概念對應： C# 的 struct 也是 Value Type，行為與此相同。

關鍵差異分析：

• 行為面 (極重要)：
  • String 的差異：C# 的 string 是 Reference Type (雖然有 Immutable 特性讓它像 Value Type)，但在 Swift 中 String 是 Struct (Value Type)。這意味著 Swift 的字串傳遞是複製行為（邏輯上），這對 C# 開發者來說是一個巨大的觀念轉變。
  • Collection 的差異：C# 的 List<T> 或 Dictionary<TKey, TValue> 是 Class (Reference Type)。如果你將一個 List 賦值給另一個變數，修改其中一個會影響另一個。但在 Swift 中，Array 和 Dictionary 是 Struct，賦值會產生複製，修改互不影響。這是 C# 開發者轉 Swift 最容易踩雷的地方。

類別是參考型別 (Classes Are Reference Types)

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1. 核心觀念

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• 概念解說： Reference Type (參考型別) 在賦值或傳遞時不會複製，而是傳遞記憶體位址的參考 (Reference)。多個變數可能同時指向同一個實體。Swift 的 class 是 Reference Type。
• 關鍵語法：Reference Type, Shared Instance

2. 範例解析

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文件原始碼：

let tenEighty = VideoMode()
tenEighty.resolution = hd
tenEighty.interlaced = true
tenEighty.name = "1080i"
tenEighty.frameRate = 25.0

let alsoTenEighty = tenEighty
alsoTenEighty.frameRate = 30.0

print("The frameRate property of tenEighty is now \(tenEighty.frameRate)")
// Prints "The frameRate property of tenEighty is now 30.0".

邏輯解說： tenEighty 和 alsoTenEighty 指向同一個 VideoMode 實體。因此，透過 alsoTenEighty 修改 frameRate，tenEighty 看到的數值也會跟著改變。

3. C# 開發者視角

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概念對應： 這完全對應 C# 的 class 行為。

關鍵差異分析：

• 語法面：
  • 注意範例中 let tenEighty = VideoMode() 使用了 let (常數)。在 Swift 中，這表示 tenEighty 這個指標不能改變（不能指向別的物件），但它指向的物件內容是可以改變的。這與 C# 的 readonly 欄位存取 Reference Type 的行為類似。
  • 如果 VideoMode 是 Struct，則宣告為 let 會導致無法修改其任何屬性（因為 Struct 是將內容視為整體值）。

識別運算子 (Identity Operators)

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1. 核心觀念

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• 概念解說： 因為 Class 是參考型別，有時候我們需要知道兩個變數是否「指向同一個記憶體實體」。Swift 提供了 === (Identical to) 和 !== (Not identical to) 來進行判斷。
• 關鍵語法：===, !==

2. 範例解析

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文件原始碼：

if tenEighty === alsoTenEighty {
    print("tenEighty and alsoTenEighty refer to the same VideoMode instance.")
}

邏輯解說： 這裡使用 === 來檢查兩個變數是否參考到同一個 VideoMode 實體。注意這與 == (Equal to) 不同，== 通常是用來比較「值」是否相等（需要實作 Equatable protocol）。

3. C# 開發者視角

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概念對應： 這相當於 C# 中的 Object.ReferenceEquals(a, b) 或是在未覆寫 == 運算子時的預設 Reference 比較。

C# 對照程式碼：

if (Object.ReferenceEquals(tenEighty, alsoTenEighty)) {
    // ...
}
// 或者對於一般 class
if (tenEighty == alsoTenEighty) { }

關鍵差異分析：

• 語法面：Swift 強制區分「參考相等 (===)」與「數值相等 (==)」。C# 的 == 對於 Reference Type 預設是比較參考，但對於 string 或重載過運算子的型別則是比較值，容易混淆。Swift 的設計更加明確。