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Swift語言

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Swift
編程範型多範式（物件導向、泛函、指令式、組塊（英語：Block_(programming)）結構化）
設計者克里斯·拉特納與蘋果公司
實作者蘋果公司
釋出時間2014年6月2日，​10年前​（2014-06-02）[1]
目前版本
  • 6.0.2（2024年10月28日；穩定版本）[2]
編輯維基數據連結
型態系統靜態、強型別、類型推論
作業系統蘋果公司的操作系統（Darwin, iOS, iPadOS, macOS, tvOS, watchOS）, Linux, Windows 10, Android
特許條款Apache特許條款2.0（Swift 2.2及以後版本）
專有（直到Swift 2.2）[3][4]
副檔名.swift
網站
啟發語言
Objective-C、Rust、Haskell、Ruby、Python、C#、CLU[5]，和D語言[6]

Swift程式語言，支援多編程範式和編譯式，用來撰寫基於macOS/OS X、iOS、iPadOS、watchOS、tvOS和visionOS的軟體[7]。 蘋果公司於2014年在蘋果開發者年會（WWDC）發佈了Swift程式語言。從設計上蘋果公司讓Swift與Objective-C共存在蘋果公司的作業系統上[7]。

歷史

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Swift是為了替代蘋果公司早期的Objective-C程式語言，該語言自20世紀80年代初以來基本沒有任何更新，缺乏現代語言功能。

2010年7月，蘋果開發者工具部門總監克里斯·拉特納開始着手 Swift 程式語言的設計工作，以一年時間，完成基本架構後，他領導了一個設計團隊參與其中，與蘋果的許多程式設計師共同開發，借鑑了Objective-C、Rust、Haskell、Ruby、Python、C#、CLU等許多其他語言的設計思想。[5]2014年6月2日，蘋果在WWDC上釋出了第一個公開的使用Swift編寫的應用程式：WWDC應用程式，同時向蘋果的註冊開發者釋出了Swift語言的測試版，但未承諾最終版本與測試版本的原始碼相互相容。大會也釋出了長達500頁的官方指南，The Swift Programming Language，在Apple Books和官方網站上免費提供。蘋果計劃在完整版釋出時，如果有必要，將會提供原始碼轉換器。

蘋果宣稱Swift的特點是：快速、現代、安全、互動，而且明顯優於Objective-C語言。Swift以LLVM編譯，可以使用現有的Cocoa和Cocoa Touch框架。Xcode Playgrounds功能是Swift為蘋果開發工具帶來的最大創新，該功能提供強大的互動效果，能讓Swift原始碼在REPL撰寫過程中能即時顯示出其執行結果。拉特納本人強調，Playgrounds很大程度是受到布雷特·維克多（英語：Bret Victor）理念的啟發。[8]

2014年9月9日，Swift 1.0和iOS 8、Xcode 6.0的Golden Master版本一同釋出，達成了一個重要的里程碑。

2015年6月8日，蘋果於WWDC2015上釋出了Swift 2.0。同時宣佈，未來Swift將開放原始碼，包括編譯器和標準庫。[9]2015年9月21日起，可在App Store釋出以Swift編寫的應用。[10]

Swift在2015年Stack Overflow開發者調查中榮獲「最受歡迎的程式語言」第一名，[11]並在2016年榮獲第二名。[12]

2015年12月3日，蘋果宣佈開源Swift，並支援Linux，蘋果在新網站swift.org和寄存網站Github上開源了Swift，但蘋果的App Store並不支援開源的Swift，只支援蘋果官方的Swift版本，官方版本會在新網站swift.org上定期與開源版本同步。[13][14]

2015年12月，IBM宣佈推出Swift Sandbox網站，該網站允許開發人員在一個窗口中編寫Swift代碼，並在另一個窗口中顯示輸出。該網站於2018年1月被棄用。

Linux發行版Ubuntu自Swift 2.2開始提供Swift的官方下載。從Swift 5.2.4起，包括CentOS、Amazon Linux在內的更多發行版加入其中。[15]亦有用於Android的非官方生成工具鏈和SDK。[16][17]

2016年6月13日，蘋果在WWDC2016上宣佈將推出一款iPad專屬應用：Swift Playgrounds（英語：Swift Playgrounds）。該程式以3D遊戲的形式演示如何使用Swift編寫程式，編寫代碼時會即時提供反饋。[18][19][20]

2017年1月，克里斯·拉特納宣佈離開蘋果，並將加入特斯拉擔任新職位。Swift專案負責人由團隊資深人士泰德·克雷梅內克擔任。[21][22]

2019年6月3日，蘋果在WWDC2019上釋出了SwiftUI（英語：SwiftUI），同時釋出了Xcode 11，為蘋果平台帶來了聲明式UI結構設計框架。[23]

平台

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Swift支援蘋果作業系統（Darwin/macOS、iOS、iPadOS、tvOS、watchOS、visionOS）和Linux、Windows及Android系統。

Swift的一個設計關鍵在於，它能夠與過去十幾年的大量現有Objective-C代碼（如Cocoa框架和Cocoa Touch框架）進行互操作。在蘋果平台上，Swift與Objective-C執行時庫連接，使得C、C++、Objective-C和Swift代碼能在同一個程式中執行。

版本歷史

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版本 釋出日期 macOS Linux Windows
Swift 1.0 2014年9月9日 是 否 否
Swift 1.1 2014年10月22日 是 否 否
Swift 1.2 2015年4月8日 是 否 否
Swift 2.0 2015年9月21日 是 否 否
Swift 2.1 2015年10月20日 是 否 否
Swift 2.2 2016年3月21日 是 是 否
Swift 2.2.1 2016年5月3日 是 是 否
Swift 3.0 2016年9月13日 是 是 否
Swift 3.0.1 2016年10月28日 是 是 否
Swift 3.0.2 2016年12月13日 是 是 否
Swift 3.1 2017年3月27日 是 是 否
Swift 3.1.1 2017年4月21日 是 是 否
Swift 4.0 2017年9月19日 是 是 否
Swift 4.0.2 2017年11月1日 是 是 否
Swift 4.0.3 2017年12月5日 是 是 否
Swift 4.1 2018年3月29日 是 是 否
Swift 4.1.1 2018年5月4日 否 是 否
Swift 4.1.2 2018年5月31日 是 是 否
Swift 4.1.3 2018年7月27日 否 是 否
Swift 4.2 2018年9月17日 是 是 否
Swift 4.2.1 2018年10月30日 是 是 否
Swift 4.2.2 2019年2月4日 否 是 否
Swift 4.2.3 2019年2月28日 否 是 否
Swift 4.2.4 2019年3月29日 否 是 否
Swift 5.0[24] 2019年3月25日 是 是 否
Swift 5.0.1 2019年4月18日 是 是 否
Swift 5.0.2 2019年7月15日 否 是 否
Swift 5.0.3 2019年8月30日 否 是 否
Swift 5.1 2019年9月10日 是 是 否
Swift 5.1.1 2019年10月11日 否 是 否
Swift 5.1.2 2019年11月7日 是 是 否
Swift 5.1.3 2019年12月13日 是 是 否
Swift 5.1.4 2020年1月31日 否 是 否
Swift 5.1.5 2020年3月9日 否 是 否
Swift 5.2 2020年3月24日 是 是 否
Swift 5.2.1 2020年3月30日 否 是 否
Swift 5.2.2 2020年4月15日 是 是 否
Swift 5.2.3 2020年4月29日 否 是 否
Swift 5.2.4 2020年5月20日 是 是 否
Swift 5.2.5 2020年8月5日 否 是 否
Swift 5.3 2020年9月16日 是 是 是[25]
Swift 5.3.1 2020年11月13日 是 是 是
Swift 5.3.2 2020年12月15日 是 是 是
Swift 5.3.3 2021年1月25日 否 是 是
Swift 5.4[26] 2021年4月26日 是 是 是
Swift 5.4.1 2021年5月25日 否 是 是
Swift 5.4.2 2021年6月28日 是 是 是
Swift 5.4.3 2021年9月9日 否 是 是
Swift 5.5 2021年9月20日 是 是 是
Swift 5.5.1 2021年10月27日 是 是 是
Swift 5.5.2 2021年12月14日 是 是 是
Swift 5.5.3 2022年2月9日 否 是 是
Swift 5.6[27] 2022年3月14日 是 是 是
Swift 5.6.1[28] 2022年4月9日 否 是 是
Swift 5.6.2[29] 2022年6月15日 否 是 是
Swift 5.6.3[30] 2022年9月2日 否 是 是
Swift 5.7[31] 2022年9月12日 是 是 是
Swift 5.7.1[32] 2022年11月1日 是 是 是
Swift 5.8[33] 2023年3月30日 是 是 是
Swift 5.8.1[34] 2023年6月1日 是 是 是
Swift 5.9[35] 2023年9月18日 是 是 是

特色

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Swift取消了Objective-C的指標和其他不安全存取的使用，捨棄了Objective C早期套用Smalltalk風格的語法，全面改為句點表示法（dot-notation）。Swift具備類型推導（type inference）。同時，它提供了類似C++、C#中的命名空間（namespace）、泛型（generic）、運算子多載（operator overloading）。Swift被簡單的形容為 「沒有C的Objective-C」（Objective-C without the C）。[36]

類型和變數

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在Cocoa與Cocoa Touch的環境下，許多共用的類都放在Foundation Kit庫下，這些類別包含了NSString 字串庫（使用 Unicode），還有集合類別 NSArray 與 NSDictionary。Objective-C 提供了語法糖的方式讓這些物件可以整合在同一個語言裏。例如NSString之間合併的表示法如下： 

NSString *str = @"hello,";
str = [str stringByAppendingString:@" world"];

在Swift裏, 字串的累積可以用加法（+）運算元作為頭等物件（First-class citizen）的方式直接完成, 上述的例子可以簡化為 

var str="hello"
str += " world"

[37]

過去Cocoa（以及Cocoa Touch）的架構總是被分成兩種版本，一種是可變的（mutable），也就是可以在執行時期（runtime）改變；另一種是不可變的（immutable），其初始值不可改變，例如NSArray與NSMutableArray就是陣列的兩種版本。Swift語言延續這個傳統，但簡化為使用 let 關鍵字去設置常數（constant variable）。可變的(Mutable)對象使用 var 關鍵字，不可變的對象則適用let關鍵字。Swift語言使用類似C#或Javascript的var定義變數，但特性又不盡相同。Swift不直接指派初始值給變數，變數無預設值，因此使用var變數之前必須先初始化，不然將發生編譯時期的錯誤。

為了方便使用，Swift提供Optional類型來宣告nil-free references。宣告Optional只需要在類型後面加上問號（?）即可。一旦var變數宣告為Optional的，其初始值就會被預設為nil。Optional本質上是enum，定義了None和Some兩種類型，nil即是Optional.None。

函式庫、執行時期與部署

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Swift在 Mac OS 和 iOS 平台可以和 Objective-C 使用相同的執行期（runtime），因此Swift 程式能執行在目前已存在的平台上，包括 iOS 6 和 OS X 10.8或更高的版本。[38] 更重要的, Swift 和 Objective-C 的代碼可並存於同一程式碼, 這種延伸就如同 C 和 C++ 的關係一樣。

為了吸引開發人員和復用已存在的代碼，Xcode 6允許在 app target 匯入 Objective-C 標頭檔供給 Swift 使用，通過 Objective-C 的橋接標頭檔（bridging header）來供給 Swift。當開發人員添加 Swift 檔案到現有的 Objective-C應用程式時，Xcode自動建立相應的標頭檔。例如，一個 Swift 類 "MyClass" 可用於 Objective-C 的方式為

#import "MyClass-Swift.h".[39]

主記憶體管理

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Swift使用自動參照計數（ARC）來管理主記憶體。Apple以前要求在Objective-C中進行手動主記憶體管理，但在2011年引入了ARC以簡化主記憶體管理。[40]在Objective-C中，強參照即為非ARC中的retain，而弱參照即為非ARC中的assign。不過，ARC的一個問題是可能建立一個強參照迴圈，即對象以一種可通過跟隨參照來到達起始對象的方式互相參照（例如，A參照B，B參照A），這會導致它們不被釋放而在主記憶體中泄漏。Swift提供了關鍵字 weak 和 unowned 來防止強參照迴圈。其中，weak 不能設定為可空類型，不能加上問號（?）或驚嘆號（!）。通常，父子關係會使用強參照，而子父關係會使用weak參照，其中父和子可以沒有關聯，或者使用unowned，其中子始終有父，但父可能沒有子。弱參照必須是可選變數，因為它們可能會更改並變為nil。[41]

類內的閉包也可以通過擷取self參照來建立強參照迴圈。可以使用capture list指示將self參照視為弱參照或無主參照。

除錯以及其他元素

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Xcode的除錯機制針對Swift語言提供REPL環境，可以利用Swift語法來evaluate或於其他程式互動，使Swift編程具有類似Python或Ruby帶有的互動性介面（Interactive Shell）等的特性而非傳統的系統程式語言的互動特性。REPL進一步增強了Swift Playgrounds的功能，後者是在Xcode環境中執行的互動式視圖，可以即時響應代碼或調適器的變化。

類似 Objective-C之處

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  • 基本數值型別（numeric types）大致相同（如Int, UInt, Float, Double）
  • 大量的C 語言運算子被移出Swift, 例++ 與此同時引入了新運算子。
  • 大括號被用於群組陳述（group statements）。
  • 變數之賦值使用等於符號, 但比較則使用「連續兩個等於」（==）運算元。還有一個新的運算元，「連續三個等於」（===）被用來判斷常數或變數之間是否為同一物件之實例（instance）。
  • 中括號（[], Square brackets）用於陣列的表示, 宣告陣列之後, 可以指派索引值（index）來進行元素（element）之存取。
  • 控制陳述（control statement）, for, while, if, switch 與Objective-C都十分類似, 但有延伸功能, 像是 for in 用於集合（collection）的輪詢，switch 還可以接受非整數的cases條件值, 諸如此類。
  • 支援物件導向(Object-oriented programming)，即使Swift主張協定導向程式設計(Protocol-oriented programming)

不同於 Objective-C之處

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  • 陳述式（statement）不需要用分號（;）結束，但分號可以作為一行上兩個以上陳述式的分割符。
  • 不需要標頭檔（Header files）。
  • 註解方式 /* ... */ 巢狀，指註釋里可以再有註釋。
  • 強類型
  • 類型推論或隱含類型（Type inference）
  • 支援泛型編程。
  • 函數成為第一等類型（first-class object），這意味着函數可以作為其他函數的參數和返回值。
  • 運算子多載。運算子可在類內重新定義。
  • 定義新的運算子。
  • 字串全方面支援 Unicode。
  • 規避了C語言家族的易錯行為：
    • 不存在指標。
    • 賦值陳述式沒有返回值。若將if (i==0)誤寫成if (i=0)，將造成編譯時期錯誤。
    • 在switch 的區塊內不需要使用 break 陳述式。另外，case後面都需要有可執行的代碼（C或C++可連續使用多個case而不需要額外的代碼），否則將觸發編譯錯誤。
    • 變數和常數必須初始化才能使用，而且陣列（array）的邊界必須明確確認。
    • 溢位（overflows）的問題。C語言沒有強制整數型別（signed integers）的界限，常常在觸發執行時期錯誤。Swift通過整數類型的max或min屬性取得最大值或最小值。

討論

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長達600多頁的 The Swift Programming Language 可以在iBooks免費下載。[42]

範例代碼

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Swift不需要引入標頭檔（header file）或main()函數，不需要在每一行陳述式（statement）結尾加上分號。

變數聲明方式如下： 

var implicitInteger = 70
var implicitDouble = 70.0
var explicitDouble: Double = 70

用 let 宣告常數方式如下： 

let numberOfApples = 3
let numberOfOranges = 5
let appleSummary = "I have \(numberOfApples) apples."
let fruitSummary = "I have \(numberOfApples + numberOfOranges) pieces of fruit."

Swift不支援隱式類型轉換（implicitly casting），因此數值和字串之間必須顯式類型轉換（Explicitly casting）： 

let table = "The width of this table is "
let width = 100
let tableWidth = table + String(width)

以下是Hello World程式： 

println("Hello, world")
print("Hello, world") /*Swift 2.0 之後不再使用println，改使用print*/

使用Unicode字元，例如在文字中放心添加有不同語言的文字: 

let 人 = ["新": 67, "青": 8, "玉": 33, "小小": 25]
for (名字, 歲) in 人 {
  print("\(名字)是\(歲) 歲。")
}

相關條目

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參考資料

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  1. ^ Swift Has Reached 1.0. Apple. September 9, 2014 [March 8, 2015]. （原始內容存檔於2016-07-11）. 
  2. ^ Release 6.0.2. 2024年10月28日 [2024年12月1日]. 
  3. ^ Swift, Objectively. [2022-04-09]. （原始內容存檔於2022-01-08）. Swift is proprietary and closed: It is entirely controlled by Apple and there is no open source implementation. 
  4. ^ Lattner, Chris. Re: [LLVMdev] [cfe-dev] [Advertisement] open positions in Apple's Swift compiler team. June 11, 2014 [June 12, 2014]. （原始內容存檔於2014-07-14）. You can imagine that many of us want it to be open source and part of LLVM, but the discussion hasn't happened yet, and won't for some time. 
  5. ^ 5.0 5.1 Lattner, Chris. Chris Lattner's Homepage. Chris Lattner. 2014-06-03 [2014-06-03]. （原始內容存檔於2015-12-22）. I started work on the Swift Programming Language in July of 2010. I implemented much of the basic language structure, with only a few people knowing of its existence. A few other (amazing) people started contributing in earnest late in 2011, and it became a major focus for the Apple Developer Tools group in July 2013 [...] drawing ideas from Objective-C, Rust, Haskell, Ruby, Python, C#, CLU, and far too many others to list.  參照錯誤：帶有name屬性「lattner 2014 info 1」的<ref>標籤用不同內容定義了多次
  6. ^ Building assert() in Swift, Part 2: __FILE__ and __LINE__ - Swift B log -. Apple Developer. [2014-09-26]. （原始內容存檔於2015-11-21）. Swift borrows a clever feature from the D language: these identifiers expand to the location of the caller when evaluated in a default argument list. 
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外部連結

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