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[Swift] 20. Protocol - 프로토콜Programming Language/Swift 2022. 6. 12. 09:51
Protocol은 특정 기능을 할 수 있는 메서드, 프로퍼티, 요구사항의 청사진을 정의한다. 이 요구사항을 실제로 구현하기 위해 클래스, 구조체, 열거형이 프로토콜을 채택할 수 있다. 프로토콜의 요구사항을 만족하는 타입은 프로토콜을 준수한다고 한다.
프로토콜을 준수하는 클래스가 구현해야 하는 요구사항을 명시하는 것에 더해 프로토콜을 확장해서 이런 요구사항이나 추가 기능을 구현할 수 있다.
Protocol 문법
protocol SomeProtocol { // protocol definition goes here }
프로토콜을 채택하기 위해서는 특정 타입 뒤에 콜론을 붙이고 프로토콜의 이름을 적는다. 여러 프로토콜을 채택할 수 있다.
struct SomeStructure: FirstProtocol, AnotherProtocol { // structure definition goes here }
클래스에게 부모 클래스가 있다면 부모클래스 이름을 프로토콜 전에 써줘야 한다.
class SomeClass: SomeSuperclass, FirstProtocol, AnotherProtocol { // class definition goes here }
프로퍼티 요구사항
프로토콜은 conforming 타입이 인스턴스 프로퍼티나 타입 프로퍼티를 구현하게 요구할 수 있다. 저장/연산 프로퍼티인지는 명시하지 않고, 이름과 타입만을 따르도록 요구한다. 또한 각 프로퍼티가 gettable/gettable and settable인지를 명시한다.
프로토콜에서 프로퍼티가 gettable&settable 하다고 명시했다면 프로토콜을 채택한 타입에서 해당 프로퍼티를 상수 저장 프로퍼티나 읽기 전용 연산 프로퍼티로 구현할 수 없다. 만약 프로토콜이 프로퍼티를 gettable하다고 명시했다면 채택하는 타입에서 어떤 타입으로 구현해도 상관 없다. 즉 프로토콜에서 명시한 기능을 구현하면 프로토콜을 잘 준수한 것이다.
프로토콜에서 프로퍼티는 항상
var
키워드로 명시한다. Gettable/settalbe인지는 프로퍼티 정의 뒤에 표시한다.protocol SomeProtocol { var mustBeSettable: Int { get set } var doesNotNeedToBeSettable: Int { get } } protocol AnotherProtocol { // 타입 프로퍼티를 정의할 때는 항상 `static` 키워드를 붙여야 한다. 클래스에서 이를 구현할 때 class/static인지는 상관없다. static var someTypeProperty: Int { get set } }
Method 요구사항
프로토콜은 프로토콜을 채택하는 클래스에서 구현할 인스턴스, 타입 메서드를 명시할 수 있다. 프로토콜에서 메서드를 정의할 때는 중괄호와 메서드 body를 쓰지 않는다. Variadic 파라미터를 사용할 수는 없지만 기본 값은 정의할 수 없다.
타입 메서드의 경우에는
static
키워드를 붙여야 한다.protocol SomeProtocol { static func someTypeMethod() } protocol RandomNumberGenerator { func random() -> Double } class LinearCongruentialGenerator: RandomNumberGenerator { var lastRandom = 42.0 let m = 139968.0 let a = 3877.0 let c = 29573.0 func random() -> Double { lastRandom = ((lastRandom * a + c) .truncatingRemainder(dividingBy:m)) return lastRandom / m } } let generator = LinearCongruentialGenerator() print("Here's a random number: \(generator.random())") // Prints "Here's a random number: 0.3746499199817101" print("And another one: \(generator.random())") // Prints "And another one: 0.729023776863283"
Mutating Method 요구사항
인스턴스를 수정하는 메서드를 구현해야할 때가 있다. 메서드가 값 타입(구조체, 열거형인 경우)이면 메서드의
func
키워드 전에mutating
키워드를 붙여서 인스턴스나 인스턴스의 프로퍼티를 수정할 수 있음을 명시한다.프로토콜에 이런 메서드를 정의할 때도
mutating
키워드를 붙인다.만약 프로토콜에 인스턴스 메서드를 정의할 때 mutating 키워드를 붙였는데 클래스에서 이 프로토콜을 채택했다면 클래스에서 구현할 때는 mutating을 붙이지 않아도 된다. Mutating 키워드는 값타입에서만 사용된다.
protocol Togglable { mutating func toggle() } enum OnOffSwitch: Togglable { case off, on mutating func toggle() { switch self { case .off: self = .on case .on: self = .off } } } var lightSwitch = OnOffSwitch.off lightSwitch.toggle() // lightSwitch is now equal to .on
Initializer 요구사항
프로토콜은 특정 이니셜라이저를 구현하게 요구할 수 있다. 메서드를 정의할 때와 마찬가지로 중괄호를 붙이지 않는다.
protocol SomeProtocol { init(someParameter: Int) }
클래스
프로토콜에서 정의된 이니셜라이저 요구사항을 클래스에서 구현할 때 지정/편의 이니셜라이저로 구현할 수 있다. 모든 경우에 클래스에서
required
modifier 를 붙여야 한다.class SomeClass: SomeProtocol { required init(someParameter: Int) { // initializer implementation goes here } }
required
키워드를 붙여 이 클래스의 자식 클래스도 이니셜라이저를 구현하게 해준다.final 클래스는 자식 클래스를 가질 수 없기 때문에 required 키워드를 붙이지 않아도 된다.
만약 자식 클래스에서 부모 클래스의 지정 이니셜라이저를 오버라이딩하면서 프로토콜에 있는 이니셜라이저를 구현할 때
required
,override
키워드를 동시에 붙인다.protocol SomeProtocol { init() } class SomeSuperClass { init() { // initializer implementation goes here } } class SomeSubClass: SomeSuperClass, SomeProtocol { // "required" from SomeProtocol conformance; "override" from SomeSuperClass required override init() { // initializer implementation goes here } }
Failable Initializer 요구사항
프로토콜은 실패 가능한 이니셜라이저를 정의할 수 있다. 프로토콜에서 정의한 실패가능한 이니셜라이저를 실패하지 않는 이니셜라이저로 구현할 수도 있다.
타입으로서의 프로토콜
프로토콜은 스스로 기능을 정의하지 않는다. 대신 코드에서 타입으로서 프로토콜을 사용할 수 있다. 프로토콜을 타입으로 사용하는 것을 existential type이라고도 하는데, "프로토콜을 준수하는 T라는 타입이 exist"하다라는 말에서 왔다.
프로토콜을 타입으로 사용할 수 있는 곳은 다음과 같다.
- 함수, 메서드, 이니셜라이저의 인자/리턴 타입
- 상수, 변수, 프로퍼티 타입
- 배열, 딕셔너리, 다른 컨테이너의 아이템의 타입
class Dice { let sides: Int let generator: RandomNumberGenerator init(sides: Int, generator: RandomNumberGenerator) { self.sides = sides self.generator = generator } func roll() -> Int { return Int(generator.random() * Double(sides)) + 1 } } var d6 = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator()) for _ in 1...5 { print("Random dice roll is \(d6.roll())") } // Random dice roll is 3 // Random dice roll is 5 // Random dice roll is 4 // Random dice roll is 5 // Random dice roll is 4
Delegation
Delegation은 클래스나 구조체가 자신의 책임을 다른 타입의 인스턴스에게 위임/떠넘기는 것을 가능하게 하는 디자인 패턴이다. 다른 인스턴스에게 위임할 책임을 캡슐화한 프로토콜을 정의해서 이 디자인 패턴을 구현할 수 있다. 위임을 통해 특정 소스의 구체적인 타입을 알지 않고도 특정 행동을 할 수 있게 할 수 있다.
protocol DiceGame { var dice: Dice { get } func play() } protocol DiceGameDelegate: AnyObject { func gameDidStart(_ game: DiceGame) func game(_ game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll: Int) func gameDidEnd(_ game: DiceGame) } class SnakesAndLadders: DiceGame { let finalSquare = 25 let dice = Dice(sides: 6, generator: LinearCongruentialGenerator()) var square = 0 var board: [Int] init() { board = Array(repeating: 0, count: finalSquare + 1) board[03] = +08; board[06] = +11; board[09] = +09; board[10] = +02 board[14] = -10; board[19] = -11; board[22] = -02; board[24] = -08 } // 이 delegate에 특정 동작을 대신 실행하게 한다. weak var delegate: DiceGameDelegate? func play() { square = 0 delegate?.gameDidStart(self) gameLoop: while square != finalSquare { let diceRoll = dice.roll() delegate?.game(self, didStartNewTurnWithDiceRoll: diceRoll) switch square + diceRoll { case finalSquare: break gameLoop case let newSquare where newSquare > finalSquare: continue gameLoop default: square += diceRoll square += board[square] } } delegate?.gameDidEnd(self) } } class DiceGameTracker: DiceGameDelegate { var numberOfTurns = 0 func gameDidStart(_ game: DiceGame) { numberOfTurns = 0 if game is SnakesAndLadders { print("Started a new game of Snakes and Ladders") } print("The game is using a \(game.dice.sides)-sided dice") } func game(_ game: DiceGame, didStartNewTurnWithDiceRoll diceRoll: Int) { numberOfTurns += 1 print("Rolled a \(diceRoll)") } func gameDidEnd(_ game: DiceGame) { print("The game lasted for \(numberOfTurns) turns") } } let tracker = DiceGameTracker() let game = SnakesAndLadders() // game은 tracker가 DiceGameTracker타입이라는 것을 알 필요가 없다 game.delegate = tracker game.play() // Started a new game of Snakes and Ladders // The game is using a 6-sided dice // Rolled a 3 // Rolled a 5 // Rolled a 4 // Rolled a 5 // The game lasted for 4 turns
Extension으로 Protocol Conformance 추가하기
특정 타입의 소스 코드에 접근할 수 없어도 해당 타입이 새로운 프로토콜을 채택하고 준수하게 타입을 확장할 수 있다.
protocol TextRepresentable { var textualDescription: String { get } } // extension으로 프로토콜을 채택하고 준수하게 했다. extension Dice: TextRepresentable { var textualDescription: String { return "A \(sides)-sided dice" } }
조건에 부합할 때 프로토콜 준수하게 하기
제네릭 타입은 특정 조건 하에서만 프로토콜의 요구사항을 만족하게 할 수 있다. 타입을 확장해서 제네릭 타입이 프로토콜을 준수하게 할 때 제약들을 쓰면 된다.
extension Array: TextRepresentable where Element: TextRepresentable { var textualDescription: String { let itemsAsText = self.map { $0.textualDescription } return "[" + itemsAsText.joined(separator: ", ") + "]" } } let myDice = [d6, d12] print(myDice.textualDescription) // Prints "[A 6-sided dice, A 12-sided dice]"
Extension으로 프로토콜 채택 정의하기
타입이 이미 프로토콜의 요구사항을 충족하고 있는데 프로토콜을 채택하고 있지 않을 때 빈 extension 문으로 프로토콜을 채택하게 할 수 있다. 단순히 프로토콜의 요구사항을 충족한다고 프로토콜을 채택하고 있는 것은 아니기 때문에 명시적으로 프로토콜을 채택하고 있다고 명시해야 한다.
struct Hamster { var name: String var textualDescription: String { return "A hamster named \(name)" } } extension Hamster: TextRepresentable {} let simonTheHamster = Hamster(name: "Simon") let somethingTextRepresentable: TextRepresentable = simonTheHamster print(somethingTextRepresentable.textualDescription) // Prints "A hamster named Simon"
Synthesized Implementation
Swift는 여러 케이스에서 자동으로
Equatable
,Hashable
,Comparable
프로토콜을 준수하는 구현을 제공한다. 이를 통해 프로토콜을 준수하기 위해 코드를 작성하지 않아도 된다.Equatable
Equatable
을 구현한 구조체가 저장 프로퍼티만 갖고 있을 때Equatable
을 구현한 열거형이 연관 값만 가질 때- 연관 값을 가지지 않는 열거형
일 경우
Equatable
의 synthesized implementation을 제공한다.struct Vector3D: Equatable { var x = 0.0, y = 0.0, z = 0.0 } let twoThreeFour = Vector3D(x: 2.0, y: 3.0, z: 4.0) let anotherTwoThreeFour = Vector3D(x: 2.0, y: 3.0, z: 4.0) if twoThreeFour == anotherTwoThreeFour { print("These two vectors are also equivalent.") } // Prints "These two vectors are also equivalent."
Hashable
Hashable
을 구현한 구조체가 저장 프로퍼티만 갖고 있을 때Hashable
을 구현한 열거형이 연관 값만 가질 때- 연관 값을 가지지 않는 열거형
일 경우
Hashable
의 synthesized implementation을 제공한다.Comparable
원시 값을 갖지 않는 열거형일 경우
Comparable
의 synthesized implementation을 제공한다. 만약 열거형에 연관 타입이 있다면 모두Comparable
프로토콜을 준수해야 한다.enum SkillLevel: Comparable { case beginner case intermediate case expert(stars: Int) } var levels = [SkillLevel.intermediate, SkillLevel.beginner, SkillLevel.expert(stars: 5), SkillLevel.expert(stars: 3)] for level in levels.sorted() { print(level) } // Prints "beginner" // Prints "intermediate" // Prints "expert(stars: 3)" // Prints "expert(stars: 5)"
Protocol Inheritance
프로토콜은 하나 이상의 다른 프로토콜을 상속해서 요구사항을 추가할 수 있다.
protocol InheritingProtocol: SomeProtocol, AnotherProtocol { // protocol definition goes here }
Class-Only Protocols
프로토콜이 클래스 타입에서만 채택되게 할 수 있다.
AnyObject
프로토콜을 채택하게 하면 된다.protocol SomeClassOnlyProtocol: AnyObject, SomeInheritedProtocol { // class-only protocol definition goes here }
Protocol Composition
여러 프로토콜을 한 번에 준수하게 할 수 있다. 프로토콜 조합은 새로운 프로토콜 타입을 만들지 않는다.
SomeProtocol & AnotherProtocol
과 같이 작성하고, 여러 개의 프로토콜을 나열 할 수 있다. 여기에 하나의 클래스 타입을 추가할 수도 있다.protocol Named { var name: String { get } } protocol Aged { var age: Int { get } } struct Person: Named, Aged { var name: String var age: Int } func wishHappyBirthday(to celebrator: Named & Aged) { print("Happy birthday, \(celebrator.name), you're \(celebrator.age)!") } let birthdayPerson = Person(name: "Malcolm", age: 21) wishHappyBirthday(to: birthdayPerson) // Prints "Happy birthday, Malcolm, you're 21!"
Protocol Conformance 확인
is
,as
operator를 사용해서 프로토콜을 준수하는지 확인하고, 특정 프로토콜로 캐스팅할 수 있다.is
: 인스턴스가 프로토콜을 준수하면true
, 아닐 경우false
리턴as?
: 프로토콜 타입의 옵셔널 값을 리턴. 프로토콜을 준수하지 않을 경우nil
as!
: 프로토콜 타입으로의 다운캐스팅 후 forced-unwrapping. 실패할 경우 런타임 에러
protocol HasArea { var area: Double { get } } class Circle: HasArea { let pi = 3.1415927 var radius: Double var area: Double { return pi * radius * radius } init(radius: Double) { self.radius = radius } } class Country: HasArea { var area: Double init(area: Double) { self.area = area } } class Animal { var legs: Int init(legs: Int) { self.legs = legs } } let objects: [AnyObject] = [ Circle(radius: 2.0), Country(area: 243_610), Animal(legs: 4) ] for object in objects { if let objectWithArea = object as? HasArea { print("Area is \(objectWithArea.area)") } else { print("Something that doesn't have an area") } } // Area is 12.5663708 // Area is 243610.0 // Something that doesn't have an area
Optional Protocol 요구사항
프로토콜에 optional requirement를 정의할 수 있다. 이 요구사항은 프로토콜을 채택하는 타입에서 구현되지 않아도 된다. 프로토콜 정의에서
optional
키워드를 붙인다. 이 선택적인 요구사항을 정의한 프로토콜은objc
속성이 부여되어야 한다.@objc protocol CounterDataSource { @objc optional func increment(forCount count: Int) -> Int @objc optional var fixedIncrement: Int { get } } class Counter { var count = 0 var dataSource: CounterDataSource? func increment() { // dataSource에서 `increment`를 구현했는지 알 수 없기 때문에 옵셔널 체이닝을 사용한다. if let amount = dataSource?.increment?(forCount: count) { count += amount } else if let amount = dataSource?.fixedIncrement { count += amount } } }
Protocol Extensions
프로토콜은 메서드, 이니셜라이저, 서브스크립트, 연산 프로퍼티에 대한 구현을 제공하기 위해 확장될 수 있다. 이를 통해 각 타입에서 개별적으로 구현하지 않고 default 동작을 프로토콜에서 제공할 수 있다.
extension RandomNumberGenerator { func randomBool() -> Bool { return random() > 0.5 } } let generator = LinearCongruentialGenerator() print("Here's a random number: \(generator.random())") // Prints "Here's a random number: 0.3746499199817101" print("And here's a random Boolean: \(generator.randomBool())") // Prints "And here's a random Boolean: true"
Default Implementation 제공하기
만약 프로토콜을 채택한 타입에서 이미 default 구현이 있는 메서드 등을 따로 구현한다면 프로토콜에서 정의한 default 구현을 덮어쓰게 된다.
extension PrettyTextRepresentable { var prettyTextualDescription: String { return textualDescription } }
Protocol Extension에 제약 추가
프로토콜 extension을 정의할 때, 프로토콜을 준수하는 타입이 특정 조건을 만족할 때 extension 내부의 메서드와 프로퍼티를 사용할 수 있게 할 수 있다.. 이를
where
를 사용해서 프로토콜 extension에 정의한다.아래 코드는 요소들이
Equatable
프로토콜을 준수하는 컬렉션에서 사용할 수 있는 메서드를Collection
프로토콜 extension에 정의한 것이다.extension Collection where Element: Equatable { func allEqual() -> Bool { for element in self { if element != self.first { return false } } return true } }
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