Protocol في Swift — ما هو، بناء الجملة والإمكانيات

ما هو Protocol في Swift؟

Protocol هو واجهة مجردة تحدد ما يجب أن يكون النوع قادراً على فعله، ولكن ليس كيف يفعله. في Swift، البروتوكول مشابه للواجهات في Java أو Go، لكن مع إمكانيات إضافية.

يمكن للبروتوكول أن يطلب:

• دوال للكائن وللنوع (ثابتة)
• خصائص مع محددات { get } أو { get set }
• مبدئات
• مؤشرات فرعية
• أنواع مرتبطة (عامة على مستوى البروتوكول)

وفقاً لـ WWDC 2015، قدمت Apple البرمجة الموجهة بالبروتوكولات كنهج أساسي لهندسة تطبيقات Swift. على عكس OOP حيث تخلق وراثة الفئات تسلسلات هرمية صلبة، تقدم POP تركيب البروتوكولات. وهذا يوفر مرونة: يمكن لنوع واحد أن يتوافق مع بروتوكولات متعددة، ويحصل على متطلباتها وتطبيقاتها من خلال الامتدادات.

بناء جملة تعريف البروتوكولات

Protocol يُعرّف بالكلمة المفتاحية protocol واسم وجسم.

protocol Drawable {
    func draw(context: CGContext)
    var boundingBox: CGRect { get }
}

يتبنى النوع بروتوكولاً باستخدام نقطتين بعد اسمه:

struct Circle: Drawable {
    let center: CGPoint
    let radius: CGFloat

    func draw(context: CGContext) {
        context.addArc(center: center, radius: radius, ...)
    }

    var boundingBox: CGRect {
        CGRect(x: center.x - radius, y: center.y - radius,
               width: radius * 2, height: radius * 2)
    }
}

يمكن لنوع واحد أن يتبنى بروتوكولات متعددة مفصولة بفواصل: struct MyType: ProtocolA, ProtocolB. يتحقق المترجم من استيفاء جميع متطلبات كل بروتوكول.

متطلبات الخصائص والدوال

متطلبات الخصائص تُعلن بالكلمة المفتاحية var ومحددات الوصول { get } أو { get set }.

protocol UserProtocol {
    var name: String { get }
    var age: Int { get set }
    static var maxAge: Int { get }
    mutating func updateName(_ newName: String)
}

الكلمة المفتاحية mutating في البروتوكول تعني أن الدالة يمكنها تعديل self. يجب على الهياكل تنفيذ هذه الدالة بصفتها mutating، بينما يمكن للفئات حذفها. متطلبات الدوال تُعلن بتوقيع كامل يشمل تسميات المعاملات.

توريث البروتوكولات

Protocol يمكنه توريث بروتوكول آخر، مضيفاً متطلبات جديدة. وهذا يخلق تسلسلاً هرمياً من العقود دون ارتباط صارم بالفئات.

protocol Vehicle {
    var speed: Double { get set }
    func move()
}

protocol Flyable: Vehicle {
    var altitude: Double { get set }
    func takeOff()
}

النوع الذي يتبنى Flyable يجب أن يفي بمتطلبات كلا البروتوكولين — Vehicle و Flyable. Swift يدعم التوريث المتعدد للبروتوكولات: protocol A: B, C.

Protocol Composition

Protocol Composition هي آلية تتيح تحديد أن نوعاً ما يجب أن يتوافق مع بروتوكولات متعددة في وقت واحد، دون إنشاء بروتوكول جديد مُركّب.

func render(_ item: Drawable & Animatable) {
    item.draw(context: ...)
    item.animate(duration: 0.3)
}

التركيب (&) يعمل في معاملات الدوال والمتغيرات والقيود العامة. يتحقق المترجم من أن النوع المُمرر في وقت واحد يلبي جميع البروتوكولات. يُستخدم التركيب على نطاق واسع في SwiftUI: some View هو نوع عام مع تركيب.

Protocol Composition أفضل من إنشاء تسلسل هرمي للوراثة: بدلاً من protocol A: B, C يمكن تبنّي B & C مباشرة. وهذا يوفر مرونة ويقلل الاقتران. التركيب مفيد بشكل خاص في معاملات الدوال والقيود العامة حيث تحتاج إلى دمج المتطلبات مؤقتاً دون إنشاء بروتوكول وسيط. وهذا يقلل عدد الأنواع المساعدة في الكود.

البروتوكول كنوع

Protocol يمكن استخدامه كنوع لمتغير أو معامل دالة أو عنصر مجموعة. وهذا يُسمى النمط الوجودي.

var drawableItem: Drawable
let items: [Drawable] = [Circle(...), Rectangle(...)]

func process(drawables: [any Drawable]) {
    for item in drawables {
        item.draw(context: ...)
    }
}

الكلمة المفتاحية any (Swift 5.6+) تُحدد صراحة النمط الوجودي. بدون any، يُصدر المترجم تحذيراً. Swift يدعم أيضاً some (الأنواع غير الشفافة) لإخفاء النوع الملموس خلف بروتوكول — وهذا نهج قياسي في SwiftUI.

الأخطاء الشائعة مع البروتوكولات

عند العمل مع البروتوكولات، يرتكب المطورون غالباً عدة أخطاء متكررة.

• نسيان mutating — دالة مُعلَمة كـ mutating في البروتوكول، لكن الهيكل ينفذها بدون الكلمة المفتاحية
• البروتوكول كنوع بدلاً من النوع العام — استخدام Drawable بدلاً من <T: Drawable> حيث نحتاج نوعاً ملموساً
• مرجع بروتوكول دائري — بروتوكول يشير إلى نفسه من خلال نوع مرتبط بدون حل صحيح
• بروتوكول للفئات فقط — استخدام AnyObject دون داعٍ مما يستثني الهياكل والتعدادات