Swiftの型推論を利用する

Swiftの型推論を利用する

Swiftは、型の安全性を損なうことなく、クリーンで簡潔なコードを書くために役立つ型推論を使用しています。型推論のパズルを解くためにコンパイラがどのようにヒントを探し当てるかをお伝えします。また、コンパイラが解決できない時にはどうするか、コンパイル時間において間違いを理解し、訂正するのに役に立つ、Xcode 12のエラートラッキング統合方法についてもお伝えします。

リソース
- The Swift Programming Language
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WWDC20
- SwiftUIにおけるAppの重要事項
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“ようこそ　WWDC2020へ”
こんにちは　ようこそWWDCへ “Swiftの型推論を利用する” こんにちは Swiftコンパイラチームの技術者ホリーです “Swiftの型推論を利用する”へようこそ Swiftは型推論を使うことで― コードの安全面を損なわずに構文を簡略化できますこのセッションでは “型推論をいつ活用するか” “型推論がコンパイラでどう働くのか” “型推論をSwiftとXcodeで使って” “コードのコンパイラエラーを修正する方法”を学びます本題の前に“型推論”をおさらいします型推論を使うとコンパイラがソースコードの文脈から詳細が特定できる場合は― 明白な型アノテーションと冗長な詳細を省略できますこの例ではソースコードに “x”の型は書かれていませんしかし代入で得られた値を基にした文字列― すなわち文字列リテラルだとコンパイラは判断できます “x”の後ろにコロンで型アノテーションを書き明確にすることもできますまたas演算子で文字列を強制型変換することもできます例は短いですが SwiftUIプロジェクトのように― コードが型推論に大きく依存する場合に威力を発揮します SwiftUIアプリケーションの複雑なインターフェイスの多くは― 小さな再利用可能ビューの組み合わせですこうしたコードは再利用できる構成要素の呼び出し領域で型推論に依存します最初に呼び出し領域で型推論を活用する― SwiftUIアプリケーションのコードを見ていきます次にコンパイラが型推論のパズルを解く仕組みを学びます最後に SwiftコンパイラとXcodeを使って― コード内のコンパイラエラーを修正する方法を学びますこれは作成中のスムージー注文アプリケーション “Fruta”です右手のプレビューでスムージーリストが表示されていますが―
スムージーを検索できる機能を追加したいです現在のリストの実装方法を見てみます
bodyはスムージーの配列から SwiftUI Listを作成し― SmoothieRowViewに各スムージーをマッピングしています検索機能を追加するには― 検索する文字列を基にスムージーにフィルタをかけますそのため文字列を保存する Stateプロパティが必要です FilteredListという再利用可能ビューを構築しましたリストに似ていますが― フィルタ方法を特定するイニシャライザに２つの引数を渡せます
１つ目はフィルタをかけたいスムージーのプロパティの“KeyPath” ２つ目はそのプロパティを基にしたリストにスムージーを含むか演算する機能です
例ではスムージーをtitleでフィルタにかけて searchPhraseを部分文字列に持つスムージーを含みます hasSubstringメソッドは titleがsearchPhraseを持つか確認し― searchPhraseが空の文字列だった場合 trueで返します
明白ではありませんが― FilteredListイニシャライザの呼び出しは型推論に強く依存しています何がこのコードの型推論への依存を引き起こすのかそしてコード簡略化のための呼び出し領域の型推論の仕組みを説明します呼び出し領域から省略されている付随情報を理解するため― FilteredListの宣言とそのイニシャライザを見てみます FilteredListは汎用ビューで― どんなタイプのデータや内容でも顧客に応じて使えるはずですジェネリクスによって柔軟性を実現しました導入した３つのパラメータはプレースホルダで呼び出し領域で実際の型に変換されますこの型は正式には“具象型”といい― 呼び出し領域で特定されるかもしくはコンパイラが判断します今回 Elementはデータ配列の要素の型のプレースホルダ FilterKeyはフィルタがかかるElementの特定のプロパティの型のプレースホルダ RowContentはリスト表示されるビューの型のプレースホルダですイニシャライザのパラメータリストに以上の３つの型パラメータを使いますこの型パラメータが表示される位置が― 呼び出し領域で型推論を活用できる場所ですコンパイラが置き換える型パラメータを判断する引数を与えますその仕組みは後ほど説明するとして― リスト構築時のパラメータの型に焦点を当てますまず FilteredListはマップするデータ― Elementの配列で初期値に設定されます
次のパラメータはフィルタがかかった Elementのプロパティで― Elementのベース型のKeyPathと FilterKeyの値型です
次のパラメータは isIncludedクロージャで― この関数の型にFilterKeyを入力すると Boolを返します FilteredListのプロパティに保存するので― escaping属性にします
最後のパラメータはデータ要素をビューにマップするクロージャで― この関数の型にElementを入力すると RowContentを返しますこのクロージャも保存するために escaping属性にします
このパラメータは“ViewBuilder”とマークされクロージャの引数で SwiftUI DSLの構文を実現します SwiftUI DSLは複数の子ビューを― クロージャのbodyでリスト化することで宣言できます ViewBuilderは親ビュー用に子ビューを１つにまとめますこれがFilteredListの完全なイニシャライザです FilteredListが初期化されると― 型パラメータが具象型に置き換えられます SmoothieListの呼び出し領域とイニシャライザを並べて― 型推論に依存している様子を確認しましょう
呼び出し領域はとても簡素で― 明白な型アノテーションは書かれていませんそれでもFilteredListの各型パラメータに対し具象型を判断するための情報をコンパイラは得ていますコード上ですべての型を明確に定義したら呼び出し領域はどうなるでしょうか型パラメータのプレースホルダを使い― 具象型を埋めるためどこで型推論が必要か明記しますまず FilteredListの３つの型パラメータは― “FilteredList”の後ろの呼び出し領域にカッコで明記されます
最初のパラメータはElementの配列ですが “smoothies”の引数の後に as演算子で特定します
２つ目のパラメータでは “Element”はKeyPathのベース型です KeyPathリテラルのベース型を― バックスラッシュとドットの間に明記します
KeyPathの型全体は後ろにas演算子を添えて特定します
次にisIncludedクロージャの型は― クロージャのbodyに型アノテーションで明記します最後にRowContentクロージャの型も― bodyに型アノテーションで特定します
私が最初に書いたソースコードは冗長な型アノテーションが多く― 型推論で埋めるプレースホルダも多く含まれていましたそこで各プレースホルダに何が入るか手動で確認せずに― 型推論を活用して各型を特定することにしましたつまり型推論を使えばソースコードを早く書けるのです型のスペルを正確に知っている必要がないからですではプレースホルダに入る型をコンパイラはどう判断するのでしょうか型推論をパズルだと考えてください型推論のアルゴリズムはソースコードの手がかりから― 足りないピースを埋めてパズルを解きます
１つピースを埋めると残りのピースが見えてきます
ソースコード内の手がかりを使い― コンパイラの型推論と同じようにパズルを解いてみましょうまず“smoothies”の引数から “Element”に入るものが分かります “smoothies”は型を持つプロパティであり― QuickHelpで“Smoothie”の要素の配列だと確認できますそこで“Element”に“Smoothie”が入ります
Elementのプレースホルダの１つを埋めたら― Elementのプレースホルダをすべて“Smoothie”に置き換えます
Elementのプレースホルダを埋めると― FilterKeyの具象型が見えました KeyPathリテラルは“Smoothie.title”を参照していますね QuickHelpを使うと “Smoothie.title”は文字列だと分かるので― FilterKeyには“String”が入ります FilterKeyが何か分かったので― 他のFilterKeyのプレースホルダも “String”に置き換えます
最後のピースは“RowContent”で― 後端のViewBuilderクロージャの戻り値の型です
クロージャはこのbodyに１つのビューしか持たないので― “SmoothieRowView”の型を持つ子ビューを１つ返しますここで“RowContent”が何か分かったので― 最後のプレースホルダを “SmoothieRowView”に置き換えますこれでパズルの最後のピースが解けましたコンパイラはコード内でこのように型推論を行います皆さんが書いたコードがコンパイラの手がかりですアルゴリズムを進めていくと次々と情報が見えてきますしかし手がかりからコンパイラが推論した具象型のプレースホルダが― 残りのパズルと符号しない可能性もあります合わないピースがあるとパズルは解けませんこれはソースコードエラーを意味しますではパズルを解く時にソースコードエラーがあると― 型推論戦略はどう変更するか説明しますそれからツールでエラーを見つけて修正する方法を説明しますコンパイラはFilterKeyの具象型をどこで推論するのか― 先ほどの手順を振り返ります KeyPathのベース型は “Smoothie”だと判断し― “Smoothie.title”の型を調べて FilterKeyの具象型を見つけました KeyPathリテラルに誤ったプロパティを使っていたら― FilterKeyの型を誤ったプロパティの型だと判断するでしょうこの例ではBoolですそして同じ誤った型を FilterKeyのプレースホルダに入れます isIncludedクロージャでのこのBool型の使われ方を見れば― BoolはhasSubstringメソッドを持たないため違うと分かりますコンパイラはエラー箇所を報告します “エラー” 私たちが書くコードにミスは付き物ですプログラミング言語とツールは人間の限界を踏まえて設計されるべきです Swiftコンパイラは型推論アルゴリズムにエラー追跡を統合し― ミスを見つけて通知するよう設計されています型推論の際に発生したエラー情報をコンパイラはすべて記録し― 型推論を進めるため発見的探索法でエラーを修正します型推論が完了すると収集したエラーをすべて報告しますソースコードのエラーを自動修正するために実行可能な修正案や― エラーにつながると判断した具象型についてノートを残します Xcode 11.4のSwift 5.2 または Xcode 12のSwift 5.3で― 統合されたエラー追跡は多数のエラーメッセージを導入しましたこのコンパイラはエラーメッセージを活用した新戦略を使用します誰もがエラーを修正しようとしてイライラした経験がありますよねこのエラーメッセージはあなたのパートナーになって― ミスの発見と修正を手伝ってくれますエラーがある状態で先に進ませることはしませんではXcodeでSwiftコードを書く時にエラー修正する方法を見ていきますコードを書く前にXcodeのメニューにある― “Behaviors”の“Edit Behaviors”を開きますビルド失敗時に自動でIssue Navigatorが表示されるBehaviorを追加しますこれでビルドに失敗したら必ずエラーが表示されるようになりました SmoothieListの現在の実装とプレビューです追加したFilteredListが Project Navigatorにありますが― リストを置き換える前に検索フィールドを追加する必要があります検索フレーズを保存する Stateプロパティは追加済みです VStackのリストの上部に TextFieldを追加し―
titleを“Search”にして “searchPhrase”に渡します “Command+B”でビルドしミスがないことを確かめます今追加したコードの行にコンパイラエラーが出ましたクリックしてエラーを確認します
どうやら私が使った引数はStringで― TextFieldイニシャライザのパラメータ型の Bindingと互換性がないようです検索フィールドに渡す値を間違えていました Swiftコンパイラは Bindingの互換性のある型を見つけ― “$”を使うことで修正できると教えてくれています
次にリストを新しいFilteredListに置き換えて―
再度ビルドしてミスがないか確かめます
別のエラーが出ましたエラーを開くと“Smoothie”が― FilteredListの要件の“Identifiable”に準拠していないとのことコードに“Identifiable”と書いていないのになぜでしょうか
左側のIssue Navigatorにエラーのコンパイラノートがあります新しいエラー追跡では型推論中にエラーを見つけた時の事象を― コンパイラが情報として記録しますコンパイラノートという手がかりを残すことで― コードの違う部分を確認できますこれによって Source Editorのエラーと― プロジェクトの別ファイルの不可欠な情報とが結び付きます Xcode 12のSwift 5.3にはさらにノートが増えていますノートをエラーと並べて見たいので― まず“Command+Enter”でキャンバスを閉じます次に“Option+Shift”を押しながら― ノートをクリックし “Destination Chooser”を表示しますカーソルを右へ移動させて“Enter”を押し新規エディタでファイルを開きますこれはFilteredListの宣言ですノートを開くと Elementの具象型は “Smoothie”と推論されていると分かりますこの宣言を見るとElementまたはSmoothieは “Identifiable”の準拠が必須です FilteredListで試す前に Smoothieを準拠させ忘れていました左側の“Smoothie”を“Command+クリック”し “Jump to Definition”で移動し― “Identifiable”に準拠させます Smoothieは “id”のプロパティを持つので― “Identifiable”のプロトコルの要件は実装済みです念のため再度ビルドしてエラーを修正できたことを確認しますエラーがなくなりました右のエディタを閉じ― “Back”を押してSmoothieListに戻ります FilteredListイニシャライザの引数に QuickHelpを使うと― コンパイラが推論した具象型が表示されます “Option+クリック”でKeyPathリテラルに QuickHelpを試します
型推論のパズルを解いた時のように― 推論したKeyPathのベース型を基に titleの型を“String”と判断しましたコンパイラは上の行のSmoothieの引数を基にベース型を“Smoothie”と判断しています
最後にキャンバスでフィルタが成功するか確かめます “Command+Option+Enter”でキャンバスに戻ります
検索バーにテキストが入ったプレビュープロバイダの― 別のプレビューも追加します
プレビュープロバイダはテストしたい検索フレーズを反復しますこの例では空白の文字列と“Berry”です “Command+Option+P”でプレビューをリフレッシュすると― 成功を確認できました下のプレビューの検索バーに“Berry”と書かれ名前に“Berry”が付くスムージーのみ表示されましたコードに誤字や入力ミスがあると― コンパイラから実行可能なエラーメッセージが出ます新しく統合されたエラー追跡で― コンパイラはより多くのエラー情報を集められますそしてそれをノートとして表示します Xcode 12のSwift 5.3の改良点のごく一部を紹介しましたこのセッションでは再利用可能ビューでインターフェイスを作ると― SwiftUIコードは型推論に依存していると分かりました次にソースコードの手がかりから型推論がどのように考えて― 省略された情報を判断しているかを学びました最後に型推論アルゴリズムにエラー追跡を統合することで― コンパイラは多くの情報を記録しエラーメッセージを残すと学びましたエラーの発見と修正に役立ちます統合されたエラー追跡の詳細は Swiftブログの― “New Diagnostic Architecture”をお読みください SwiftUIビューの構築は― developer.apple.comの SwiftUIチュートリアルがお薦めです Swiftのジェネリクスの詳細については― WWDC2018の“Swift Generics”をご覧くださいありがとうございました

import SwiftUI

struct SmoothieList: View {
    var smoothies: [Smoothie]
    
    @State var searchPhrase = ""

    var body: some View {
        FilteredList(
            smoothies,
            filterBy: \.title,
            isIncluded: { title in title.hasSubstring(searchPhrase) }
        ) { smoothie in
            SmoothieRowView(smoothie: smoothie)
        }
    }
}

extension String {
    /// Returns `true` if this string contains the provided substring,
    /// or if the substring is empty. Otherwise, returns `false`.
    ///
    /// - Parameter substring: The substring to search for within
    ///   this string.
    func hasSubstring(_ substring: String) -> Bool {
        substring.isEmpty || contains(substring)
    }
}

3:53 - FilteredList

import SwiftUI

public struct FilteredList<Element, FilterKey, RowContent>: View
        where Element: Identifiable, RowContent: View {

    private let data: [Element]
    private let filterKey: KeyPath<Element, FilterKey>
    private let isIncluded: (FilterKey) -> Bool
    private let rowContent: (Element) -> RowContent

    public init(
        _ data: [Element],
        filterBy key: KeyPath<Element, FilterKey>,
        isIncluded: @escaping (FilterKey) -> Bool,
        @ViewBuilder rowContent: @escaping (Element) -> RowContent
    ) {
        self.data = data
        self.filterKey = key
        self.isIncluded = isIncluded
        self.rowContent = rowContent
    }

    public var body: some View {
        let filteredData = data.filter {
            isIncluded($0[keyPath: filterKey])
        }

        return List(filteredData, rowContent: rowContent)
    }
}

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