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[cocoa][swift]SwiftのOptionalを理解する

村上幸雄

iOSアプリケーション開発を主な業務としているが、チームの都合でObjective-Cを選択している。そんなSwiftに不慣れな自分にとって厄介なのはOptional。色んな場面で様々な形式で出てくるため混乱する。そこで自分自身がOptionalを習得するため、自分が見つけられたOptional関連のコードを飼料化してみた。

# 無
プログラミングが生まれた頃から、様々な方法で無を表現することが試みられている。

- Lispでは、無を表すものとしてnilを用意。
- C言語では、空ポインタとしてNULLマクロを定義。
- Objective-Cでは、空idとしてnilが用意され、画期的なのはnilにメッセージを送信しても無視されるだけでエラーにならない！
- SwiftのnilはObjective-Cとの互換。Cocoaフレームワークを利用するためか。

Lispは実装方法によるが内部ではnilを値と要素の二通りがあるようだ。
それと比較して、C言語は質実剛健。簡素で実用的だ。

var a : Int = 1
var b : Int? = 2
a = nil  // エラー
b = nil  // OK
b = Int(“abcd”)  // nil
var c : Optional<Int> = 3  // パラメータ付き型指定

SwiftでOptionalといえばInt?と型に?がついた宣言ということになるが、厳密にはパラメータ付き型指定の糖衣構文とうことになる。Optional変数にはnilを代入することが出来るが、Optional出ない型とは異なる型ということになる。

# 開示（unwrap）
Optional変数に!をつけると、Optionalでない変数に変えられる。Optional変数がnilだったら実行時にエラーとなる。
C言語のポインターに近い挙動ということか。

var a : Int? = 1234
var b : Int = a - 2  // 型が異なるのでコンパイル・エラー
var b : Int = a! - 2  // 開示指定する
a = nil
b = a! - 2  // 実行時エラー
a = 5678
if a != nil {
   print(“\(a!)”)  // 開示指定が必要
}
print(String(describing: a))  // Debug目的で

# オプショナル束縛構文 optional binding
C言語のNULLチェックをして利用するというパターン化されたコードをスマートにしたのが、オプショナル束縛構文 か？

var num : Int? = 1234
if let n = num {
   print(“\(n)”)
}
if var n = Int(“1234”) {
   n += 5678
   print(“\(n)”)
}
if let n = Int(“1234”), let m = Int(“5678”) {
   print(“\(n + m)”)
}
var a : Int? = 1
while let n = a {
   a = nil
}

# guard文
if分によってインデントが深くなることを避けるため、例えば、関数の先頭でNULLチェックをして、NULLだったら直ぐにreturnするというパターン化されたコードがあるが、これのために用意されたのが、guard文。オプショナル束縛構文の糖衣構文ということのようだ。

guard 条件 else { /* breakやreturn */ }
func demo(_ num:Int?) {
   guard let n = num else { return }
   print(“\(n)”)  // 変数nが使える
}

# nil合体演算子
三項演算子で値がnilなら指定した値を、nilでない場合はその値を返すというパターン化されたコードが必要になると思うが、これについても糖衣構文が用意されている。

let n : Int? = 1234
let m = (n != nil) ? n! : 0
let m = n ?? 0
let a : Int? = nil
let b : Int? = nil
let c : Int? = 3
let = a ?? b ?? c ?? 0  // cの値

# inout引数
Swiftの関数は、C言語と同様に値渡しだが、C++の参照渡しに相当するのがinout引数。
ただ、実引数に&をつけることから、C言語のポインターの値渡しをポインターであることを隠蔽した構文ということかなと思う。

func demo(_ p: inout Int?) {
   p = nil
}
var n: Int? = 1234
demo(&n)
print(n ?? “nil”)
func test(_ num: inout Int) {
   num = 0
}
n = 5678
test(&n!)  // nがnilだと実行時エラー
print(n ?? “nil”)

実引数が計算型プロパティだった場合は、関数内での変更はコピーに対して行われる。

# 有値オプショナル型 (IUO)
有値オプショナル型 (implicitly unwapped optional) は、オプショナル型だが、値が格納されていることが分かっている場合のための構文。
おそらく、Objective-C / Cocoa との互換性のためのもので、例えば、InterfaceBuilderのOutletなどで利用されいるようだ。

let n : Int! = 1234
print(“\(n)”)  // 開示指定は不要
var m : Int! = nil
m += 5678  // 実行時エラー
print(“\(m)”)

# 失敗のあるイニシャライザ
自分の調査が足りなかったら申し訳ないで、Swiftが登場した当初、Optional型とはNSObjectを継承したクラスだったと思うが、言語的には曖昧だと思う。このOptional型の定義を厳密にするために用意されたのが、失敗のあるイニシャライザ ということか？

struct Demo {
   var a = 0
   init?(_ n:Int) {
       if n < 0 {
           return nil
       }
       a = n
   }
   init() {
       a = 1234
   }
}
var p: Demo = Demo()
var q: Demo? = Demo(5678)

# キャスト演算子
Swiftの言語仕様書のOptionalの章に含まれるものではないようだが、Optionalの話で大事な構文がキャスト演算子だ。列挙してみる。

- 式 is T
  型/プロトコルTなら真
- 式 as T
  型/プロトコルTにキャスト
- 式 as? T
  型/プロトコルTのオプショナルにキャスト
  失敗した場合はnil
- 式 as! T
  型/プロトコルTにキャスト
  失敗した場合は実行時エラー

# オプショナルチェーン optional chaining
オプショナル束縛構文は、続けて記述できる。

// 辿っている途中でnilがあれば、
// そこで止まり全体でnilとなる。
if let name = who?.club?.teacher?.name {
   print(name)
}

【関連情報】
- Cocoa Advent Calendar 2018
- Cocoa.swift 2019-01
- Cocoa.swift
- Cocoa勉強会 関東
- Cocoa練習帳
- Qiita

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