Comment définir des fonctions génériques et utiliser des types génériques en Swift ?

En Swift, une fonction générique est définie en incluant un espace réservé pour le type, généralement représenté par T, entre deux chevrons, juste après le nom de la fonction. Cet espace réservé est ensuite utilisé à la place de toute définition de type dans les paramètres, le type de retour ou même à l'intérieur de la fonction elle-même. Ce mécanisme permet de créer des fonctions qui peuvent travailler avec n'importe quel type de données, sans avoir à spécifier de manière explicite le type exact utilisé. Il est crucial de comprendre qu'une fois qu'un espace réservé est défini comme type, tous les autres espaces réservés assumant ce type devront s'y conformer. Autrement dit, toute variable ou constante définie avec cet espace réservé doit correspondre à ce type.

Il n'y a rien de spécial à propos du T en soi ; nous pourrions tout à fait utiliser n'importe quel identifiant valide à la place de T. Par exemple, des noms plus descriptifs comme key ou value, que l'on trouve dans le cas des dictionnaires en Swift, peuvent également être utilisés pour plus de clarté. Voici deux définitions tout à fait valides d’une fonction générique :

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func swapGeneric(a: inout T, b: inout T) { // Déclaration avec T

    // Instructions
}
func swapGeneric(a: inout xyz, b: inout xyz) { // Déclaration avec xyz
    // Instructions
}

Dans la plupart des documentations, les espaces réservés génériques sont définis soit par T (pour "type") soit par E (pour "élément"). Pour la simplicité de ce chapitre, nous continuerons à utiliser T pour définir ces espaces réservés. Il est également recommandé d’utiliser T dans tout votre code pour faciliter la reconnaissance des types génériques lorsque vous reviendrez sur le code plus tard. Si vous n'aimez pas utiliser T ou E, veillez à rester cohérent dans votre choix à travers le code.

Lorsqu'il est nécessaire d'utiliser plusieurs types génériques dans une même fonction, ces derniers peuvent être définis en les séparant par des virgules. L'exemple suivant montre comment définir plusieurs espaces réservés pour une seule fonction :

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func testGeneric(a: T, b: E) {
    // Code
}

Ici, nous définissons deux espaces réservés génériques, T et E. Ces espaces peuvent être assignés à différents types, permettant ainsi à la fonction de travailler avec des paramètres de types distincts.

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var a = 5
var b = 10
swapGeneric(a: &a, b: &b)
print("a:\(a) b:\(b)")

L'exécution de ce code donnera le résultat suivant : a: 10 b: 5. Comme on peut le constater, il n'est pas nécessaire de spécifier le type lors de l'appel de la fonction générique. Le type est inféré à partir du premier argument passé.

Si, à la place de deux entiers, nous voulons échanger deux chaînes de caractères, nous utilisons exactement la même fonction, mais avec des valeurs de type String :

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var c = "My String 1"

var d = "My String 2"
swapGeneric(a: &c, b: &d)
print("c:\(c) d:\(d)")

Il est impossible de passer deux types différents à cette fonction car nous avons défini un seul espace réservé générique. Si l'on tente de passer à la fonction des types différents, comme dans cet exemple :

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var a = 5
var c = "My String 1"
swapGeneric(a: &a, b: &c)

Le compilateur générera une erreur indiquant que nous ne pouvons pas convertir une valeur de type String en type Int, car la fonction attend des paramètres du même type.

Il existe également des limitations supplémentaires avec les génériques. Par exemple, la fonction suivante, qui compare deux éléments de même type, pourrait sembler valide :

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func genericEqual(a: T, b: T) -> Bool {

    return a == b
}

Cependant, cette fonction génère une erreur, car Swift ne sait pas si le type des éléments passe ou non le protocole Comparable. C'est là que les contraintes de type entrent en jeu.

Les contraintes de type permettent de spécifier que le type générique doit provenir d'une classe particulière ou se conformer à un protocole spécifique. Cela permet d'utiliser les méthodes ou propriétés définies par cette classe ou ce protocole dans la fonction générique. Voici un exemple de fonction générique avec une contrainte de type basée sur le protocole Comparable :

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func testGenericComparable(a: T, b: T) -> Bool where T: Comparable {

    return a == b
}

La contrainte de type est définie après l'espace réservé générique, séparée par un :. Cela indique que le type T doit être conforme au protocole Comparable. Cette fonction comparera les deux éléments et retournera true si ils sont égaux, et false dans le cas contraire.

Il est possible de définir plusieurs contraintes sur un même type générique en les séparant par des virgules. Voici un exemple de fonction générique avec plusieurs contraintes de type :

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func testFunction(a: T, b: E) where T: MyClass, E: MyProtocol {

    // Instructions
}

Ici, le type T doit hériter de MyClass et le type E doit être conforme au protocole MyProtocol.

Une fois que l'on maîtrise les fonctions génériques, il est également possible de créer des types génériques. Un type générique est une classe, une structure ou une énumération qui peut travailler avec n'importe quel type, tout comme le fait une Array ou un Dictionary en Swift. Lorsqu'on crée une instance d'un type générique, on définit le type avec lequel l'instance va travailler. Après avoir défini ce type, il n'est plus possible de changer de type pour cette instance.

Prenons l'exemple de la création d'une classe générique List qui utilise un tableau Swift comme stockage. Voici comment définir une classe générique :

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class List<T> {
    private var items = [T]()
}

Le T dans ce cas représente le type des éléments stockés dans le tableau interne items. Lors de la création d'une instance de cette classe, on spécifie le type d'éléments que la liste va contenir :

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var stringList = List<String>()

var intList = List<Int>()
var customList = List<MyObject>()

Chacune de ces instances de List peut être utilisée avec un type spécifique, comme String, Int ou MyObject. Une fois le type défini, on ne peut plus changer de type pour cette instance particulière.

Les types génériques ne sont pas limités aux classes. Il est également possible de définir des structures et des énumérations génériques. Voici comment une structure ou une énumération générique pourrait être définie :

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struct GenericStruct<T> { }
enum GenericEnum<T> { }

Comment implémenter la fonctionnalité Copy-on-Write dans une structure de données de type Queue

Dans la conception d'un système de gestion de données, l'un des défis réside dans l'efficacité de la manipulation des objets et de la gestion de la mémoire, en particulier lorsqu'il s'agit de structures de données partagées entre plusieurs composants. Une technique courante pour résoudre ce problème est l'implémentation du "copy-on-write" (COW), qui permet d'éviter des copies inutiles de données tout en garantissant l'intégrité des objets partagés. Cette fonctionnalité peut être particulièrement utile pour optimiser la gestion des ressources mémoire dans des systèmes complexes.

Imaginons une structure de données simple : une file d'attente (queue). Cette structure est souvent utilisée pour gérer des éléments de manière séquentielle, où l’on ajoute des éléments à la fin de la file et on en retire à partir du début. En Swift, les structures de données sont généralement passées par valeur, ce qui signifie que lorsqu'une instance de la file d'attente est assignée à une autre variable, une copie est effectuée. Cependant, cette copie peut devenir coûteuse en termes de performances, surtout si la file d'attente contient une grande quantité de données. C'est là que le concept de copy-on-write entre en jeu.

Pour implémenter cette fonctionnalité, nous commençons par définir une classe BackendQueue, qui servira de base pour notre type de file d'attente. La classe contient une liste d'éléments, qui est initialement vide. Elle dispose de deux initialisateurs : un public, permettant de créer une instance sans éléments, et un privé, qui permet de créer une instance avec un tableau d'éléments déjà peuplé.

Voici l'implémentation de la classe BackendQueue :

swift
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fileprivate class BackendQueue {

    private var items = [T]()
    public init() {}
    private init(_ items: [T]) {
        self.items = items
    }

    public func addItem(item: T) {

        items.append(item)
    }
    public func getItem() -> T? {
        if items.count > 0 {
            return items.remove(at: 0)
        } else {
            return nil
        }
    }
    public func count() -> Int {
        return items.count
    }

    public func copy() -> BackendQueue {

        return BackendQueue(items)
    }
}

Cette classe est conçue pour être utilisée en interne dans notre type de file d'attente, et le fait d'utiliser un initialiseur privé garantit que la logique de copie reste encapsulée dans la classe elle-même. L'implémentation du copy() permet de créer une copie de l'instance, préservant ainsi les données tout en permettant de manipuler des copies sans affecter les instances originales.

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struct Queue {

    private var internalQueue = BackendQueue()

    mutating private func checkUniquelyReferencedInternalQueue() {

        if !isKnownUniquelyReferenced(&internalQueue) {

            internalQueue = internalQueue.copy()
            print("Making a copy of internalQueue")
        } else {
            print("Not making a copy of internalQueue")
        }
    }
    public mutating func addItem(item: Int) {
        checkUniquelyReferencedInternalQueue()
        internalQueue.addItem(item: item)
    }

    public mutating func getItem() -> Int? {

        checkUniquelyReferencedInternalQueue()
        return internalQueue.getItem()
    }
    public func count() -> Int {
        return internalQueue.count()
    }
    mutating public func uniquelyReferenced() -> Bool {
        return isKnownUniquelyReferenced(&internalQueue)
    }
}

La méthode checkUniquelyReferencedInternalQueue() utilise la fonction isKnownUniquelyReferenced(), qui permet de vérifier si l'instance de internalQueue est référencée de manière unique. Si ce n'est pas le cas, cela signifie que l'instance de Queue a été copiée, et donc une nouvelle copie de BackendQueue est créée afin de garantir l'isolement des données. Si l'instance de internalQueue est référencée de manière unique, aucune copie n'est effectuée.

Voici un exemple d’utilisation de cette fonctionnalité dans un programme :

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var queue1 = Queue()
queue1.addItem(item: 1)
var queue2 = queue1
queue2.addItem(item: 2)
print(queue1.uniquelyReferenced()) // Affichera false, car queue1 et queue2 partagent la même référence à internalQueue

Dans cet exemple, lorsque queue1 est assignée à queue2, les deux instances font référence à la même instance de BackendQueue. Lorsque l’on ajoute un élément à queue2, la méthode checkUniquelyReferencedInternalQueue() vérifie que les deux variables partagent la même référence et crée une nouvelle copie de BackendQueue, assurant ainsi que queue1 et queue2 sont indépendantes l’une de l’autre.

Ce qu'il faut retenir

L'implémentation du mécanisme "copy-on-write" dans des structures de données comme une file d'attente permet de réduire les coûts liés à la gestion de la mémoire et d'optimiser les performances lorsque des copies de données sont nécessaires. L'essentiel réside dans le fait que les copies ne sont créées que lorsque plusieurs références à une même instance existent, ce qui évite des duplications inutiles. Ce mécanisme est un bon exemple de la manière dont des concepts comme la gestion des références et des copies peuvent être utilisés efficacement dans des langages comme Swift pour construire des systèmes plus performants et maintenables.

Comment gérer les erreurs et la disponibilité dans Swift : gestion des erreurs avancée et gestion de la compatibilité des versions

En Swift, la gestion des erreurs est un élément fondamental qui permet de contrôler les dysfonctionnements tout en maintenant une application fonctionnelle. Il est essentiel de garantir que toutes les opérations nécessaires de nettoyage soient effectuées, même si une erreur est levée. Par exemple, lorsqu'un fichier est ouvert pour y écrire, il est crucial de s'assurer qu'il sera toujours fermé, même si une erreur survient durant l'écriture. Dans ce cas, l'utilisation d'un bloc defer permet de s'assurer que le fichier sera fermé avant de quitter le scope actuel, offrant ainsi une gestion robuste et sûre des ressources.

Un autre aspect essentiel de la gestion des erreurs est la réduction des répétitions de code. Par exemple, si une erreur est liée à un numéro de joueur trop élevé ou trop bas, la logique des deux erreurs peut se ressembler. Au lieu de dupliquer le code de traitement des erreurs, Swift propose l'utilisation des clauses catch multi-modèles. Cela permet de traiter plusieurs erreurs avec une seule clause catch, réduisant ainsi le code redondant. Un exemple de ce concept est la gestion simultanée des erreurs liées aux numéros trop élevés ou trop bas dans une équipe de baseball :

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do {

    try myTeam.addPlayer(player: ("David", "Ortiz", 34))

} catch PlayerNumberError.numberTooHigh(let description), PlayerNumberError.numberTooLow(let description) {

    print("Error: \(description)")
} catch PlayerNumberError.numberAlreadyAssigned {
    print("Error: number already assigned")
} catch {
    print("Error: Unknown Error")
}

Ici, les erreurs numberTooHigh et numberTooLow sont capturées par une seule clause catch, et le message d'erreur est imprimé dans un format uniforme, ce qui permet de gagner en clarté et en efficacité.

En plus de l'optimisation du code de gestion des erreurs, Swift permet désormais de définir des erreurs typées avec les throws typés. Dans les versions précédentes de Swift, une fonction pouvait seulement déclarer qu'elle pouvait générer une erreur sans spécifier de type d'erreur, ce qui rendait la gestion des erreurs moins précise. Avec les throws typés, il est désormais possible de définir des fonctions qui lancent des erreurs spécifiques, permettant ainsi un meilleur contrôle et une meilleure gestion des erreurs au sein des applications. Par exemple, une fonction peut déclarer explicitement qu'elle lèvera une erreur de type PlayerNumberError :

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mutating func addPlayer(player: BaseballPlayer) throws(PlayerNumberError) {

    // Code pour ajouter un joueur
}

Cela permet aux développeurs de mieux comprendre et gérer les types d'erreurs qui peuvent survenir dans une fonction donnée. De plus, Swift offre une certaine flexibilité avec les throws non typés, ce qui peut être utile dans certains cas spécifiques où les erreurs sont plus génériques.

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if #available(iOS 16.0, OSX 14.10, watchOS 9, *) {
    // Code à exécuter si la version iOS, macOS, ou watchOS est compatible
    print("Minimum requirements met")
} else {
    // Code alternatif pour les versions plus anciennes
    print("Minimum requirements not met")
}

Une autre approche liée à la gestion des versions est l'attribut @available, qui permet de marquer des fonctions ou des types comme étant disponibles uniquement sur des versions spécifiques des systèmes d'exploitation. Cela permet aux développeurs de restreindre l'accès à certaines parties du code selon les versions des plateformes :

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@available(iOS 16.0, *)

func testAvailability() {
    // Cette fonction est disponible uniquement sur iOS 16 ou versions supérieures
}

Cela garantit qu'une fonctionnalité ne sera pas appelée sur une plateforme trop ancienne, évitant ainsi des plantages ou des comportements inattendus.

Il est également important de mentionner l'attribut unavailable, qui est l'inverse de available. Cet attribut permet de signaler qu'une fonction ou un type ne doit pas être utilisé sur des versions spécifiques des systèmes d'exploitation. Par exemple, une fonction marquée comme @unavailable(iOS 16.0, *) sera inaccessible pour les utilisateurs d'iOS 16 ou versions supérieures.

L'utilisation de ces attributs, combinée à une gestion précise des erreurs, renforce la fiabilité et la sécurité des applications Swift, tout en assurant leur bon fonctionnement sur des versions variées des systèmes d'exploitation.

En résumé, il est crucial pour tout développeur Swift de maîtriser non seulement la gestion des erreurs mais aussi la gestion de la compatibilité des versions des systèmes d'exploitation. L'utilisation adéquate des mécanismes comme les defer, les throws typés et non typés, les clauses catch multi-modèles, ainsi que des attributs availability et unavailability, permet de garantir une expérience utilisateur fluide et sans accroc, quel que soit l'environnement dans lequel l'application est utilisée.

Comment fonctionnent les files d'attente concurrentes et sérielles avec Grand Central Dispatch (GCD) ?

Les files d'attente concurrentes et sérielles jouent un rôle essentiel dans la gestion des tâches en arrière-plan, particulièrement dans le développement d'applications qui nécessitent des traitements parallèles ou séquentiels. GCD (Grand Central Dispatch) permet d’exécuter des blocs de code de manière asynchrone, en utilisant des files d'attente pour organiser leur exécution. Selon le type de file d'attente, les tâches peuvent être exécutées de manière concurrente ou sérielle, ce qui peut avoir un impact significatif sur la performance de l'application.

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let cqueue = DispatchQueue(label: "cqueue.hoffman.jon", attributes: .concurrent)
cqueue.async {
    performCalculation(10_000_000, tag: "async1")
}
cqueue.async {
    performCalculation(1000, tag: "async2")
}
cqueue.async {
    performCalculation(100_000, tag: "async3")
}

Dans cet exemple, chaque tâche calcule un nombre différent d'itérations. Même si la tâche avec le tag async1 commence avant les autres, elle prendra beaucoup plus de temps en raison du nombre élevé d'itérations. Par conséquent, les tâches avec des itérations moins nombreuses (comme celles avec async2 et async3) termineront avant, malgré le fait qu’elles aient commencé après. Cela montre comment le système gère l'exécution des tâches de manière concurrente, et non séquentielle.

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let squeue = DispatchQueue(label: "squeue.hoffman.jon")
squeue.async {
    performCalculation(10_000_000, tag: "async1")
}
squeue.async {
    performCalculation(1000, tag: "async2")
}
squeue.async {
    performCalculation(100_000, tag: "async3")
}

Comme avec la file d'attente concurrente, ces tâches invoquent la fonction performCalculation(), mais ici elles sont exécutées dans le même ordre que celui dans lequel elles ont été soumises. Cela signifie que, bien que certaines tâches prennent moins de temps, elles devront attendre que la tâche précédente soit terminée avant de pouvoir démarrer. Cela peut être crucial lorsque des tâches dépendent les unes des autres ou lorsqu'il est nécessaire de garantir un certain ordre dans l'exécution.

Il est également important de noter l’utilisation de la file d'attente principale (DispatchQueue.main), qui est la file d'attente associée au thread principal de l'application. Elle est utilisée pour exécuter des tâches liées à l'interface utilisateur, telles que la mise à jour d’un label ou la modification d’une image dans une vue. En règle générale, il est conseillé de minimiser l’utilisation de la file d'attente principale pour éviter de bloquer l’interface utilisateur, ce qui pourrait rendre l’application non réactive.

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let squeue = DispatchQueue(label: "squeue.hoffman.jon")
squeue.async {
    let resizedImage = image.resize(to: rect)
    DispatchQueue.main.async {
        picView.image = resizedImage
    }
}

Enfin, une autre différence essentielle entre async et sync réside dans leur comportement vis-à-vis du blocage du thread courant. La méthode async permet d’exécuter une tâche sans bloquer le thread qui l’a appelée, tandis que sync bloque le thread jusqu’à ce que la tâche soit terminée. Le choix entre ces deux méthodes dépend souvent du contexte : utiliser sync dans un environnement où l'attente est acceptable et nécessaire, ou privilégier async pour garder l'interface réactive.

La gestion appropriée des files d'attente concurrentes et sérielles permet d’optimiser l'utilisation des ressources du système tout en garantissant une expérience utilisateur fluide et réactive. Cependant, il est essentiel de bien comprendre les implications de chaque type de file d'attente et de méthode pour éviter des erreurs qui pourraient nuire à la performance de l'application.