工程師的閒暇時光

今天讓我們進入第三堂課，利用之前學的 MVC 觀念將計算計的 Model 部分拉出來另行編寫。

這堂課講了很多新的東西，需要花點時間理解吸收。

下面同樣先附上課程在 Youtube 上的超連結。

這一次我們要在之前的 Calculator Project 的基礎上建立一個模型 (Model) ，所以我們要在 Xcode 上另外創建一個 File 。

選擇 iOS -> Source -> Swift File ，建立一個名字為 "CalculatorBrain" 的文件，跟我們之前建立的 Calculator Project 放在一起。

Swift File 是一個完全空白的文件，因為等一下要建立的 Model 就是一個獨立於 UI 並且不需要繼承的類 (Class) 。

不同於之前建立的 Project File 內的 ViewController.swift 中一開始就有 "import UIKit" ，我們的 File 只有一行 "import Foundation " ， 下面的 "class CalCulatorBrain" 是我們要自己寫入的，因為我們所要做的就是建立一個名為 CalculatorBrain 的類 (Class) 。

Foundation 是一個核心服務層，裡面沒有什麼 UI 相關的東西。

而要注意的是，千萬不要自作聰明自己把 UIKit 導入進去，模型裡不需要 UI 。

在開始接下的內容之前，我們必須先了解兩個工具，Array (數組) 和 Enumerations (枚舉) 。

有些人可能會覺得 Array 不是應該是陣列嗎？

事實上我也這麼覺得，不過祖國同胞翻譯成數組，考慮到我的很多參考資料都是來自於那邊，大家就先暫時配合吧。

反正基本上，我們還是忠實原著，討論的時候可以直接講 "Array" ，這樣會比較有國際感～

Array ，姑且稱之為「數組」，它的數列表可以存儲同個類型的多個值，相同的值可以放置在多個不同的位置。

數據值在存儲進數組前必須有明確的類型宣告，也就是通過顯式的類型標註或類型推斷。

它的語法相對簡單，形式為 Array<sometype> ，也可以簡潔點用 [sometype] 來寫，sometype 指的是數據類型。  

Enumerations ，中文為「枚舉」，它定義了一個通用類型 (Optional) 的一組相關的值，使我們在編碼中以安全的方式使用這些值。

枚舉中，不必一定要給每個成員提供一個值，而如果有提供的話，該值可以為字串、字符、整型值或浮點值。

在 Swift 中，枚舉是 First Class ，它有很多只被類 (Class) 所支持的特徵。例如計算屬性 (Computed Property) ，用於提供枚舉當前值的附加訊息。實例方法 (Instance Method) ，用以提供枚舉所代表的值與相關功能。枚舉也可以定義構造函數 (initializer) 來提供一個初始成員值。

它的價值講白話一點就是，我可以宣告一個參數在不同的條件下等同於不同的結果。

接下來我們要提供一個棧 (Stack) 來存取我們所輸入的內容，並讓模組可以進行運算動作。

所以我們利用 Array 和 Enum 來編輯內容如下。

接下來我們需要一個動作將所輸入的值寫入棧裡面，這基本上屬於整個完整步驟的其中一步。所以假設我們單純寫一串敘述來表達動作的話，之後在其他地方可能都要全部在重寫一次，這樣會非常繁瑣。所以建議的方法是直接將其建立為函數性質，之後要用的話就直接調用函數，整個編碼會簡潔一些。

這裡我創造一個函數，由外部調用一個 operand 參數導入 operand() 函數之內，這個 operand() 函數是 multitype 的枚舉值之一，故根據函數內的敘述，當此函數被調用時，它會將運算值放進數組類型的棧 (updatStack) 之中。

Ps : 在 Swift 中，即使名稱一樣，但只要類型不同就會被視為不同的東西，不會產生衝突。

有了可用於運算的值之後 (operand) ，我們就可以將其調用並做數學處理動作，所以下面需在建立一個函數來代表這個動作。

不過在這之前，我們又有一個新的工具需要說明，那就是 Dictionary (字典) 。

Dictionary，字典是一個存儲多個相同類型值的容器，每個值 (Value) 都對應唯一的一個鍵 (Key) ，Key 是作為字典中 Value 的標示。

敘述上字典與數組看起來是同一種東西，但差別在於前者並沒有順序的概念。

字典在使用時必須明確定義存儲的鍵 (Key) 與值 (Value) 的類型，同樣利用顯性的類型標註或是類型推斷來定義。

字典的語法同樣不難，Dictionary<KeyType, ValueType> ，KeyType 代表鍵的類型，ValueType 代表值的類型。同樣可以將語法簡化為 [KeyType:ValueType]

字典的內容只有 Key 和 Value ，表示為類型或是名稱。

但假如我們需要為字典裡的屬性設置一個值或者實例時，我們就需要額外設置一個建構器 (Initializers) 來建構其初始值。

下面是將運算符號的動作已函數表達後進一步完善的編碼。

運算符號的輸入，這裡採用函數 operationProcess 來表示。

使用上來說，我希望當我輸入運算符號後，程式可以幫我得到計算結果，並將其寫入我的棧 (Stack) 內。

但這裡有個前提，那就是我必須先有個結果，我才有資料可以寫入棧內，於是各位可以在上面的編碼中看到字典和建構器的編輯。

首先我先建立一個新的屬性 operationMethod ，並定義它的類型為字典 (Dictionary) ，Swift 會經由類型判斷來得知我的意思。

String 是我的 Key 的類型，對計算機來說就是加減乘除的符號。 multitype 是我的枚舉，作為 Key 所對應的值。

接下來我要將這個字典的實例寫入我的程式中，以 init() { }來表示。

以加法為例，

operationMethod["+"] = multitype.BinaryOperation("+"){$1 + $0}

operationMethod["+"] 意指調用我的字典，並且設定 "+" 作為 Key ，設置其對應的值為 multitype.BinaryOperation("+"){$1 + $0} ，調用枚舉 multitype 中的 BinaryOperation(String, (Double, Double) -> Double) 函數做計算。最完整的程式碼除了這邊的宣告以外，還需要另外對加法器編寫一個函數去設置運算的實例。但我們前一堂課已經學過了閉包的應用，所以這邊就簡化為現在的 ("+"){$1 + $0} 形式。

為了幫助大家複習，我再將完整的程式碼寫一次給大家看。

1st stage

func BinaryOperation(String, Operation: (Double, Double) -> Double) { }

func plus(String, (Double, Double) -> Double) {

return $0 + $1 }

knownOps["+"] = Op.BinaryOperation("+", plus)

2nd stage

knownOps["+"] = Op.BinaryOperation("+", {(Double, Double) -> Double) in

return $0 + $1 })

3rd stage

knownOps["+"] = Op.BinaryOperation("+", {$0 + $1 })

4th stage

knownOps["+"] = Op.BinaryOperation("+") {$0 + $1 }

於是我們得到了一個可以幫助我們得到運算結果的字典與建構器。

所以剛剛的 operationProcess 函數內可以加上下面的實例。

let operation = operationMethod[symbol] {updateStack.append(operation) }

當輸入運算符號並得到運算結果之後，將結果寫入 updateStack 這個棧裡。

不過這邊有個問題，這份 Swift File 只是一個 Model ，它並沒有辦法自行得到結果，所以我們必須將這段敘述設置為 optional ，以避免錯誤。

所以敘述的最前面我們還要加上一個 "if" ，結果如下。

if let operation = operationMethod[symbol] {updateStack.append(operation) }

再來一個新東西，那就是 Access Control (訪問控制) 。分為三個級別， Public, Internal 和 Private 。

訪問控制可以限定使用者在源代碼或是模塊中訪問的級別，也就是控制哪些代碼可以訪問，哪些不能訪問。當我們想隱藏一些功能實現的細節，並明確指定哪些接口是使用者可以使用的，哪些是看不到的。

利用它，我們可以明確的幫類、結構體和枚舉設置訪問級別，也可以給屬性、函數、初始化方法、基本類型和下標索引設置訪問級別。也可以限定協議在一定的範圍內使用，包括裡面的全局常量、變量和函數。

Swift 中的訪問控制是基於模塊和源文件兩個概念。模塊指的是 Framework 和 App Bundle ，源文件指的是 Swift 中的 Swift File ，它通常屬於一個模塊，通常一個源文件包含一個類，類中包含函數、屬性等類型。

等等會將我們的程式碼如同影片中一樣，某些宣告前面加上 "Private" 做權限設定。

下面我們繼續將程式碼進一步完善。

但在上面大家可以看到我寫的是 "Double?" ，實際上我設置的是一個 "optional" 。

這是因為雖然邏輯上來說，這邊的確就是應該回傳 Double 類型的資料，但有時候使用者並不會乖乖照 SOP 來使用計算機，會有人會先亂按一通，於是我們寫程式時就要將防呆設計也列入考量範圍，所以我們要將它設為 Opional 的 Double 。意思是說，在沒有運算結果可以回傳時，程式會回傳一個 "nil" ，而當有運算結果時，程式才會回傳一個 Double 的資料。

從這個例子我們了解到了什麼時候適合使用 "NIL" ，那就是當我們想要回傳一些資料，卻又有可能沒辦法回傳的時後。

接著我另外在上面寫了一個一樣名稱為 evaluate 的函數用來求值。

這時候有人可能會問，”什麼！？為什麼要另外在建立一個函數？為什麼兩個名字一樣，不會衝突嗎？“。我知道會有人腦袋會冒出許多問號，因為我也看到我的腦袋上滿是問號～

首先，兩個函數的名稱可以一樣嗎？

是的，可以一樣。對 Swift 來說，只要他們的類型不一樣，名稱即使一樣依然被視為不同的物件。下面我幫大家標示一下兩個類型的差異，大家可以發現明顯的不同。

1. func evaluate(stack: [multitype]) -> (result: Double?, copyStack: [multitype])

2. func evaluate() -> Double?

另外一個問題是，為什麼要另外建立一個函數，不能用枚舉來區分不同類型嗎？

恩，這是因為講師使用遞歸方式來進行計算動作，所以必須讓函數回傳 Tuples 類型的結果。但是最後輸出時，我們只需要一個 Double 類型的結果，所以必須再轉換一次。

接著我們要繼續將求值的敘述寫進我們的程式中，大家應該早就發現了到目前為止，我們的模組只有 "將輸入的數字與運算符號寫入棧內" 和 ”取得資料並將其根據不同條件做對應的數學運算“ 兩個功能，”從哪裡得到值去做運算“ 和 ”將結果輸出“ 這兩個步驟都還沒有被提到，所以我們現在要將它們補上。

先從遞歸的部分講起，這一部份的目的是將棧中的資料一個一個提出來，並且根據條件做各種運算動作。

func evaluate(stack: [multitype]) -> (result: Double?, copyStack: [multitype])

這裡的 evaluate 函數會導入 multitype 類型的數組，並且回傳一個 (Double, [multitype]) 類型的結果。

接著設定一個大前提，導入的棧裡面有資料才進行動作，否則直接回傳 nil 為結果。

接著要編寫一段程式，將棧內的資料分離為結果與棧內剩餘資料兩個部分。

var copyStack = stack

let op = copyStack.removeLast()

這樣一來，op 就等於提取出來的函數 (copyStack 裡面不是數值，而是各種類型的函數)，而 copyStack.removelast() 就變成剩餘的東西。

op 所提取出來的是最後輸入的資料，可能是數字，也可能是運算符號，而先前我們建立的兩個函數則會將 Double 類型的數字輸入與 String 類型的運算符號輸入改以類型的模式寫入棧內。

 func pushCaptureOperand(operand: Double) -> Double? {

        updateStack.append(multitype.Operand(operand))  }

 func operationProcess(symbol: String) -> Double? {

        if let operation = operationMethod[symbol] {

            updateStack.append(operation) }  }

operationMethod["+"] = multitype.BinaryOperation("+"){$1 + $0}

operationMethod["-"] = multitype.BinaryOperation("-"){$1 - $0}

operationMethod["×"] = multitype.BinaryOperation("×"){$1 * $0}

operationMethod["÷"] = multitype.BinaryOperation("÷"){$1 / $0}

operationMethod["√"] = multitype.UnaryOperation("√"){sqrt($0)}

operationMethod["e"] = multitype.UnaryOperation("e"){exp($0)}

提取出 op 之後，利用 switch 進行條件動作，當最後輸入項為數字時，即回傳數字。當最後輸入為運算符號時，則回傳 operation 函數。

就以二次運算為例來解釋一下程式碼的運作方式。

case .BinaryOperation(_, let operation):

                let op1Evaluation = evaluate(copyStack)    遞歸

                if let op1 = op1Evaluation.result {

                    let op2Evaluation = evaluate(op1Evaluation.copyStack)  遞歸

                    if let op2 = op2Evaluation.result {

                    return (operation(op1, op2), op2Evaluation.copyStack)

                    }

                }

這段程式碼裡面進行了兩次遞歸。假設我的們棧內 (updateStack) 有 [6.0, 6.0, +] 三個資料，執行函數 evluate 時第一步驟就會將 "operationMethod["+"] " 提出，並且根據字典 operatoinMethod 判斷出其等於 "multitype.BinaryOperation("+"){$1 + $0}" ，於是 switch 條件滿足 .BinaryOperation ，而此時棧內剩下的值，也就是 copyStack 為 [operand(6.0), operand(6.0)] 。

既然得知此時需要執行二元運算，我們必須提供兩個運算數字給它，於是我們進行第一次遞歸，將第一個數字 op1 調用出來。設一個函數 op1Evaluation 為evaluate(sopyStack) 的結果，可以將前面的剩餘值 [operand(6.0), operand(6.0)] 的最後一筆資料調用並且從原本的 copyStack 中刪除，於是 op1Evaluation 得到一組回傳的 Tuples ， (operand(6.0), [operand(6.0)]) ，第一個運算數字 op1 即為 op1Evaluation.result = operand(6.0) 。此時滿足 switch case .operand(let operand) 的條件，故 op1Evaluation.result 的回傳值為 6.0 ， op1 = 6.0 。

依此類推，下面我們可以接著得到 op2 = 6.0 的結論，最後回傳 (operation(op1, op2), op2Ecaluation.copyStack) ，結果為 operation(op1, op2) ，調用字典內的算法後得到運算結果。

最後將這個 Model 導入我們之前的 Calculator ，先在程式碼中加入 "var brain = ClaudeCalculatorBrain()" ，之後就可以調用這個 model 中的功能。

有個 model 幫助我們實現一些運算過程，原本程式碼中一些部分就可以刪除並且修改，使其變得更加簡潔，如下所示。

為了提升可讀性，在完成程式碼之後，我們可能會想要加入一段 print 的敘述，讓我們的操作過程可以直白的顯示，如下圖所示。

ClaudeCalculator.ClaudeCalculatorBrain.(multitype in _A76F005D5939BF9B8506FA78DCB470D0).Operand(2.0)] with result Optional(2.0) and remainder []

[ClaudeCalculator.ClaudeCalculatorBrain.(multitype in _A76F005D5939BF9B8506FA78DCB470D0).Operand(2.0), ClaudeCalculator.ClaudeCalculatorBrain.(multitype in _A76F005D5939BF9B8506FA78DCB470D0).Operand(3.0)] with result Optional(3.0) and remainder [ClaudeCalculator.ClaudeCalculatorBrain.(multitype in _A76F005D5939BF9B8506FA78DCB470D0).Operand(2.0)]

[ClaudeCalculator.ClaudeCalculatorBrain.(multitype in _A76F005D5939BF9B8506FA78DCB470D0).Operand(2.0), ClaudeCalculator.ClaudeCalculatorBrain.(multitype in _A76F005D5939BF9B8506FA78DCB470D0).Operand(3.0), ClaudeCalculator.ClaudeCalculatorBrain.(multitype in _A76F005D5939BF9B8506FA78DCB470D0).BinaryOperation("×", (Function))] with result Optional(6.0) and remainder []

恩，我剛剛所輸入的是 [2, 3, x] ，但結果出現了我很難理解的東西，這是因為 Array 的字串化有局限性，我們必須額外給它一段轉換敘述。

private enum multitype: CustomStringConvertible {

        case Operand(Double)

        case UnaryOperation(String, Double -> Double)

        case BinaryOperation(String, (Double, Double) -> Double)

        var description: String {

            switch self {

            case Operand(let operand):

                return "\(operand)"

            case UnaryOperation(let symbol, _):

                return "\(symbol)"

            case BinaryOperation(let symbol, _):

                return "\(symbol)"

            }

        }

    }

我讓我們的 enum 調用一個 protocol "CustomStringConvertible" ，它支援我們建立一個名為 "description" 的字串屬性來幫助我們將各個 case 的結果做字串轉換，於是同樣的動作下，我的顯示變成下面的樣子。

[2.0] with result Optional(2.0) and remainder []

[2.0, 3.0] with result Optional(3.0) and remainder [2.0]

[2.0, 3.0, ×] with result Optional(6.0) and remainder []

那麼這一堂課的部分就先到這裡結束，有些語焉不詳的地方是因為我也常常感到困惑，所以就不太細部講解了。

我們下一堂課見。

By 宅宅阿軒