Swift 5.9 Macros 有哪些新更新

虽然 Swift 6 已经在地平线上浮现，但 5.x 版本仍然有很多新功能-更简单的 if 和 switch 用法、宏、非可复制类型、自定义 actor 执行器等等都将在 Swift 5.9 中推出，再次带来了一个巨大的更新。

Swift社区

5454人浏览 · 2023-07-24 11:18:08

Swift社区 · 2023-07-24 11:18:08 发布

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前言

Macros（宏）

Macros（宏）在 Swift 中被引入，其中 SE-0382、SE-0389 和 SE-0397 结合起来，允许我们在编译时创建能够转换语法的代码。

在像 C++ 这样的语言中，宏是一种对代码进行预处理的方式，可以在代码被主编译器看到之前对其进行文本替换，从而生成那些你不想手动编写的代码。

Swift 的宏类似，但功能更强大，因此也更加复杂。还允许我们在编译前动态操作项目的 Swift 代码，从而在编译时注入额外的功能。

需要了解的关键信息

宏是安全的类型，不仅仅是简单的字符串替换，因此需要准确告诉宏它将处理的数据。

在构建阶段作为外部程序运行，并且不属于主应用目标。

宏被分解为多个较小的类型，例如 ExpressionMacro 用于生成单个表达式，AccessorMacro 用于添加 getter和setter，ConformanceMacro 用于使类型符合某个协议。

宏与解析后的源代码一起工作，可以查询代码的各个部分，例如正在操作的属性的名称、类型，或者结构体内部的各种属性。

宏在一个沙盒中工作，只能在给定的数据上操作。

最后一个部分最重要，Swift 的宏支持是基于 Apple 的 SwiftSyntax 库构建的，用于理解和操作源代码。必须将其作为宏的依赖项添加到项目中。

环境准备

了解完 Swift 宏的基本信息之后，终于我们可以进入到实战环节了，工欲善其事必先利其器，首先我们需要做好以下准备

macOS Ventura 13.3 以上操作系统
Xcode 15 以上，本文使用的版本是15.0 beta (15A5160n)
Swift 入门级语法（掌握 Hello World 的 4 种写法🙂）

然后我们需要初始化一个 Swift 宏开发工程。

1、直接打开 Xcode 15，File -> New -> Package

2、选择 Swift Macro 模版，然后给我们的工程起一个名字，我这里就叫做 “SwiftMacroKit”

3、打开工程，大功告成

这是一个 SPM 管理的工程，如果打开 Package 文件，我们可以看到它依赖了前面提到的 SwiftSyntax 库

dependencies: [
        // Depend on the latest Swift 5.9 prerelease of SwiftSyntax
        .package(url: "https://github.com/apple/swift-syntax.git", from: "509.0.0-swift-5.9-DEVELOPMENT-SNAPSHOT-2023-04-25-b"),
    ],

除此之外，工程其实还依赖了两个库， SwiftSyntaxBuilder 和 SwiftSyntaxMacros ，这三个库的职责分别是

SwiftSyntax：提供 Swift 语法树支持
SwiftSyntaxMacros：提供实现宏所需要的协议和类型
SwiftSyntaxBuilder：为展开新代码提供便捷的语法树创建 API

整个工程的源码主要有 4 个部分，截图示意如下

它们分别是

SwiftMacroKit：包含 Swift 宏的定义，注意这里不提供实现，但是会将定义与实现连接起来
SwiftMacroKitClient：一个测试工程（所以称为 Client），可以在 main 函数里测试 SwiftMacroKit 定义的宏
SwiftMacroKitMacros：宏的核心实现部分，最终打包成 macro 产物提供给其他模块使用，例如在 SwiftMacroKit 中引用
SwiftMacroKitTests：Swift 宏的测试模块，苹果官方推荐我们采用 TDD 的方式开发我们的宏，后面会讲到

创建一个宏

从一个简单的宏开始，以便可以看到它们的工作原理。

因为宏是在编译时运行的，所以我们可以创建一个小宏，返回应用程序构建的日期和时间——这对于调试诊断非常有帮助。

定义宏

首先，需要创建执行宏展开的代码，将 #buildDate 转换为类似于 “2023-06-05T18:00:00Z” 的字符串：

public struct BuildDateMacro: ExpressionMacro {
    public static func expansion(
        of node: some FreestandingMacroExpansionSyntax,
        in context: some MacroExpansionContext
    ) -> ExprSyntax {
        let date = ISO8601DateFormatter().string(from: .now)
        return "\"\(raw: date)\""
    }
}

重要提示：这段代码不应该出现在主应用目标中,我们不希望这段代码编译到最终的应用程序中，只需要在其中插入生成的日期字符串。

在同一个模块中，创建一个符CompilerPlugi协议的结构体，导出宏：

import SwiftCompilerPlugin
import SwiftSyntaxMacros

@main
struct MyMacrosPlugin: CompilerPlugin {
    let providingMacros: [Macro.Type] = [
        BuildDateMacro.self
    ]
}

然后将其添加到 Package.swift 中的目标列表中：

.macro(
  name: "MyMacrosPlugin",
  dependencies: [
    .product(name: "SwiftSyntax", package: "swift-syntax"),
    .product(name: "SwiftSyntaxMacros", package: "swift-syntax"),
    .product(name: "SwiftCompilerPlugin", package: "swift-syntax")
  ]
)

这样就完成了在外部模块中创建宏的过程。剩下的代码可以放在任何想要使用宏的地方，比如主应用目标中。

这需要两个步骤，首先是定义宏是什么。在例子中，这是一个自由表达式宏，将返回一个字符串，存在于 MyMacrosPlugin 模块中，并且具有严格的名称 BuildDateMacro。因此，我们将这个定义添加到主目标中：

@freestanding(expression)
macro buildDate() -> String =
  #externalMacro(module: "MyMacrosPlugin", type: "BuildDateMacro")

实际使用宏

像下面这样：

print(#buildDate)

阅读这段代码时，最重要的是要明白主要的宏功能 —— BuildDateMacro 结构体内的所有代码——在构建时运行，并将其结果注入到调用点。因此，上面的小小 print() 调用将被重写为类似于以下代码：

print("2023-06-05T18:00:00Z")

这也意味着宏内部的代码可以非常复杂，可以以任何想要的方式构建日期，因为实际上完成的代码只看到了返回的字符串。

下面我们尝试一个稍微有用一些的宏，这次是创建一个成员属性宏。当应用于类等类型时，允许将属性应用到类中的每个成员。这在概念上与旧的 @objcMembers 属性相同，将 @objc 添加到类型中的每个属性。

例如，如果有一个可观察对象，它在每个属性上使用 @Published，可以编写一个简单的 @AllPublished 宏来完成这个工作。首先，编写宏本身：

public struct AllPublishedMacro: MemberAttributeMacro {
    public static func expansion(
        of node: AttributeSyntax,
        attachedTo declaration: some DeclGroupSyntax,
        providingAttributesFor member: some DeclSyntaxProtocol,
        in context: some MacroExpansionContext
    ) throws -> [AttributeSyntax] {
        [AttributeSyntax(attributeName:SimpleTypeIdentifierSyntax(name: .identifier("Published")))]
    }
}

其次，在提供的宏列表中包含下面内容：

struct MyMacrosPlugin: CompilerPlugin {
    let providingMacros: [Macro.Type] = [
        BuildDateMacro.self,
        AllPublishedMacro.self,
    ]
}

第三，在主应用目标中声明该宏，将其标记为附加的成员属性宏：

@attached(memberAttribute)
macro AllPublished() = #externalMacro(module: "MyMacrosPlugin", type: "AllPublishedMacro")

现在可以将其用于注释可观察对象类：

@AllPublished class User: ObservableObject {
    var username = "Taylor"
    var age = 26
}

宏可以接受参数来控制其行为，尽管在这里复杂性可能会大幅上升。例如，Swift 团队的 Doug Gregor 维护着一个小的 GitHub 存储库，其中包含一些示例宏，包括一个很强大的宏，在构建时检查硬编码的 URL 是否有效 —— 这样就不可能输入错误的 URL，因为构建过程将停止。

在应用程序目标中声明宏很简单，包括添加一个字符串参数：

@freestanding(expression) public macro URL(_ stringLiteral: String) -> URL = #externalMacro(module: "MyMacrosPlugin", type: "URLMacro")

使用宏也很简单：

let url = #URL("https://swift.org")
print(url.absoluteString)

这将使 url 成为一个完整的 URL 实例，而不是一个可选值，因为在编译时检查了 URL 的正确性。

更难的是宏本身，需要读取传入的字符串 “https://swift.org” 并将其转换为 URL。Doug 的版本更加详细，但如果简化为最基本的形式，会是这样：

public struct URLMacro: ExpressionMacro {
    public static func expansion(
        of node: some FreestandingMacroExpansionSyntax,
        in context: some MacroExpansionContext
    ) -> ExprSyntax {
        guard let argument = node.argumentList.first?.expression,
              let segments = argument.as(StringLiteralExprSyntax.self)?.segments
        else {
            fatalError("#URL requires a static string literal")
        }

        guard let _ = URL(string: segments.description) else {
            fatalError("Malformed url: \(argument)")
        }

        return "URL(string: \(argument))!"
    }
}