Swift的使用體驗(yàn)與生態(tài)發(fā)展之路

Swift 是一門(mén)多范式的編譯型語(yǔ)言，是 Apple 生態(tài)中的重要開(kāi)發(fā)工具 。官網(wǎng)介紹 Swift 的設(shè)計(jì)目的是讓開(kāi)發(fā)者們更容易編寫(xiě)和維護(hù)正確的程序，使用體驗(yàn)如下 ：

安全：所有編碼行為都以安全的方式進(jìn)行。

快速：為了替代基于 C 的語(yǔ)言（C、C++、Objective-C），Swift 的性能必然不能相差太多，且必須持續(xù)可預(yù)測(cè)的，而不只是在一些特定情況下。

表達(dá)力強(qiáng)：受益于計(jì)算機(jī)科學(xué)幾十年的發(fā)展，Swift 提供了足夠有樂(lè)趣、現(xiàn)代的開(kāi)發(fā)過(guò)程，且仍然在持續(xù)發(fā)展中。

Swiftlogo

# 誕生#

在 WWDC 2010 期間，Chris Lattner 剛帶團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)大量的努力完成了 Clang 對(duì) C++ 語(yǔ)言的支持，任務(wù)完成雖然開(kāi)心，但其中真正細(xì)節(jié)的工作也讓人感到無(wú)比心累，由此 Chris Lattner 萌生了創(chuàng)造更好的語(yǔ)言的想法 [3]。

最開(kāi)始 Chris Lattner 只是和 Bertrand Serlet、Dave Zarzycki 討論這個(gè)新語(yǔ)言的設(shè)計(jì)，語(yǔ)言名字叫“Shiny”，寓意“you’re building a shiny new thing”。當(dāng)時(shí)雖然已經(jīng)有了很多想法，但新語(yǔ)言的未來(lái)其實(shí)是完全不確定的，因此在 Bertrand Serlet 的推動(dòng)下，一些想法先在 Objective-C 得到了實(shí)現(xiàn)，比如 ARC、modules 甚至是 literals，這些特性都來(lái)自于背后 Swift 初期的一些討論。但也有 Objective-C 無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，比如內(nèi)存安全，要實(shí)現(xiàn)內(nèi)存安全意味著大部分 C 代碼都要被移除，那 Objective-C 也不再是 Objective-C 。

Chris Lattner 自己實(shí)現(xiàn)了大部分基本架構(gòu)，但一個(gè)人不可能完成所有，2011 年 4 月經(jīng)過(guò)與管理層討論后，Chris Lattner 開(kāi)始拉人入伙。這也是 Swift 第一次在內(nèi)部公開(kāi)被審視，不可避免地收到了很多刺耳的反饋，但這可能也是很多項(xiàng)目成長(zhǎng)的必經(jīng)之路，批判同時(shí)意味著關(guān)注，其中可能也指明了未來(lái)的方向。

團(tuán)隊(duì)化運(yùn)作后 Swift 發(fā)展飛快，2013 年 7 月開(kāi)始 Swift 成為了蘋(píng)果開(kāi)發(fā)者工具部門(mén)的重點(diǎn)項(xiàng)目 。在閉門(mén)開(kāi)發(fā) 4 年后，2014 年 Swift 正式發(fā)布，當(dāng)時(shí)官宣標(biāo)簽是“Objective-C without C”，Swift 在設(shè)計(jì)上就可以與 Objective-C 共存。

# 演進(jìn)#

Swift 1.0 在 WWDC 2014 首次亮相，由當(dāng)時(shí)蘋(píng)果的軟件工程高級(jí)副總裁 Craig Federighi 正式發(fā)布，并邀請(qǐng) Chris Lattner 上臺(tái)做了 Demo 演示。發(fā)布后第一個(gè)月的下載就超過(guò)了 1100 萬(wàn)。

2015 年初 Stack Overflow 的調(diào)研中，Swift 是最受喜愛(ài)的編程語(yǔ)言 [6]。2015 年 11 月 Swift 正式開(kāi)源，代碼托管在 GitHub，第一周的 clone 超過(guò)了 6 萬(wàn) ，可見(jiàn)初期開(kāi)發(fā)者對(duì)于 Swift 的好奇與熱情。

2015 年 Stack Overflow 調(diào)研：最喜歡的語(yǔ)言

但 Swift 在 3.0、4.0 時(shí)期，一直有穩(wěn)定性問(wèn)題，幾乎每年都有大變動(dòng)，有一些更新是向后不兼容的，也意味著這個(gè)階段的 Swift 還未準(zhǔn)備好應(yīng)用于大型商業(yè)項(xiàng)目。

2019 年 Swift 5.0 發(fā)布，終于帶來(lái)了 ABI 穩(wěn)定。Swift 5.0 后，不再引入大的變動(dòng)，不同版本的 Swift 最終可以編譯為同一個(gè) App，這標(biāo)志著 Swift 語(yǔ)言的成熟。2019 年另一個(gè)標(biāo)志性事件是 SwiftUI 發(fā)布，意在統(tǒng)一所有蘋(píng)果設(shè)備的開(kāi)發(fā)體驗(yàn)。

Swift 的 TIOBE 指數(shù)變化及一些關(guān)鍵演進(jìn)

目前 Swift 有完整的工具鏈支撐開(kāi)發(fā)，融入了蘋(píng)果的開(kāi)發(fā)者生態(tài)，替代 Objective-C 成為主流的蘋(píng)果生態(tài)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言已是必然趨勢(shì)。

2021 年 JetBrains 開(kāi)發(fā)者調(diào)研：Swift and Objective-C 開(kāi)發(fā)者人數(shù)對(duì)比

值得一提的是，Chris Lattner 在 2017 年離開(kāi)蘋(píng)果加入了谷歌，在谷歌期間主導(dǎo)了 S4TF 項(xiàng)目，這也是 Swift 在 AI 領(lǐng)域的一次重要嘗試。2020 年 Chris Lattner 從谷歌離職，開(kāi)始了 AI 編譯器的探索，目前 S4TF 項(xiàng)目已是歸檔狀態(tài)，但這個(gè)嘗試驗(yàn)證了 Swift 應(yīng)用于 AI 的可行性 ，Swift 在性能上較 Python 有一定優(yōu)勢(shì)。

# 蘋(píng)果官方生態(tài)#

# 工具鏈

官方提供的工具鏈?zhǔn)?Swift 生態(tài)的核心部分，除了 Swift 的編譯器、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)等，蘋(píng)果還提供了一系列支撐學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀工具：

核心庫(kù) ：核心庫(kù)提供了比標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)更高級(jí)的功能，包括常用的數(shù)據(jù)、字符集合，單元測(cè)試，日期計(jì)算等。

調(diào)試器 & REPL ：基于 LLDB 調(diào)試器開(kāi)發(fā)的調(diào)試環(huán)境，同時(shí)也是交互式解釋器。

包管理 SPM ：與 Swift 構(gòu)建系統(tǒng)集成，可以自動(dòng)化下載、編譯和鏈接依賴(lài)的過(guò)程。蘋(píng)果官方還未提供中心倉(cāng)服務(wù)，仍需要通過(guò) git 來(lái)下載三方庫(kù)，三方庫(kù)的注冊(cè)服務(wù)已有計(jì)劃，但仍未發(fā)布 。

Playgrounds ：2016 年發(fā)布，是一款適用于 iPad 的教育類(lèi) App，2022 年 5 月發(fā)布的 4.1 版本開(kāi)始適用于 iPad 與 Mac，不僅僅是一款教育類(lèi) App，也可以用于開(kāi)發(fā)，其中利用 iPad 性能開(kāi)發(fā)的輕點(diǎn)拖拽等操作，進(jìn)一步提升了編碼過(guò)程的互動(dòng)性。

# 框架

2019 年 WWDC 上，蘋(píng)果發(fā)布了基于 Swift 的聲明式框架 SwiftUI，可以用于開(kāi)發(fā) watchOS、macOS、iOS 等平臺(tái)，基本上涵蓋了所有蘋(píng)果產(chǎn)品的系統(tǒng)。

Swift 和 SwfitUI 可以說(shuō)是直接從語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)工具層面直接統(tǒng)一了開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)體驗(yàn)。在 SwiftUI 推出之前，蘋(píng)果不同設(shè)備的開(kāi)發(fā)框架并不互通，移動(dòng)端和桌面端的開(kāi)發(fā)需要掌握不同的知識(shí)內(nèi)容，移動(dòng)端開(kāi)發(fā)者需要使用 UIKit，桌面端的開(kāi)發(fā)者需要使用 AppKit，WatchOS 的開(kāi)發(fā)者需要使用一種類(lèi)似堆疊的邏輯 。

SwiftUI 針對(duì)現(xiàn)有的問(wèn)題給出了一些解決思路，聲明式編程對(duì)比指令式的編程又加了一層抽象，比如坐標(biāo)、寬度、字形字號(hào)等變量由系統(tǒng)接管，開(kāi)發(fā)者只需要直觀地告訴系統(tǒng)需要放置一個(gè)圖像、加點(diǎn)文字等，由此，SwiftUI 的代碼量小了很多，也可以更方便地適配不同尺寸的設(shè)備。此外，在數(shù)據(jù)流通方面，SwiftUI 在 Combine 的協(xié)助下實(shí)現(xiàn)了單一數(shù)據(jù)源的管理 。

在開(kāi)發(fā)者的實(shí)際體驗(yàn)中，代碼量和可讀性無(wú)疑都有了本質(zhì)性的提升 。

WWDC 2019 SwiftUI Demo

但近期也有開(kāi)發(fā)者表明自己在嘗試應(yīng)用 SwiftUI 到項(xiàng)目時(shí)遇到了問(wèn)題，比如不好用的實(shí)時(shí)檢查器、延遲問(wèn)題等，最終直言要暫時(shí)放棄 SwiftUI 。

不可否認(rèn) SwiftUI 提供了一些很棒的思路，但目前仍未非常成熟，在真正的應(yīng)用中還未達(dá)到設(shè)想的效果，要想替換 AppKit、UIKit 還有很長(zhǎng)一段路要走。

# 學(xué)習(xí) Swift

蘋(píng)果為了追求不同設(shè)備上用戶(hù)體驗(yàn)的一致，對(duì)于軟件開(kāi)發(fā)有一套非常詳細(xì)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)；但又必須降低開(kāi)發(fā)門(mén)檻來(lái)吸引更多開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)蘋(píng)果設(shè)備軟件，因此開(kāi)發(fā)工具必須足夠易學(xué)好用，才能解決這個(gè)矛盾 [16]。Swift 在設(shè)計(jì)上就是一門(mén)易學(xué)習(xí)的編程語(yǔ)言，同時(shí)又有很多現(xiàn)代編程語(yǔ)言的特性，上限很高。

除了語(yǔ)言設(shè)計(jì)，文檔也是學(xué)習(xí)一門(mén)語(yǔ)言的關(guān)鍵。蘋(píng)果官方提供了學(xué)習(xí)文檔和代碼規(guī)范，也有大量三方組織或個(gè)人分享了優(yōu)秀的視頻圖文教程，特別是對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，可以大大降低學(xué)習(xí)成本。

此外，為了開(kāi)發(fā)者能更快上手 Swift，蘋(píng)果也提供了大量好用的工具，其中 Playgrounds 以代碼玩游戲的設(shè)計(jì)理念更是革命性的，即使是沒(méi)有編碼基礎(chǔ)的人，也可以通過(guò) Playgrounds 迅速掌握 Swift。

Swift Playgrounds Demo

# 社區(qū)#

# Swift 開(kāi)源

2015 年 Swift 正式開(kāi)源，開(kāi)源后社區(qū)可以直接參與到 Swift 的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。已開(kāi)源的部分包括編譯器、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、核心庫(kù)、LLDB 調(diào)試器、包管理和 Xcode 的 Playground 支持 。

不過(guò) Swift 開(kāi)源項(xiàng)目中超過(guò) 90% 的提交還是來(lái)自蘋(píng)果（除去 ci、未知等賬號(hào)的提交），其次谷歌有 800+ 次提交，但占比還不到 1%，剩下其他團(tuán)隊(duì)或個(gè)人的提交都不超過(guò) 500 次。

除了直接貢獻(xiàn)代碼，開(kāi)源社區(qū)也是用戶(hù)與項(xiàng)目開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)直接溝通的重要渠道，用戶(hù)可以通過(guò)提交 issue 來(lái)反饋問(wèn)題和建議。從 Swift 編譯器項(xiàng)目中所有 issue 來(lái)看，每月新建 Issue 數(shù)在逐漸減少，同時(shí) bug、Compiler 相關(guān)的 issue 數(shù)量也在逐年下降，印證了項(xiàng)目的穩(wěn)定性。

每月新建 Issue 數(shù)量

每年相關(guān)標(biāo)簽的 Issue 數(shù)量

# 開(kāi)發(fā)者社區(qū)

發(fā)布后開(kāi)發(fā)者社區(qū)即用戶(hù)社區(qū)，是語(yǔ)言演進(jìn)非常直接的驅(qū)動(dòng)力，編程語(yǔ)言項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)里的開(kāi)發(fā)者是寫(xiě)編譯器的人，但可能用的還是 C++，社區(qū)里的開(kāi)發(fā)者才是每天在使用 Swift 的人！用戶(hù)真正的需求甚至可能改變最初設(shè)計(jì)者的想法，比如最開(kāi)始 Swift 核心團(tuán)隊(duì)認(rèn)為語(yǔ)言不需要 Result，但社區(qū)有很多聲音說(shuō)“我們需要”，因此 Swift 5 又加入了 Result 。

在語(yǔ)言本身的語(yǔ)法模塊都已經(jīng)穩(wěn)定的情況下，社區(qū)的活躍度可以反映語(yǔ)言的流行程度。

Swift 在 Stack Overflow 的熱度自 2016 年后持續(xù)下降，相反 Dart 從 2018 年至今熱度在持續(xù)升高；在 Swift 各版本的對(duì)比中，一般剛發(fā)布后會(huì)有一個(gè)高峰，隨后逐漸下降，近 3 年，只有 SwiftUI 的熱度相對(duì)較高且穩(wěn)定 [21]。

Stack Overflow 中語(yǔ)言熱度

Stack Overflow 中 Swift 各版本熱度

# 開(kāi)發(fā)者調(diào)研

SlashData 2022 年的開(kāi)發(fā)者生態(tài)報(bào)告中估計(jì) Swift 開(kāi)發(fā)者人數(shù)在 3500 萬(wàn)，較去年的 2500 萬(wàn)上升了 40%，不過(guò)因?yàn)榇蟛糠珠_(kāi)發(fā)者還是和 Objective-C 一起使用，且由于 Objective-C 在嵌入式設(shè)備和 AR/VR 領(lǐng)域的應(yīng)用， Objective-C 開(kāi)發(fā)者的人數(shù)也上升了 50% 。

開(kāi)發(fā)者社區(qū)活躍人數(shù)

JetBrains 2021 年的 Swift/Objective-C 開(kāi)發(fā)者調(diào)研中，有 84% 的開(kāi)發(fā)者表示自己同時(shí)使用 Swift 和 Objective-C，其中已經(jīng)有 64% 的開(kāi)發(fā)者大部分代碼是 Swift。

JetBrains 開(kāi)發(fā)者調(diào)研：是否同時(shí)使用 Swift 和 Objective-C

調(diào)研中絕大部分開(kāi)發(fā)者（89%）并不使用 Swift 開(kāi)發(fā)服務(wù)端項(xiàng)目，Swift 更多還是應(yīng)用于客戶(hù)端開(kāi)發(fā)。

JetBrains 開(kāi)發(fā)者調(diào)研：是否使用 Swift 開(kāi)發(fā)服務(wù)端項(xiàng)目[9]

# 三方庫(kù)

對(duì)比 Java、Python 等語(yǔ)言，Swift 的三方庫(kù)數(shù)量并不算很多。目前因?yàn)?CocoaPods 有索引功能，仍有大量開(kāi)發(fā)者使用 CocoaPods 來(lái)管理項(xiàng)目依賴(lài)且短期內(nèi)不會(huì)用 SPM 替換 [9]。CocoaPods 上共有 9 萬(wàn)多 Swift 和 OC 的庫(kù)，其中搜索 Swift 的結(jié)果為 1 萬(wàn)多 。

JetBrains 開(kāi)發(fā)者調(diào)研：使用什么工具管理依賴(lài)

另外雖然官方?jīng)]有提供三方庫(kù)注冊(cè)服務(wù)，但 GitHub 有一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目 Swift Package Index，目前已收集了近 5000 個(gè) GitHub 上的 Swift 項(xiàng)目 [24]，其中 json、cli 和 networking 等標(biāo)簽相關(guān)的倉(cāng)庫(kù)較多（剔除了不同系統(tǒng)、框架等相關(guān)標(biāo)簽）。

Swift Package Index 中的倉(cāng)庫(kù)相關(guān)標(biāo)簽

2016 年至今每年新建的庫(kù)數(shù)量并沒(méi)有明顯增長(zhǎng)，甚至 2021 年、2022 年新建的庫(kù)數(shù)量有所減少，不過(guò)其中約 70% 庫(kù)倉(cāng)庫(kù)今年仍有過(guò)活躍行為。

Swift Package Index 中的倉(cāng)庫(kù)創(chuàng)建年份

# 應(yīng)用#

# 官方應(yīng)用

根據(jù)開(kāi)發(fā)者 Timac 關(guān)于蘋(píng)果使用 Swift 和 SwiftUI 的分析報(bào)告 [25]，iOS 15 中二進(jìn)制文件共 4738 個(gè)，其中使用了 Swift 的二進(jìn)制文件共 607 個(gè)（占比 13%），使用了 SwiftUI 的二進(jìn)制文件共 114 個(gè)（占比 2%），使用最多的語(yǔ)言仍然是 Objective-C，占比 89%。對(duì)比 iOS 14 中，使用了 Swift 的二進(jìn)制文件占比為 8.4%，使用了 SwiftUI 的二進(jìn)制文件占比僅為 1%，占比均有所提高。

iOS 系統(tǒng)中二進(jìn)制文件使用編程語(yǔ)言情況

iOS 系統(tǒng)的編程語(yǔ)言仍然以 Objective-C 為主，且短時(shí)間內(nèi)不會(huì)完全替換，但蘋(píng)果官方對(duì)于 Swift、SwiftUI 的應(yīng)用在不斷加速，iOS 15 中常用應(yīng)用如 App Store、Health、分屏等已開(kāi)始使用 Swift，其他如 Books、Maps、Notes 等已開(kāi)始使用 SwiftUI。Swift 基本上還是會(huì)和 Objective-C 一起使用，還不能完全剔除 Objective-C。

在 macOS 中，也可以非常明顯地看到應(yīng)用 SwiftUI 的增長(zhǎng)，從 Monterey 到 Ventura，使用了 SwiftUI （可能同時(shí)使用了 AppKit）的比例從 4% 上升到了 10% 。

macOS 系統(tǒng)中三種 UI 框架的使用占比

整體來(lái)看，蘋(píng)果官方的策略是從風(fēng)險(xiǎn)較低的少量應(yīng)用開(kāi)始試驗(yàn)，隨著每次系統(tǒng)更新和 Swift、SwiftUI 的演進(jìn)，使用比例在不斷加大。

# 第三方應(yīng)用使用 Swift 情況

2019 年到 2021 年，國(guó)內(nèi) Top 100 的免費(fèi)應(yīng)用中，Swift 混編應(yīng)用的占比從 22% 上升到了 78%；國(guó)外 Top 100 的免費(fèi)應(yīng)用中，Swift 混編應(yīng)用的占比一直較高，2019 年已有 78%，2021 年達(dá)到了 82.3% 。

國(guó)內(nèi)外 Top 100 應(yīng)用中 Swift 混編應(yīng)用占比的變化趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)頭部廠商基本上都已經(jīng)支持 Swift，但也不能代表未來(lái)將轉(zhuǎn)型 Swift 技術(shù)。Swift 混編應(yīng)用占比迅速提高的原因可能是受 2020 年新增的 WidgetKit 導(dǎo)致的，開(kāi)發(fā)者若要提供應(yīng)用小組件則必須使用 Swift 相關(guān)技術(shù) [27]。

# GitHub 開(kāi)源項(xiàng)目

2016 年至 2021 年，GitHub 上 Swift 開(kāi)源項(xiàng)目每年新增數(shù)量變化不大，基本在 15000 至 20000 之間。GitHub 上 Swift 開(kāi)源項(xiàng)目增長(zhǎng)呈現(xiàn)的平穩(wěn)趨勢(shì)和前文 Swift 三方庫(kù)增長(zhǎng)、Swift 在 Stack Overflow 的討論度變化基本一致，后續(xù) Swift 大概率會(huì)逐步替換現(xiàn)有代碼，有穩(wěn)定的市場(chǎng)份額，但暫無(wú)大規(guī)模爆發(fā)的契機(jī)。

GitHub 上 Swift 開(kāi)源項(xiàng)目每年新增數(shù)量

*數(shù)據(jù)來(lái)源：GH archive

# 總計(jì)#

Swift 已經(jīng) ABI 穩(wěn)定，語(yǔ)言本身基本完善。作為 Objective-C 的替代產(chǎn)品，與 Objective-C 兼容，足夠安全、高性能，且易于學(xué)習(xí)閱讀，下限低而上限高；同時(shí)有蘋(píng)果官方的支持，官方系統(tǒng)中每年使用 Swift 混編的原生應(yīng)用占比在逐年提升，官方發(fā)布的 SDK 也可能綁定使用 Swift。

但重要的框架 SwiftUI 還處于成長(zhǎng)階段，大部分場(chǎng)景 Swift 仍需要與 Objective-C 混編使用，很難單獨(dú)支撐起大型項(xiàng)目的搭建；三方生態(tài)發(fā)展緩慢，比如在服務(wù)端、機(jī)器學(xué)習(xí)、AR/VR 等領(lǐng)域都沒(méi)有長(zhǎng)足發(fā)展，目前基本還是應(yīng)用于客戶(hù)端開(kāi)發(fā)場(chǎng)景。

近幾年 Swift 的成長(zhǎng)不算快，應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)單一，暫時(shí)沒(méi)有爆發(fā)契機(jī)，但在蘋(píng)果開(kāi)發(fā)者生態(tài)中會(huì)繼續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，在官方支持下可以逐步替換 Objective-C。下一個(gè)機(jī)會(huì)點(diǎn)也許在蘋(píng)果新的設(shè)備，我們拭目以待。

審核編輯：劉清