SwiftUI 跨组件数据传递

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0x00 前言

众所周知，SwiftUI 的开发模式与 React、Flutter 非常相似，即都是声明式 UI，由数据驱动（产生）视图，视图也会与数据自动保持同步，框架层会帮你处理“绑定”的问题。

在声明式 UI 中不存在命令式地让一个视图变成 xxx 样子的方法，所有视图的属性都必须映射到一个状态上，那么这就涉及到一个问题：数据该如何传递。父子组件可以直接通过 State 和 Binding 来传递数据，就像这样：

struct RootView: View {
    @State var input: String = ""
    var body: some View {
        VStack {
            TextField("Email", text: $input)  // $input: Binding<String>
            Text("Your input is \"\(input)\"")
        }
    }
}

这里这个 input 被称为 “Source of Truth”，$input 则用于获取其对应的 Binding，以便让子视图可以修改这同一个值。Binding 可以让我们轻松实现父子组件的通信，而不需像在 React 里那样手动传递 callback 来修改父组件中的状态。

更多 React 与 SwiftUI 的对比可以参考我之前写过的一个文章：https://github.com/unixzii/swiftui-for-react-devs[1]

0x10 数据传递的问题

简单的父子组件通信不能满足一般 apps 的需求，因为有时几个层级很深的视图可能要同时访问某个全局的状态，并且保持同步。使用属性逐层传递这个 “Source of Truth” 可以达到我们的目的但十分麻烦：

这也就是为什么 React 会提供 Context[2] 机制（Flutter 中则是 [InheritedWidget](https://api.flutter.dev/flutter/widgets/InheritedWidget-class.html "InheritedWidget") 部件），它们会极大简化状态的传递过程：

父视图只需要用特定的 “ID” 标识这个状态，其所有子树视图便可以通过相同的 “ID” 获取到这个状态，省去了显式传值的麻烦。

0x20 被低估的 Environment

SwiftUI 也提供了这样的便利，即 Environment。通常我们会创建一个对象让其实现 ObservableObject 协议，然后这样将其 attach 到某个视图：

class MyContext: ObservableObject { /* ... */ }

// In the view that provides the context:
var body: some View {
    Group {
        // ...
    }
    .environmentObject(MyContext())
}

然后在任何一个子视图中就可以使用 @EnvironmentObject 来获取这个对象了，并且由于对象实现了 ObservableObject，当其发生变化时所有依赖视图也会进行更新。

实际上 SwiftUI 中大量使用了 Environment 来实现视图的常规特性，如 disabled()、redacted(reason:) 这些 modifiers 都是通过 Environment 实现的，这也就是为什么当父视图设置了 redacted 之后，整个子视图都会变成 placeholder。

由于 SwiftUI 中很多 modifier extension 方法都是 inlinable 的，我们就可以在 SwiftUI 的 swiftinterface 文件 （位于 /path/to/Your-Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneOS.platform/Developer/SDKs/iPhoneOS.sdk/System/Library/Frameworks/SwiftUI.framework/Modules/SwiftUI.swiftmodule/arm64-apple-ios.swiftinterface） 中看到其实现，下面是 disabled() 的实现：

@available(iOS 13.0, OSX 10.15, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
extension View {
  @inlinable public func disabled(_ disabled: Swift.Bool) -> some SwiftUI.View {
        return modifier(_EnvironmentKeyTransformModifier(
            keyPath: \.isEnabled, transform: { $0 = $0 && !disabled }))
    }

}

@available(iOS 13.0, OSX 10.15, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
@frozen public struct _EnvironmentKeyTransformModifier<Value> : SwiftUI.ViewModifier, SwiftUI._GraphInputsModifier {
  public var keyPath: Swift.WritableKeyPath<SwiftUI.EnvironmentValues, Value>
  public var transform: (inout Value) -> Swift.Void
  @inlinable public init(keyPath: Swift.WritableKeyPath<SwiftUI.EnvironmentValues, Value>, transform: @escaping (inout Value) -> Swift.Void) {
        self.keyPath = keyPath
        self.transform = transform
    }
  public static func _makeInputs(modifier: SwiftUI._GraphValue<SwiftUI._EnvironmentKeyTransformModifier<Value>>, inputs: inout SwiftUI._GraphInputs)
  public typealias Body = Swift.Never
}

@available(iOS 13.0, OSX 10.15, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
extension View {
  @inlinable public func transformEnvironment<V>(_ keyPath: Swift.WritableKeyPath<SwiftUI.EnvironmentValues, V>, transform: @escaping (inout V) -> Swift.Void) -> some SwiftUI.View {
        return modifier(_EnvironmentKeyTransformModifier(
            keyPath: keyPath, transform: transform))
    }

}

可以看到 disabled() 本质就是应用了一个 modifier，而这个 modifier 正是 transformEnvironment(:transform:) 的实现。

0x21 environment(_:_:)

这里又引出了 environment(_:_:) 和 transformEnvironment(_:transform:) 两个 modifiers 了，它是 Environment 机制的核心。我们来看它们的第一个参数，是 EnvironmentValues 的 key path，这个就是我们所说的 “ID” 了，它可以标识一个要广播的 context，子视图使用相同的 key path 构造 @Environment 即可获取到对应的值。

要使用 environment(_:_:) 来声明 context 需要我们声明新的 EnvironmentKey 并扩展 EnvironmentValues，例如：

private struct EnabledEnvironmentKey: EnvironmentKey {
    static let defaultValue: Bool = true
}

@available(iOS 13.0, OSX 10.15, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
extension EnvironmentValues {
  public var isEnabled: Swift.Bool {
    get { self[EnabledEnvironmentKey.self] }
    set { self[EnabledEnvironmentKey.self] = newValue }
  }
}

这些做完之后我们就可以这样来应用它们了：

MyView()
    .environment(\.isEnabled, false)

0x22 transformEnvironment(_:transform:)

但是现在有个问题，如果我的某个中间子视图也设置了 environment 怎么办？最内层的视图拿到的值是什么呢？例如下面的代码：

struct InnermostView: View {
    @Environment(\.isEnabled) var isEnabled
    var body: some View {
        Text("\(isEnabled ? 1 : 0)")
    }
}

struct RootView: View {
    var body: some View {
        ZStack {
            ZStack {
                InnermostView()
            }
            .environment(\.isEnabled, true)
        }
        .environment(\.isEnabled, false)
    }
}

我们会发现最后的输出是 1，这说明内层的值覆盖了外层的值。但这往往不是我们希望的，我们希望父视图的 isEnabled 为 false 时能强制禁用掉所有子视图，这也符合其定义。这就需要引出 transformEnvironment(_:transform:) 了，我们这样修改代码：

struct RootView: View {
    var body: some View {
        ZStack {
            ZStack {
                InnermostView()
            }
            .transformEnvironment(\.isEnabled) { $0 = $0 && true }
        }
        .transformEnvironment(\.isEnabled) { $0 = $0 && false }
    }
}

transformEnvironment(_:transform:) 的第二个参数是一个闭包，它的参数为上一层 environment 的值，在这个闭包中我们可以基于上一层的值计算出一个新的值。这样我们每层做 $0 = $0 && value 的操作就相当于最终的 isEnabled 是所有层的值与起来的结果。我们再次运行，输出 0，现在就符合预期了。

到这里可以回顾下上文给出的 disabled() modifier 实现，是不是恍然大悟呢。当你创建自定义视图时，其实并不需要把所有属性列在构造器中，巧妙地使用 Environment 会让你的视图 API 更简洁，同时也易于与其运行的环境融合，毕竟你肯定不想自己造 isEnabled 这样的轮子，是吧。

最后悄悄再看一下 environmentObject() 的实现：

@available(iOS 13.0, OSX 10.15, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
extension View {
  @inlinable public func environmentObject<T>(_ object: T) -> some SwiftUI.View where T : Combine.ObservableObject {
        return environment(T.environmentStore, object)
    }

}

@available(iOS 13.0, OSX 10.15, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
extension ObservableObject {
  @usableFromInline
  internal static var environmentStore: Swift.WritableKeyPath<SwiftUI.EnvironmentValues, Self?> {
    get
  }
}

其实也是 Environment 的变种应用。

到这里 Environment 这个 part 就结束了，请记住这个 transform 的概念，因为下面我们会继续用到。

0x30 “不为人知”的 Preference

说到 Preference，大家可能会一脸懵，这玩意跟 UserDefaults 是啥关系？答案是：**没关系。半毛钱关系都没！**让我们先来看看文档是怎么说的：

听懂掌声。

... 所以我们还是用一个实际的例子来讲讲它的用处吧，先看下面这张图：

这是一个很常见的交互，选中的 tab 下方会有一个红点，这个红点居中于 item 下方。你可能会说这很简单呀，用 overlay() 就轻松搞定了，但我如果让你加入切换滑动动画呢。整个视图里小红点必须位于同级才可以做滑动动画，所以我给出该视图的一个大致框架：

var body: some View {
        HStack(alignment: .center, spacing: 16) {
            ForEach(self.data, id: \.self) { element in
                self.content(element)
            }
        }
        .overlay(
            RoundedRectangle(cornerRadius: 3)
                .fill(Color.red)
                .frame(width: 6, height: 6)
                .position(???)
                .offset(x: 0, y: ???)
        )
    }

通过这个结构，我们可以使用动画来修改小红点的 position 和 offset，但是它们的值怎么计算呢？这个问题其实也等同于如何获取选中 item 视图的 frame。

我们知道 GeometryReader 可以实现相关的操作，结合 coordinateSpace(name:) 和 frame(in:) items 就可以知道自己在父视图里的位置了：

private let coordinateSpaceName = UUID().uuidString

var body: some View {
        HStack(alignment: .center, spacing: 16) {
            ForEach(self.data, id: \.self) { element in
                self.content(element)
                    .background(
                        GeometryReader() { (innerGeometry) -> AnyView in
                            let frame = innerGeometry.frame(in: .named(self.coordinateSpaceName))
                            // Then?
                        }
                    )
            }
        }
        .coordinateSpace(name: self.coordinateSpaceName)
        .overlay(
            RoundedRectangle(cornerRadius: 3)
                .fill(Color.red)
                .frame(width: 6, height: 6)
                .position(???)
                .offset(x: 0, y: ???)
        )
    }

现在我们可以拿到 frame 了，但是如何让父视图得到这个值呢？

我们先来看看 Flutter 是如何解决的，在 Flutter 中如果我们想让一个视图撑满一个 Row 或者 Column，可以将视图包裹在 Expanded 中：

看下 Expanded 的实现可以发现其是一个 ParentDataWidget[3]，它也是用于建立父子组件通信的，只不过是子到父的单向通信，即子视图暴露一些父视图需要的属性，如自身大小、是否需要填满等等。它的整个工作流程大致如下：

这套机制能完美解决我们的问题，而 SwiftUI 也提供了这项能力，它就叫 Preference！与 Environment 类似，使用前需要声明 PreferenceKey。按照我们的需求，我们需要收集所有 item 视图的 frame，所以可以这样实现：

struct KeyedItemPreferenceKey<Key: Hashable>: PreferenceKey {
        typealias Value = [Key: CGRect]
        static var defaultValue: Value { return [:] }
        static func reduce(value: inout Value, nextValue: () -> Value) {
            for (index, center) in nextValue() {
                value[index] = center
            }
        }
    }

这个 key 表明该属性的类型是一个字典（以 item index 为下标存储所有 item 的 frame），然后默认值是空字典。接下来有个比较重要的方法，reduce(value:nextValue:)，它用于组合所有同 key 的值。因为我们一个视图下所有的子视图都有一个 preference 值（即 [index: frame]），而同个 key 只会有一个值，所以要按一定逻辑进行收敛。我们这里就简单将所有字典进行 merge，将它们变成一个字典给到父视图。

接下来我们开始接收子视图传来的 preference：

@State
private var itemPreferences = [Data.Index: CGRect]( "Data.Index: CGRect")

var body: some View {
        HStack(alignment: .center, spacing: 16) {
            ForEach(self.data, id: \.self) { element in
                self.content(element)
                    .background(
                        GeometryReader() { (innerGeometry) -> AnyView in
                            let index = self.data.firstIndex(of: element)!
                            let frame = innerGeometry.frame(in: .named(self.coordinateSpaceName))
                            return AnyView(GeometryReader() { _ in EmptyView() }
                                .preference(key: KeyedItemPreferenceKey<Data.Index>.self,
                                            value: [index: frame]))
                        }
                    )
            }
        }
        .coordinateSpace(name: self.coordinateSpaceName)
        .onPreferenceChange(KeyedItemPreferenceKey<Data.Index>.self) {
            self.itemPreferences = $0
        }
        .overlay(
            RoundedRectangle(cornerRadius: 3)
                .fill(Color.red)
                .frame(width: 6, height: 6)
                .position(preferencesOfSelectedItem.center)
                .offset(x: 0, y: preferencesOfSelectedItem.height / 2 + 8)
        )
    }

使用 onPreferenceChange(:perform:) 来响应 preference 的变化，这里只需将其存储到 State 中即可。

到这里我们就实现了我们想要的效果。但其实目前的实现有点违反 Single Source of Truth 的理念，我们记录的 frame 和视图真实的 frame 是两份，不过机制上能保证同步罢了。有没有什么方法可以不用额外存储呢？答案是肯定的，SwiftUI 提供了 overlayPreferenceValue(::) 和 backgroundPreferenceValue(::) 两个 API 可以让我们用 preference 的值来构造 overlay 和 background。我们可以用它把代码再优化一下：

// @State
// private var itemPreferences = [Data.Index: CGRect]( "Data.Index: CGRect")

var body: some View {
        HStack(alignment: .center, spacing: 16) {
            // ... Same
        }
        .coordinateSpace(name: self.coordinateSpaceName)
//        .onPreferenceChange(KeyedItemPreferenceKey<Data.Index>.self) {
//            self.itemPreferences = $0
//        }
        .overlayPreferenceValue(KeyedItemPreferenceKey<Data.Index>.self) {
            let preferencesOfSelectedItem = $0[selectedIndex]!
            RoundedRectangle(cornerRadius: 3)
                .fill(Color.red)
                .frame(width: 6, height: 6)
                .position(preferencesOfSelectedItem.center)
                .offset(x: 0, y: preferencesOfSelectedItem.height / 2 + 8)
        }
    }

运行一下可以发现效果是一模一样的。

例子说完了，我们这里也可以思考一下系统提供的哪些 API 是使用了 Preference 机制。简单调试后我发现 navigationTitle() 这类 modifiers 是 Preference 实现的，虽然不是内联方法，没有体现在 swiftinterface 中，但是打印被它修饰的 view 的类型可以看到：

NavigationView<
  ModifiedContent<
    Text,
    TransactionalPreferenceTransformModifier<NavigationTitleKey>
  >
>

而 transformPreference(::)（preference(::) 的闭包变换版本）的实现是：

@available(iOS 13.0, OSX 10.15, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
@frozen public struct _PreferenceTransformModifier<Key> : SwiftUI.ViewModifier where Key : SwiftUI.PreferenceKey {
  public var transform: (inout Key.Value) -> Swift.Void
  public typealias Body = Swift.Never
  @inlinable public init(key _: Key.Type = Key.self, transform: @escaping (inout Key.Value) -> Swift.Void) {
        self.transform = transform
    }
  public static func _makeView(modifier: SwiftUI._GraphValue<SwiftUI._PreferenceTransformModifier<Key>>, inputs: SwiftUI._ViewInputs, body: @escaping (SwiftUI._Graph, SwiftUI._ViewInputs) -> SwiftUI._ViewOutputs) -> SwiftUI._ViewOutputs
}

@available(iOS 13.0, OSX 10.15, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
extension View {
  @inlinable public func transformPreference<K>(_ key: K.Type = K.self, _ callback: @escaping (inout K.Value) -> Swift.Void) -> some SwiftUI.View where K : SwiftUI.PreferenceKey {
        return modifier(_PreferenceTransformModifier<K>(transform: callback))
    }

}

因此可以断定 navigationTitle() 是 transformPreference(::) 的变种实现的。

这种子视图向上管理的模式其实在前端里也比较常见，例如 React 中声明式设置文档标题的库 react-document-title[4] 也使用了一个类似的实现 react-side-effect[5]。

0x40 总结

最后我们来总结一下

此外，两者均支持 transform，从而自定义多层之间的覆盖行为。

两个组成 SwiftUI Data Flow 的重要成员，本文就暂时介绍到这里。通过文中两个 API 的对比，大家也一定能看出 SwiftUI 中 API 设计的一些套路，希望会给大家以后使用 SwiftUI 提供新的思路。

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