Практика 10. Практика к лекции 10 (часть 1)

Практика 10. Протоколы

Цель: освоить объявление и использование протоколов Swift (требования к свойствам и методам, conformance для struct/class/enum, протокол как тип, композиция протоколов, class-only протоколы) через серию упражнений от базовых к проектным. Все задания выполняются на Linux в командной строке.

Рекомендации по выполнению:

Создавайте файлы с расширением .swift и запускайте командой swift file.swift.
Каждое задание можно оформлять в отдельном файле или объединять логически близкие в один.
Добавляйте print-вызовы для демонстрации работы каждого задания.
Сравнивайте протоколы Swift с абстрактными классами (ABC) и утиной типизацией Python.

A. Разминка

Создайте протокол Describable с единственным требованием — вычисляемое свойство description: String { get }. Реализуйте соответствие для:
- struct Planet (свойства: name: String, distanceFromSun: Double)
- enum Season (варианты: spring, summer, autumn, winter)

Создайте массив [Describable] и выведите описание каждого элемента.

Пример ожидаемого поведения:

let items: [Describable] = [
    Planet(name: "Земля", distanceFromSun: 149.6),
    Season.winter,
    Planet(name: "Марс", distanceFromSun: 227.9)
]
for item in items {
    print(item.description)
}
// Планета Земля (149.6 млн км от Солнца)
// Сезон: зима
// Планета Марс (227.9 млн км от Солнца)

Создайте протокол Togglable с требованием mutating func toggle(). Реализуйте соответствие для:
- enum OnOffSwitch (варианты: on, off) — переключает между состояниями.
- struct LightDimmer (свойство brightness: Int, диапазон 0–100) — переключает между 0 и 100.

B. Протокол с требованиями к свойствам и методам

Создайте протокол Payable с требованиями:
- свойство salary: Double { get }
- метод monthlyPay() -> Double

Реализуйте:

struct FullTimeEmployee — имя, годовая зарплата. Ежемесячная выплата = salary / 12.
struct Contractor — имя, дневная ставка, количество отработанных дней. Ежемесячная выплата = salary * дни.

Создайте массив [Payable], выведите имя и месячную зарплату каждого. Напишите функцию totalMonthlyPayroll(_ employees: [Payable]) -> Double.

Пример ожидаемого поведения:

let team: [Payable] = [
    FullTimeEmployee(name: "Алиса", salary: 1_200_000),
    Contractor(name: "Борис", dailyRate: 5_000, daysWorked: 20)
]
for member in team {
    print("\(member.monthlyPay())")
}
// 100000.0
// 100000.0
print(totalMonthlyPayroll(team))  // 200000.0

C. Протокол как тип и стек

Создайте протокол Stackable с методами:
- mutating func push(_ item: Int)
- mutating func pop() -> Int?
- func peek() -> Int?
- var isEmpty: Bool { get }

Реализуйте struct IntStack, соответствующий Stackable, используя внутренний массив [Int]. Добавьте вычисляемое свойство count: Int.

Пример ожидаемого поведения:

var stack = IntStack()
stack.push(10)
stack.push(20)
stack.push(30)
print(stack.peek()!)    // 30
print(stack.pop()!)     // 30
print(stack.count)      // 2
print(stack.isEmpty)    // false

Продемонстрируйте использование протокола как типа: создайте функцию fillAndEmpty(_ stack: inout IntStack), которая добавляет 5 элементов, а затем извлекает все, печатая каждый.

D. Композиция протоколов

Создайте три протокола:
- Named — свойство name: String { get }
- Aged — свойство age: Int { get }
- Greetable — метод greet() -> String

Реализуйте struct Person, соответствующий всем трём. Напишите функцию, принимающую параметр типа Named & Aged & Greetable и выводящую приветствие.

Пример ожидаемого поведения:

func introduce(_ someone: Named & Aged & Greetable) {
    print("\(someone.greet()) Мне \(someone.age) лет.")
}

let person = Person(name: "Анна", age: 22)
introduce(person)  // Привет, я Анна! Мне 22 лет.

Создайте протоколы Readable (метод read() -> String) и Writable (метод write(_ data: String)). Создайте тип FileHandle, соответствующий обоим. Напишите функцию copyContent(from source: Readable, to destination: inout Writable).

E. Class-only протоколы и наследование протоколов

Создайте протокол Cacheable: AnyObject (доступен только для классов) с методом clearCache(). Реализуйте class ImageCache и class DataCache. Продемонстрируйте, что структура не может соответствовать этому протоколу (оставьте закомментированный пример с объяснением).

Создайте наследующий протокол PersistentCacheable: Cacheable с дополнительным методом saveToDisk(path: String). Реализуйте class DiskImageCache, соответствующий PersistentCacheable.

Пример ожидаемого поведения:

let caches: [Cacheable] = [ImageCache(), DataCache(), DiskImageCache()]
for cache in caches {
    cache.clearCache()
}
// ImageCache: кэш очищен
// DataCache: кэш очищен
// DiskImageCache: кэш очищен

if let persistent = caches[2] as? PersistentCacheable {
    persistent.saveToDisk(path: "/tmp/cache")
}

F. Мини-проект

«Система уведомлений» — создайте протокол-ориентированную систему:

Протоколы:

Notification — свойства title: String, message: String, priority: Priority (enum: low, medium, high).
NotificationSender — метод send(_ notification: Notification).
NotificationFilter — метод shouldSend(_ notification: Notification) -> Bool.

Реализуйте:

struct EmailNotification: Notification (с дополнительным свойством recipient: String).
struct PushNotification: Notification.
struct ConsoleSender: NotificationSender — печатает уведомление в консоль.
struct PriorityFilter: NotificationFilter — пропускает только уведомления с приоритетом >= medium.
struct NotificationCenter — содержит массив senders и filters, метод dispatch(_ notification: Notification) проверяет все фильтры и отправляет через все отправители.

Пример ожидаемого поведения:

var center = NotificationCenter(
    senders: [ConsoleSender()],
    filters: [PriorityFilter()]
)
center.dispatch(EmailNotification(
    title: "Сервер",
    message: "Диск заполнен на 95%",
    priority: .high,
    recipient: "admin@example.com"
))
// [HIGH] Сервер: Диск заполнен на 95%

center.dispatch(PushNotification(
    title: "Обновление",
    message: "Доступна новая версия",
    priority: .low
))
// (не отправлено — низкий приоритет)

Добавьте к мини-проекту протокол NotificationLogger с методом log(_ notification: Notification). Реализуйте struct InMemoryLogger, хранящий массив отправленных уведомлений. Интегрируйте логгер в NotificationCenter.

G. Критерии оценивания

Корректность и полнота реализации: 0–5 баллов
Грамотное определение и использование протоколов: 0–4 балла
Применение композиции протоколов и протоколов как типов: 0–4 балла
Читаемость кода и наличие демонстрационных примеров: 0–3 балла

Максимум: 16 баллов. Бонус до +2 за дополнительные задания.

H. Дополнительно (по желанию)

Добавьте к IntStack соответствие протоколу Sequence (реализуйте makeIterator()), чтобы можно было использовать стек в for-in.
Создайте протокол Validatable с методом validate() -> [String] (список ошибок). Реализуйте для структур RegistrationForm и PaymentForm.
Сравните подход Swift (протоколы + struct) с Python (ABC + class) — напишите оба варианта для задания 3 и обсудите различия.