Практика 1. Классы, объекты и инкапсуляция в Swift

Цель

Закрепить основные понятия первой лекции: проектирование классов, создание экземпляров, хранимые и вычисляемые свойства, методы экземпляра и типа, инициализаторы, инкапсуляцию и ссылочную семантику.

По итогам работы вы должны уметь описать предметную сущность классом, определить её корректное состояние и предоставить безопасный интерфейс для изменения этого состояния.

Среда и запуск

Для работы нужен Swift 6 или новее.

Проверка версии:

swift --version

Каждое задание можно выполнять в отдельном файле task_N.swift и запускать как скрипт:

swift task_1.swift

Либо скомпилировать программу:

swiftc task_1.swift -o task_1
./task_1

На Windows имя исполняемого файла будет task_1.exe.

Краткая теория

Класс описывает состояние и поведение объектов. Конкретный объект является экземпляром класса.
Хранимое свойство содержит значение. Вычисляемое свойство рассчитывает его с помощью get и при необходимости изменяет связанное состояние через set.
Инициализатор init обязан присвоить значения всем хранимым свойствам. Проваливающийся init? возвращает nil, если корректный объект создать нельзя.
private скрывает деталь реализации, а private(set) разрешает внешнему коду читать свойство, но запрещает менять его напрямую.
Методы экземпляра работают с конкретным объектом. Члены с static принадлежат самому типу.
Классы имеют ссылочную семантику: после присваивания две переменные могут ссылаться на один объект.
=== проверяет тождественность объектов. == проверяет логическое равенство, если тип реализует Equatable.

Общие требования

Все классы, от которых не требуется наследование, объявляйте как final.
Не открывайте изменение состояния без необходимости. Используйте let, private и private(set).
Проверяйте инварианты в инициализаторах и методах.
Не используйте принудительное извлечение optional через ! в основной логике программы.
После каждого задания добавьте проверки с помощью assert и несколько понятных вызовов print.
Названия типов пишите в UpperCamelCase, свойств и методов — в lowerCamelCase.

Задание 1. Класс `Rectangle` — свойства и инициализация

Создайте класс прямоугольника.

Требования

width и height хранят стороны прямоугольника;
стороны должны быть больше нуля;
если переданы некорректные стороны, init? возвращает nil;
area и perimeter реализованы как вычисляемые свойства только для чтения;
isSquare показывает, является ли прямоугольник квадратом;
метод scale(by:) увеличивает или уменьшает обе стороны; коэффициент должен быть больше нуля;
внешний код может читать стороны, но не менять их напрямую.

final class Rectangle {
    private(set) var width: Double
    private(set) var height: Double

    var area: Double {
        fatalError("TODO")
    }

    var perimeter: Double {
        fatalError("TODO")
    }

    var isSquare: Bool {
        fatalError("TODO")
    }

    init?(width: Double, height: Double) {
        fatalError("TODO")
    }

    func scale(by factor: Double) -> Bool {
        fatalError("TODO")
    }
}

Минимальные проверки:

let rectangle = Rectangle(width: 3, height: 4)
assert(rectangle?.area == 12)
assert(rectangle?.perimeter == 14)
assert(rectangle?.isSquare == false)
assert(Rectangle(width: 0, height: 4) == nil)

assert(rectangle?.scale(by: 2) == true)
assert(rectangle?.area == 48)
assert(rectangle?.scale(by: -1) == false)

Объясните, почему area лучше сделать вычисляемым свойством, а не отдельным хранимым значением.

Задание 2. Класс `Counter` — состояние экземпляра и типа

Покажите разницу между состоянием отдельного объекта и состоянием всего типа.

Требования

value — текущее значение конкретного счётчика;
менять value напрямую снаружи нельзя;
increment() увеличивает значение на один;
increment(by:) увеличивает значение на положительное число и возвращает false, если аргумент некорректен;
reset() возвращает счётчик к нулю;
createdCount хранит число успешно созданных экземпляров;
howManyCreated() возвращает значение createdCount.

final class Counter {
    private(set) static var createdCount = 0
    private(set) var value = 0

    init() {
        fatalError("TODO")
    }

    func increment() {
        fatalError("TODO")
    }

    func increment(by amount: Int) -> Bool {
        fatalError("TODO")
    }

    func reset() {
        fatalError("TODO")
    }

    static func howManyCreated() -> Int {
        fatalError("TODO")
    }
}

Проверки должны показать, что значения двух счётчиков независимы, а createdCount является общим:

let firstCounter = Counter()
let secondCounter = Counter()

firstCounter.increment()
assert(firstCounter.value == 1)
assert(secondCounter.value == 0)
assert(Counter.howManyCreated() == 2)

Задание 3. Класс `Temperature` — вычисляемое свойство с `get` и `set`

Реализуйте температуру, которая хранится в градусах Цельсия, но может читаться и изменяться в градусах Фаренгейта.

Требования

celsius нельзя установить ниже абсолютного нуля -273.15;
некорректное начальное значение приводит к nil из init?;
изменять celsius можно только методом setCelsius(_:);
метод возвращает false и сохраняет прежнее состояние при некорректном значении;
fahrenheit — вычисляемое свойство с get и set;
сеттер fahrenheit переводит значение по формуле (f - 32) * 5 / 9 и также не нарушает абсолютный ноль.

final class Temperature {
    private(set) var celsius: Double

    var fahrenheit: Double {
        get {
            fatalError("TODO")
        }
        set {
            // Переведите newValue в градусы Цельсия и проверьте результат.
        }
    }

    init?(celsius: Double) {
        fatalError("TODO")
    }

    @discardableResult
    func setCelsius(_ value: Double) -> Bool {
        fatalError("TODO")
    }
}

Минимальные проверки:

let temperature = Temperature(celsius: 25)
assert(temperature?.fahrenheit == 77)

temperature?.fahrenheit = 32
assert(temperature?.celsius == 0)

let oldValue = temperature?.celsius
temperature?.fahrenheit = -500
assert(temperature?.celsius == oldValue)
assert(Temperature(celsius: -300) == nil)

Задание 4. Класс `BankAccount` — защищённые инварианты

Реализуйте банковский счёт, состояние которого нельзя сделать некорректным через публичный интерфейс.

Требования

number задаётся один раз и не может быть пустым;
balance доступен для чтения, но изменяется только методами класса;
начальный баланс не может быть отрицательным;
deposit(_:) принимает только положительную сумму;
withdraw(_:) принимает положительную сумму, не превышающую баланс;
оба метода возвращают Bool, показывающий успешность операции;
maskedNumber возвращает строку с последними четырьмя символами номера, например ****1234;
description() возвращает строку вида Счёт ****1234: 150.0.

final class BankAccount {
    let number: String
    private(set) var balance: Double

    var maskedNumber: String {
        fatalError("TODO")
    }

    init?(number: String, initialBalance: Double = 0) {
        fatalError("TODO")
    }

    @discardableResult
    func deposit(_ amount: Double) -> Bool {
        fatalError("TODO")
    }

    @discardableResult
    func withdraw(_ amount: Double) -> Bool {
        fatalError("TODO")
    }

    func description() -> String {
        fatalError("TODO")
    }
}

Минимальные проверки:

let account = BankAccount(number: "408178101234", initialBalance: 100)

assert(account?.deposit(50) == true)
assert(account?.withdraw(30) == true)
assert(account?.balance == 120)
assert(account?.withdraw(1_000) == false)
assert(account?.balance == 120)
assert(account?.maskedNumber == "****1234")

assert(BankAccount(number: "", initialBalance: 0) == nil)
assert(BankAccount(number: "1234", initialBalance: -1) == nil)

Дополнительное условие: убедитесь, что строка из пробелов также не считается корректным номером счёта.

Задание 5. Класс `LibraryMember` — комплексное задание

Спроектируйте систему выдачи книг читателю. Это задание развивает мини-практику из первой лекции.

Начальная модель книги:

import Foundation

struct LibraryBook: Equatable {
    let id: UUID
    let title: String
}

Требования к `LibraryMember`

неизменяемые id и name;
borrowedBooks можно читать, но нельзя изменять напрямую;
один читатель может одновременно держать не более пяти книг;
borrow(_:) не добавляет одну и ту же книгу повторно;
borrow(_:) возвращает true при успешной выдаче;
returnBook(id:) удаляет книгу по идентификатору и сообщает результат;
borrowedCount — вычисляемое число взятых книг;
hasBorrowed(bookID:) отвечает, есть ли книга у читателя;
summary() возвращает имя читателя и названия всех взятых книг.

final class LibraryMember {
    let id: UUID
    let name: String
    private(set) var borrowedBooks: [LibraryBook] = []

    var borrowedCount: Int {
        fatalError("TODO")
    }

    init(id: UUID = UUID(), name: String) {
        self.id = id
        self.name = name
    }

    @discardableResult
    func borrow(_ book: LibraryBook) -> Bool {
        fatalError("TODO")
    }

    @discardableResult
    func returnBook(id: UUID) -> Bool {
        fatalError("TODO")
    }

    func hasBorrowed(bookID: UUID) -> Bool {
        fatalError("TODO")
    }

    func summary() -> String {
        fatalError("TODO")
    }
}

Проверка ссылочной семантики

После реализации обязательно выполните следующий эксперимент:

let member = LibraryMember(name: "Амина")
let sameMember = member
let book = LibraryBook(id: UUID(), title: "Swift Programming")

assert(member === sameMember)
assert(member.borrow(book) == true)
assert(sameMember.borrowedCount == 1)

Объясните письменно, почему добавление книги через member изменило результат, видимый через sameMember.

Дополнительная часть

Создайте другого читателя с тем же именем и сравните ссылки через ===:

let anotherMember = LibraryMember(name: "Амина")
assert(member !== anotherMember)

Почему два читателя с одинаковыми данными остаются разными объектами?

Оформление результата

Сдайте пять файлов:

practice-01/
├── task_1.swift
├── task_2.swift
├── task_3.swift
├── task_4.swift
└── task_5.swift

Каждый файл должен самостоятельно запускаться и содержать:

реализацию класса;
не менее трёх содержательных assert;
хотя бы один пример успешной операции;
хотя бы одну проверку некорректных входных данных;
краткий комментарий с перечислением защищаемых инвариантов.

Критерии оценки

Раздел	Доля
Задания 1–2: базовые классы, свойства и `static`	25%
Задание 3: вычисляемое свойство и валидация	15%
Задание 4: инкапсуляция состояния счёта	20%
Задание 5: комплексная модель и ссылочная семантика	25%
Качество кода и проверки	15%

Штрафы

прямое изменение состояния вместо использования публичных методов;
отсутствие проверки инвариантов;
использование ! там, где можно безопасно обработать optional;
один общий файл, который не компилируется или не запускается;
удаление проверок вместо исправления реализации.

Вопросы для самопроверки

Чем класс отличается от экземпляра класса?
Почему у свойства area нет отдельного хранимого значения?
Чем private отличается от private(set)?
Почему константа let member всё равно позволяет вызвать метод, изменяющий состояние экземпляра класса?
В чём разница между свойством экземпляра value и свойством типа createdCount?
Что должен делать проваливающийся инициализатор при нарушении инварианта?
Зачем методы deposit(_:) и withdraw(_:) возвращают Bool?
Что означает оператор ===?
Почему две переменные после let second = first видят изменения одного объекта?
В каком случае для модели лучше выбрать структуру, а не класс?

Итог

В этой работе вы проектируете не просто набор свойств, а объекты с контролируемым состоянием. Основной критерий хорошего решения: внешний код может выполнять разрешённые операции, но не способен обойти правила предметной области.

Практика 1. Классы, объекты и инкапсуляция в Swift

Цель

Среда и запуск

Краткая теория

Общие требования

Задание 1. Класс Rectangle — свойства и инициализация

Требования

Задание 2. Класс Counter — состояние экземпляра и типа

Требования

Задание 3. Класс Temperature — вычисляемое свойство с get и set

Требования

Задание 4. Класс BankAccount — защищённые инварианты

Требования

Задание 5. Класс LibraryMember — комплексное задание

Требования к LibraryMember

Проверка ссылочной семантики

Дополнительная часть

Оформление результата

Критерии оценки

Штрафы

Вопросы для самопроверки

Итог

Задание 1. Класс `Rectangle` — свойства и инициализация

Задание 2. Класс `Counter` — состояние экземпляра и типа

Задание 3. Класс `Temperature` — вычисляемое свойство с `get` и `set`

Задание 4. Класс `BankAccount` — защищённые инварианты

Задание 5. Класс `LibraryMember` — комплексное задание

Требования к `LibraryMember`