Swift 5.9 引入宏支持

在 WWDC 2023 上，苹果发布了 Swift 5.9 的测试版，该版本通过支持在编译时生成代码的宏功能，显著扩展了语言的能力。

宏的作用与特点

宏旨在通过引入类似于语言原语的构造来扩展编程语言的能力，并尽可能减少样板代码。Swift 宏在抽象语法树（AST）级别工作，允许在编译时生成代码并将其反馈给编译器。Swift 宏与 C/C++ 宏不同，后者仅进行某种专门的字符串替换，而 Swift 宏更类似于 Rust 或 Scala 中的宏，但有其独特之处。

宏将一个 AST 转换为另一个 AST，且不依赖或改变任何外部状态。

宏的类型

Swift 有两种类型的宏：

• 独立宏（Freestanding Macros）：独立出现，不附加到声明中，语法上以 # 开头。
• 附加宏（Attached Macros）：修改紧随其后的程序实体的声明，语法上以 @ 开头。

宏的扩展过程

Swift 编译器在扩展宏时，首先构建程序的 AST，然后将 AST 的部分发送给宏实现，宏实现使用这些部分构建其扩展形式。编译器最终使用扩展后的 AST 替换宏调用，并确保生成的代码仍然有效。宏可以嵌套在其他宏中，此时外部宏首先展开，并可以修改内部宏。

宏的声明与实现

与其他语言功能不同，Swift 宏需要单独声明和实现。宏声明使用 macro 关键字，定义其在代码中的调用位置和生成的代码类型。例如，标准库宏 @OptionSet 的声明如下：

@attached(member)
@attached(conformance)
public macro OptionSet<RawType>() =
        #externalMacro(module: "SwiftMacros", type: "OptionSetMacro")

该宏声明指定了宏实现的位置和类型，例如在 "SwiftMacros" 模块中的 "OptionSetMacro" 类型。

宏的实现

实现宏的过程相对复杂，宏实现为一个库，提供类型（如 struct），并属于 Xcode 项目中的一个独立目标。使用 Swift Package Manager 可以轻松创建宏模板：

swift package init --type macro

宏实现严格依赖于程序的 AST，必须提供一个 expansion(of:in:) 方法，接收 AST 和宏上下文作为参数，并返回一个 ExprSyntax。例如：

public struct FourCharacterCode: ExpressionMacro {

    public static func expansion(
        of node: some FreestandingMacroExpansionSyntax,
        in context: some MacroExpansionContext
    ) throws -> ExprSyntax {
...
}

宏的调试

如果从宏的 expansion 实现中抛出异常，它将在宏调用处被视为编译错误，这使得宏调试比其他语言更简单。

实验 Swift 宏

如果你想尝试 Swift 宏，可以下载 Xcode 15 测试版或在 Xcode 14 中安装最新的 Swift 工具链。