Фото
Kira auf der HeideнаUnsplash
Данная статья поможет вам создать свой первый Swift Package. Мы воспользуемся популярной C++ библиотекой для линейной алгебры Eigen, чтобы продемонстрировать, как можно обращаться к ней из Swift. Для простоты, мы портируем только часть возможностей Eigen.
Трудности взаимодействия C++ и Swift
Использование C++ кода из Swift в общем случае достаточно трудная задача. Все сильно зависит от того, какой именно код вы хотите портировать. Данные 2 языка не имеют соответствия API один-к-одному. Для подмножества языка C++ существуют автоматические генераторы Swift интерфейса (например,Scapix,Gluecodium). Они могут помочь вам, если разрабатывая библиотеку, вы готовы следовать некоторым ограничениям, чтобы ваш код просто конвертировался в другие языки. Тем не менее, если вы хотите портировать чужую библиотеку, то, как правило, это будет не просто. В таких ситуациях зачастую ваш единственный выбор: написать обертку вручную.
Команда Swift уже предоставляет interop дляCиObjective-Cв их инструментарии. В то же время,C++ interopтолько запланирован и не имеет четких временных рамок по реализации. Одна из сложно портируемых возможностей C++ шаблоны. Может показаться, что темплейты в C++ и дженерики в Swift схожи. Тем не менее, у них есть важные отличия. На момент написания данной статьи, Swift не поддерживает параметры шаблона не являющиеся типом, template template параметры и variadic параметры. Также, дженерики в Swift определяются для типов параметров, которые соблюдают объявленные ограничения (похоже на C++20 concepts). Также, в C++ шаблоны подставляют конкретный тип в месте вызова шаблона и проверяют поддерживает ли тип используемый синтаксис внутри шаблона.
Итого, если вам нужно портировать C++ библиотеку с обилием шаблонов, то ожидайте сложностей!
Постановка задачи
Давайте попробуем портировать вручную С++ библиотеку Eigen, в которой активно используются шаблоны. Эта популярная библиотека для линейной алгебры содержит определения для матриц, векторов и численных алгоритмов над ними. Базовой стратегией нашей обертки будет: выбрать конкретный тип, обернуть его в Objective-C класс, который будет импортироваться в Swift.
Один из способов импортировать Objective-C API в Swift это добавить C++ библиотеку напрямую в Xcode проект и написатьbridging header. Тем не менее, обычно удобнее, когда обертка компилируется в качестве отдельного модуля. В этом случае, вам понадобится помощь менеджера пакетов. Команда Swift активно продвигаетSwift Package Manager (SPM). Исторически, в SPM отсутствовали некоторые важные возможности, из-за чего многие разработчики не могли перейти на него. Однако, SPM активно улучшался с момента его создания. В Xcode 12, вы можете добавлять в пакет произвольные ресурсы и даже попробовать пакет в Swift playground.
В данной статье мы создадим SPM пакетSwiftyEigen. В качестве конкретного типа мы возьмем вещественную float матрицу с произвольным числом строк и колонок. КлассMatrixбудет иметь конструктор, индексатор и метод вычисляющий обратную матрицу. Полный проект можно найти наGitHub.
Структура проекта
SPM имеет удобный шаблон для создания новой библиотеки:
foo@bar:~$ mkdir SwiftyEigen && cd SwiftyEigenfoo@bar:~/SwiftyEigen$ swift package initfoo@bar:~/SwiftyEigen$ git init && git add . && git commit -m 'Initial commit'
Далее, мы добавляем стороннюю библиотеку (Eigen) в качестве сабмодуля:
foo@bar:~/SwiftyEigen$ git submodule add https://gitlab.com/libeigen/eigen Sources/CPPfoo@bar:~/SwiftyEigen$ cd Sources/CPP && git checkout 3.3.9
Отредактируем манифест нашего пакета,Package.swift:
// swift-tools-version:5.3import PackageDescriptionlet package = Package( name: "SwiftyEigen", products: [ .library( name: "SwiftyEigen", targets: ["ObjCEigen", "SwiftyEigen"] ) ], dependencies: [], targets: [ .target( name: "ObjCEigen", path: "Sources/ObjC", cxxSettings: [ .headerSearchPath("../CPP/"), .define("EIGEN_MPL2_ONLY") ] ), .target( name: "SwiftyEigen", dependencies: ["ObjCEigen"], path: "Sources/Swift" ) ])
Манифест является рецептом для компиляции пакета. Сборочная система Swift соберет два отдельных таргета для Objective-C и Swift кода. SPM не позволяет смешивать несколько языков в одном таргете. Таргет ObjCEigen использует файлы из папкиSources/ObjC, добавляет папкуSources/CPP в header search paths, и опеделяетEIGEN_MPL2_ONLY, чтобы гарантировать лицензию MPL2 при использовании Eigen. ТаргетSwiftyEigen зависит отObjCEigen и использует файлы из папкиSources/Swift.
Ручная обертка
Теперь напишем заголовочный файл для Objective-C класса в папкеSources/ObjCEigen/include:
#pragma once#import <Foundation/Foundation.h>NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN@interface EIGMatrix: NSObject@property (readonly) ptrdiff_t rows;@property (readonly) ptrdiff_t cols;- (instancetype)init NS_UNAVAILABLE;+ (instancetype)matrixWithZeros:(ptrdiff_t)rows cols:(ptrdiff_t)colsNS_SWIFT_NAME(zeros(rows:cols:));+ (instancetype)matrixWithIdentity:(ptrdiff_t)rows cols:(ptrdiff_t)colsNS_SWIFT_NAME(identity(rows:cols:));- (float)valueAtRow:(ptrdiff_t)row col:(ptrdiff_t)colNS_SWIFT_NAME(value(row:col:));- (void)setValue:(float)value row:(ptrdiff_t)row col:(ptrdiff_t)colNS_SWIFT_NAME(setValue(_:row:col:));- (EIGMatrix*)inverse;@endNS_ASSUME_NONNULL_END
У класса есть readonly свойства rows и cols, конструктор для нулевой и единичной матрицы, способы получить и изменить отдельные значения, и метод вычисления обратной матрицы.
Дальше напишем файл реализации вSources/ObjCEigen:
#import "EIGMatrix.h"#pragma clang diagnostic push#pragma clang diagnostic ignored "-Wdocumentation"#import <Eigen/Dense>#pragma clang diagnostic pop#import <iostream>using Matrix = Eigen::Matrix<float, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>;using Map = Eigen::Map<Matrix>;@interface EIGMatrix ()@property (readonly) Matrix matrix;- (instancetype)initWithMatrix:(Matrix)matrix;@end@implementation EIGMatrix- (instancetype)initWithMatrix:(Matrix)matrix { self = [super init]; _matrix = matrix; return self;}- (ptrdiff_t)rows { return _matrix.rows();}- (ptrdiff_t)cols { return _matrix.cols();}+ (instancetype)matrixWithZeros:(ptrdiff_t)rows cols:(ptrdiff_t)cols { return [[EIGMatrix alloc] initWithMatrix:Matrix::Zero(rows, cols)];}+ (instancetype)matrixWithIdentity:(ptrdiff_t)rows cols:(ptrdiff_t)cols { return [[EIGMatrix alloc] initWithMatrix:Matrix::Identity(rows, cols)];}- (float)valueAtRow:(ptrdiff_t)row col:(ptrdiff_t)col { return _matrix(row, col);}- (void)setValue:(float)value row:(ptrdiff_t)row col:(ptrdiff_t)col { _matrix(row, col) = value;}- (instancetype)inverse { const Matrix result = _matrix.inverse(); return [[EIGMatrix alloc] initWithMatrix:result];}- (NSString*)description { std::stringstream buffer; buffer << _matrix; const std::string string = buffer.str(); return [NSString stringWithUTF8String:string.c_str()];}@end
Теперь сделаем Objective-C код видимым из Swift с помощью файла вSources/Swift(смотритеSwift Forums):
@_exported import ObjCEigen
И добавим индексирование для более чистого API:
extension EIGMatrix { public subscript(row: Int, col: Int) -> Float { get { return value(row: row, col: col) } set { setValue(newValue, row: row, col: col) } }}
Пример использования
Теперь мы можем воспользоваться классом вот так:
import SwiftyEigen// Create a new 3x3 identity matrixlet matrix = EIGMatrix.identity(rows: 3, cols: 3)// Change a specific valuelet row = 0let col = 1matrix[row, col] = -2// Calculate the inverse of a matrixlet inverseMatrix = matrix.inverse()
Наконец, мы можем составить простой проект, который продемонстрирует возможности нашего пакета, SwiftyEigen. Приложение позволит вносить значения в матрицу 2x2 и вычислять обратную матрицу. Для этого, создаем новый iOS проект в Xcode, перетаскиваем папку с пакетом из Finder в project navigator, чтобы добавить локальную зависимость, и добавляем фреймворк SwiftyEigen в общие настройки проекта. Далее пишем UI и радуемся:
Смотрите полный проект наGitHub.
Ссылки
Спасибо за внимание!
