Swift中如何不给父类加泛型即可修改子类继承的协议关联类型

问题根因 #

Swift 中类一旦确定了协议关联类型的具体类型，子类就无法再修改该关联类型。同时 Swift 不允许重写属性时变更属性类型，因为这会破坏父类已经约定的类型契约，导致父类指针调用时出现类型安全问题。

以下两种方案都不需要给AnyLayer添加泛型参数，即可满足需求：

方案1：保留继承关系，新增类型安全访问层 #

保持AnyLayer原有实现不变，子类内部做类型校验，对外暴露类型安全的接口：

// 原有AnyLayer实现不变
class AnyLayer: Layer {
    public var neurons = [AnyNeuron]()
    public func neuron(_ neuron: AnyNeuron) { /* Some actions */ }
    public func neurons(_ neurons: [AnyNeuron]) { self.neurons = neurons }
}

// 子类实现
final class InputLayer: AnyLayer {
    // 对外暴露类型安全的神经元数组
    var inputNeurons: [InputNeuron] {
        neurons as? [InputNeuron] ?? []
    }
    
    // 重写父类方法，添加类型校验，避免非预期类型加入
    override func neuron(_ neuron: AnyNeuron) {
        guard neuron is InputNeuron else {
            assertionFailure("InputLayer 仅支持添加 InputNeuron 类型")
            return
        }
        super.neuron(neuron)
    }
    
    // 新增类型安全的添加方法，编译时即可校验类型
    func add(_ neuron: InputNeuron) {
        super.neuron(neuron)
    }
}

该方案完全兼容现有依赖AnyLayer的代码，不需要修改上层调用逻辑。

方案2：拆分通用逻辑到基类，子类直接遵守协议实现编译时类型安全 #

如果需要完全的编译时类型校验，可以把AnyLayer的通用逻辑抽离到不遵守Layer协议的基类中，子类继承基类后自行实现Layer协议：

// 抽离所有Layer通用逻辑的基类，不遵守Layer协议
class BaseLayer {
    // 原有AnyLayer中的通用逻辑都放到这里
    func commonProcess() { /* 通用实现 */ }
}

// 原有AnyLayer保持不变，供需要通用Layer类型的场景使用
class AnyLayer: BaseLayer, Layer {
    typealias NeuronType = AnyNeuron
    var neurons: [AnyNeuron] = []
    func neuron(_ neuron: AnyNeuron) { /* 原有实现 */ }
    func neurons(_ neurons: [AnyNeuron]) { /* 原有实现 */ }
}

// 自定义子类继承BaseLayer，自行实现Layer协议，关联类型可自由定义
final class InputLayer: BaseLayer, Layer {
    typealias NeuronType = InputNeuron
    var neurons: [InputNeuron] = []
    func neuron(_ neuron: InputNeuron) { /* 实现逻辑 */ }
    func neurons(_ neurons: [InputNeuron]) { /* 实现逻辑 */ }
}

该方案可以实现编译时的全类型校验，没有运行时开销，也不会影响原有AnyLayer的使用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Daniil Khrapovitskii