Arrayを引数に持つ関数の要素に対する型指定の方法

Question

前提

Arrayの連結を行う++演算子を定義しています.

infix operator ++ : AdditionPrecedence

extension Array {
    static func ++(lhs: Array, rhs: Array) -> Array {
        var result = lhs
        result.append(contentsOf: rhs)
        return result
    }
}

発生している問題

連結自体はできるのですが，　lhsとrhsの型が違う場合, Array<Any>型の値を返してしまいます．

print(type(of: ([1,2,3] ++ [4]))) // Array<Int>
print(type(of: ([1,2,3] ++ ["str"]))) // Array<Any>

実現したいこと

Haskellの++演算子のように要素の型が違う場合，エラーを発生させたいです．

ghciでの実行結果は以下のようになります

:t [1,2,3] ++ [4]
[1,2,3] ++ [4] :: Num a => [a]

:t [1,2,3] ++ ["str"] -- error
-- No instance for (Num [Char]) arising from the literal ‘1’

試したこと

Swiftの+演算子は前提で書いた実装と似たような挙動をしていました．

print(type(of: ([1,2,3] + [4]))) // IndexPath
print(type(of: ([1,2,3] + ["str"]))) // Array<Any>

そもそも要素の型指定はできないからこうなっているのか， 意図してこういう挙動にしているのかわかりませんでした．
そこもできれば教えていただきたいです．

またダメ元でGenericsを使ってやってみましたが，演算子に型変数をつけることができなかったので，ダメです．

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

OS: macOS 10.14.6
Apple Swift version 5.1 (swiftlang-1100.0.270.13 clang-1100.0.33.7)
Target: x86_64-apple-darwin18.7.0

Answer 1

SwiftだとなんでもAnyにキャスト出来てしまうので普通のやり方だと無理ですね。
面倒くさいですけどこうするとご希望のものになります。

infix operator ++ : AdditionPrecedence

protocol P {}

extension Array where Element: P {
    static func ++ (lhs: Array, rhs: Array) -> Array {
        lhs + rhs
    }
}

extension Int: P {}

要素をprotocol Pに限定します。
AnyはPではなく、extensionも生やせないのでAnyにキャストされることはありません。
ただし ++ を使いたい型全てをPに準拠させる必要があります。

Comments

[AK-10]

ご回答ありがとうございます！
確かに，希望した動作になっていますね！

ただ，私の直感と少し反している部分があるので追加で質問させてください．

回答にあるコードをみて初めに思ったのは, protocol Pを準拠している別の型を用意した場合(次のような場合)

```swift
protocol P {}

extension Int: P {}
extension String: P {}
```

結局Anyの時と変わらないように見えました．（ElementがPに準拠したものであれば引数に代入することを許すと思っていた．）

実際のところ，私の予想とは違い，IntのPとStringのPが別物として扱われているような挙動をしています．

これはswiftの推論規則がこのように解釈するからという認識であってますでしょうか？

[MasakiHori]

Arrayは本来型パラメータを持っていますが、extensionではそれを省略して書くことが出来ます。
このときArrayとだけ記されたものはすべてArray<Element>と解釈されます。
省略せずに書けば

static func ++ (lhs: Array<Element>, rhs: Array<Element>) -> Array<Element>

となります。
つまり左右両項の要素の型は同一でなければならないのです。（戻り値も同じです）

----
今気付きましたが、こう書く方がよりSwiftらしいかも。

static func ++ (lhs: Self, rhs: Self) -> Self

[AK-10]

私もそのように認識しています．

ここではElementをPにしているので

省略せずに書くと
static func ++(lhs: Array<P>, rhs: Array<P>) -> Array<P>
となります．

lhsとrhsの要素の型はprotocol P を準拠しているかどうかのみに依存していると思っていたのです．

そういう意味でlhs: (Int: P), rhs: (String: P)であってもコンパイルは通りそうだなと思いました．

[MasakiHori]

static func ++(lhs: Array<P>, rhs: Array<P>) -> Array<P>
こうではないです。

あくまで要素はElementです。
そのうえで where Element: P によってElementがP準拠であることを条件としているのです。

[AK-10]

あー，なるほど！
理解しました！

Genericsで<T: Equatable> のように書くのと同じですね．

[MasakiHori]

はい、そうです