Swift

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Swiftは、Appleが、iOS、iPadOS、macOS、tvOS、および watchOS のために開発したオープンソースのプログラミング言語です。

目次

• Swift/
• Swift/文法 - 主に制御構造、関数定義について
• Swift/オブジェクト指向 - 主に列挙体、クラス、構造体について
• Swift/非同期処理 - 主にGrand Central Dispatchによる非同期処理について

環境準備

公式サイトの、Download Swiftからインストーラーを入手するのが基本です。

iPadOS

Appleから、「Swift Playgrounds」が学生を対象に公開されています。 Swift Playgroundsは開発環境であるとともに、Swiftの基本を習得するためのチュートリアルを含んでいます。

macOS

Swiftを開発したAppleのプラットフォームです。 macOS 10.9 以降をサポートしています。 Xcodeに統合されています。 複数のツールチェインがSwiftをサポートしているので、目的に応じて切り替えて使用します。

Windows

Windows10以降をサポートしています（Windows8.1以前はサポート対象外）。

GNU/Linuxのディストリビューション

GNU/Linuxのディストリビューションの場合、使用するパッケージマネージャによってパッケージ名と依存関係、インストールに使用するコマンドが異なります。

もし、使用しているディストリビューションにSwiftのパッケージがない場合は、Swift公式サイトにあるTARBALLをダウンロードしてインストールします（RPMでも提供されていますが experimental use only との位置づけです）。

Ubuntu

18.04 以降をサポートしています。

CentOS

7 以降をサポートしています。

Amazon Linux

2 以降をサポートしています。

Fedoraの場合

公式サポートはないので、Fedora 独自のパッケージリポジトリーから非公式版をインストールします。

最新の利用可能なバージョンへインストール済みパッケージを同期する

sudo dnf distro-sync

実際のインストール

sudo dnf install swift-lang

実行方法

Hello World

コードは

print( "Hello, World!" )

で十分。これをテキストエディタでコードを書き、たとえば hello.swift などのファイル名で保存します。swiftで推奨される拡張子は「.swift」です。

コンパイルする場合

実行方法は、まずコンパイルのために

swiftc ファイル名.swift

を実行します。

すると、標準設定ならカレントディレクトリなどシステム標準の場所に ファイル名 の実行ファイルが出来るので、あとはそれを通常の実行ファイルと同じ方法で実行します。

MS-DOSやWindowsでは、PATHが通っていなくてもカレントフォルダのファイルを名前を打つだけで実行できますが、他のプラットフォームの場合は

./ファイル名

のようなに ./ を前置してカレントディレクトのファイルであることを明示して実行します。

インタプリタの場合

コマンド

swift ファイル名.swift

で、インタプリタとしてコンパイル無しで実行できます。

かつて「swift run」というコマンドだったが、現代では廃止され、上記のようなコマンドになっています。

対話モードの場合

コマンド

swift

で対話モードになります。

終了したい場合、Ctrl + D ボタンで終了します。

定数と変数

基本

定数はletキーワードで、変数はvarキーワードによって宣言します。

let 定数名: 型 = 式
var 変数名: 型 = 式

なお、変数や定数を文字出力したい場合、

var a: Int = 47
print( a )

のように記述します。型 Int は冒頭が大文字でなければなりません。小文字 int だとエラーになります。

なお、これを実行すると

47

と表示されます。

定数名や変数名には、「print」などの標準ライブラリ関数やSwiftのキーワードは使用できません。よく分からなければ、初心者のうちは「a」とか「b」とかの変数名を利用していれば、学習としては問題ないでしょう。

ほか、変数名などを数字で始めることは出来ません。

また、変数名などの中に半角スペースを入れるのは許されません。（半角スペースがあると2個の単語として認識され、エラーになります。）

[TODO: 「識別子」の説明に書換え]

下記のように、先に変数名だけ宣言しておいて、あとで値を代入することも可能です。

var a: Int 
a = 31
print( a )

実行結果

31

オプショナル型

Swiftには「オプショナル型」と「非オプショナル型」があります。

オプショナル型

値としてnilを受け入れられる。

非オプショナル型

値としてnilを受け入れられない。

ここまでに紹介した変数および定数の型は非オプショナル型です。

オプショナル型の変数および定数は宣言のときに Optional<型名>と書きます。 これには構文糖があり 型名? あるい 型名? と書くことも出来ます。

var a: Int = nil           // これはエラー
var b: Optional<Int> = nil // これならエラーにならない
var c: Int? = nil          // これでもエラーにならない
var d: Int! = nil          // これでもエラーにならない

アンラップ

var s: String? = nil
print(s)
s = "abc"
print(s)
print(s!)

実行結果

nil
Optional("abc") 
abc

Optinal型の変数名に ! つけるとOptional型から基底型の値を参照できます。これをアンラップを呼びます。

型推論

初期値を伴って変数（あるいは定数）が宣言された場合、型推論が行われ、型アノテーション(type annotation; : 型名の部分)を省略することができます。

let a: Double = 3.141592
let a = 3.141592  // 型名を省略する

暗黙の型変換は行われない

なお、いかなる数値型の変数についても暗黙の型変換( implicit conversion )が行われることはなく、型の違う数値同士の演算、右辺と左辺で型の異なる代入は全てコンパイルエラーとなります。一方、数値リテラルについては、整数型から浮動小数点型への暗黙の型変換が行われることがあります。

let b: Int = 1
let c: UInt = b          // コンパイルエラー
let d: Int = b + 1.0     // コンパイルエラー

基本データ型

数値

符号付き整数の型には、Int、Int8、Int16、Int32、Int64があります。Intは、32ビット環境ではInt32と同じサイズ、64ビット環境ではInt64と同じ。

符号無し整数の型には、UInt、UInt8、UInt16、UInt32、UInt64があります。UIntは、32ビット環境ではUInt32と同じサイズ、64ビット環境ではUInt64と同じ。

浮動小数点数の型には、IEEE 754 単精度Floatと、倍精度のDoubleがあります。

先述の通り、上記の型に対して暗黙の型変換( implicit conversion )が行われることは一切ありません。

「int」など小文字だとエラーになります。冒頭は大文字でIntのように書かなければなりません。

文字列

Swiftの文字列はString型、文字はCharacter型です。

コード例

var a: String = "good morning"
print(a)

実行結果

good morning

二重引用符 ( " から次の " まで)の中に、変数に代入したい文字または文字列を書く。変数のセクションではいちいち説明しなかったかもしれませんが、変数には数値だけでなく文字列や文字も代入できます。

文字や文字列を代入する場合、シングル引用符「'」だとエラーになります。二重引用符を使うこと。

文字列と別の文字列の連結は、+演算子で行えます。

コード例

var greet1 = "good"
var space = " "
var greet2 = "afternoon"

var msg = greet1 + space + greet2

print(msg)

実行結果

good afternoon

なお、「greet1 + " "」のように直接的に引用符で指定した文字列と変数を連結しようとしても、エラーになります。よって上記では、別途、変数「space」を用意してあります。

表示したい文字列中に変数値を埋め込む場合、下記の方法のいずれかを使えばいいです。String()でキャストする方法か、または\()を使う方法です。

コード例

// 方法1
var a = 14
var msg1 = "彼は" + String(a) + "歳"
print(msg1)

// 方法2
var b = 16
var msg2 = "彼女は\(b)歳"
print(msg2)

実行結果

彼は14歳
彼女は16歳

UTF-16表現ではサロゲートペアを要する拡張領域の文字も1文字として扱う。

下記のように、オブジェクトの文字数をカウントするcountプロパティが用意されているので、それでカウントするとコメント(// より行末までが実行時には無視されます)にある結果が表示されます。

import Foundation

let str = "aαあ𪚲"
print(str.utf8.count) // 10
print(str.utf16.count) // 5
print((str as NSString).length) // 5 = length in UTF-16
print(str._bridgeToObjectiveC().length) // 5

let char = str.character(at:3)
print(type(of: char)) // UInt16
print(String(format:"%x", char)) // d869

NSString の利用には Foundation のインポートが必要なので、上記コードではインポートしています。

配列

配列は、Array<型>ないし[型]と宣言します。より直感的な後者が推奨されています。

var arrayOfChars: [Character] // 宣言のみ
var arrayOfInts = [Int]() // 空の配列として初期化

let fibs = [1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55] // [Int]
let transcendentals = [ 2.7182818284590451, 3.1415926535897931 ] // [Double]
let falsies = [false, 0, 0.0, ""] // [Any]　型の混在

なお、[]は空の配列リテラルであるが、要素の型を何らかの形で指定する必要がある

var ints: [Int] =        []
var doubles: [Double] =  []
var any: [Any] =         []
var unknown =            [] // 型推論ができないため、コンパイルエラー

配列の結合、代入

var ints1: ArraySlice<Int>        =      [10,20,30]
var ints2: ArraySlice<Int>        =      [40,50]
ints1 = ints1 + ints2       // [10,20,30,40,50]
ints2[1] = 55               // [40,55]
ints1[1...2] = ints2        // [10,40,55,40,50]
ints1 = ints2               // [40,55]

空の定義を宣言した場合は、下記のように、あとで例えば.appendなどで具体的な値とともに項を追加する必要があります。なお、値なしで配列領域だけ確保することは推奨されておらず、標準の方法ではエラーになります。

var ary = [Int]();

ary.append(5)

print(ary[0])

実行結果

5

基本操作

var arr = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
arr.append(7)
print(arr) // [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

arr += [8, 9, 10]
print(arr) // [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

arr.insert(11, at:2)
print(arr) // [0, 1, 11, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

arr[2] = 12
print(arr) // [0, 1, 12, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

arr[2...2] = [11, 12, 13]
print(arr) // [0, 1, 11, 12, 13, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

arr.remove(at:0)
print(arr) // [1, 11, 12, 13, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

arr.removeLast()
print(arr) // [1, 11, 12, 13, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

arr[5...] = [99]
print(arr) // [1, 11, 12, 13, 2, 99]

let index13 = arr.index(of: 13)
print(index13) // Optional(3)

let squared = arr.map{ i in i * i }
print(squared) // [1, 121, 144, 169, 4, 9801]

let filtered = arr.filter{ n in n > 3 }
print(filtered) // [11, 12, 13, 99]

let sorted = arr.sorted{ (a, b) in a > b }
print(sorted) // [99, 13, 12, 11, 2, 1]

let sum = arr.reduce(0){ (s, n) in s + n }
print(sum) // 138

arr.forEach{ n in print(n) } // 1↵121↵144↵169↵4↵9801

let arr1 = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]

let arr1_1 = arr1.map{ a -> [Int] in a.reversed() }
print(arr1_1) // [[3, 2, 1], [6, 5, 4], [9, 8, 7]]

let arr1_2 = arr1.flatMap{ a -> [Int] in a.reversed() }
print(arr1_2) // [3, 2, 1, 6, 5, 4, 9, 8, 7]


let arr2 = [1, 2, nil, 4]

let arr2_1 = arr2.map{ n -> Int? in n }
print(arr2_1) // [Optional(1), Optional(2), nil, Optional(4)]

let arr2_2 = arr2.flatMap{ n -> Int? in n }
print(arr2_2) // [1, 2, 4]

セット

重複のないコレクション型

var set = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6] as Set
print(set)

基本操作

set.insert(5)
print(set) // [1, 3, 4, 9, 6, 5, 2]

set.remove(1)
print(set) // [3, 4, 9, 6, 5, 2]

print(set.contains(3)) // true

var arr = set.sorted()
print(arr) // [2, 3, 4, 5, 6, 9]

var digits = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] as Set
print(set.isSubset(of: digits)) // true

辞書

Swiftでは、連想配列は辞書(Dictionary)と呼ばれます。

辞書は総称型であり、キーの型KeyType、値の型ValueTypeを持つ辞書はDictionary<KeyType,ValueType>または[KeyType: ValueType]と宣言します。Array同様、より直感的な後者が推奨されています。

var name2num = [String:Int]()
name2num["zero"] = 0
name2num["one"]  = 1

let name2num = ["zero":0, "one":1, "two":2] // Dictionary<String, Int>

[:]が空の辞書リテラルであるが、キーの型および値の型が指定されている必要がある点は配列と同様です。

var dict: [String: Int] = [:]
var unknowndict = [:] // 型推論ができないため、コンパイルエラー

基本操作

var name2num = ["zero":0, "one":1, "two":2]

name2num["three"] = 3
print(name2num) // ["two": 2, "one": 1, "three": 3, "zero": 0]

name2num["zero"] = nil
print(name2num) // ["two": 2, "one": 1, "three": 3]

let one = name2num["one"]
print(one) // Optional(1)

print(name2num.keys) // ["two", "one", "three"]
print(name2num.values) // [2, 1, 3]

for element in name2num {
    print(element) // (key: "two", value: 2) ↵(key: "one", value: 1) ↵(key: "three", value: 3)
}

for (key, value) in name2num {
    print("\(key) = \(value)") // two = 2 ↵one = 1 ↵three = 3
}

name2num.forEach{ (key, value) in
    print("\(key) = \(value)") // two = 2 ↵one = 1 ↵three = 3
}

タプル

let errorStatus: (Int, String) = (404, "Not Found")

let errorStatus = (404, "Not Found")

タプルの各要素には名前をつけることができます。名前付きタプルに対して、数値インデックスによって各要素にアクセスすることも可能。

let okStatus = (code: 200, message: "OK")
print("\(okStatus.code): \(okStatus.message)")
print("\(okStatus.0): \(okStatus.1)")
// 200: OK
// 200: OK

代入式で定数や変数に分解することができます。この際にアンダースコアを指定すると、その値を無視することができます。

let (_, message) = okStatus

Optional型

Swiftでは安全性のため、ある型の定数や変数にnilを代入することは禁止されています。

変数にnilを代入可能にするには、Optional型でラップします。任意の型のOptional型は、ラップしたい型名の後ろに"?"を付けて表す。

var n: Int = nil  // コンパイルエラー
var m: Int? = nil // Optional型はnilを代入可能
var l: Optional<Int> = nil // Int? は Optional<Int> の略記である

var o:Int! = nil // 暗黙的開示Optional型。自動的に強制アンラップされるが、nilの場合に実行時エラーとなる
var p:ImplicitlyUnwrappedOptional<Int> = nil // Int! は ImplicitlyUnwrappedOptional<Int> の略記である

// 文字列の配列の中から指定した文字列を探す関数
func findString(data: [String], key: String) -> Int? {
    for index in 0..<data.count {
        if data[index] == key {
            return index
        }
    }
    return nil
}

Optional<Type>型の値からType型の値を取り出すことを、アンラップするという。

Optional型の値を強制的にアンラップするには、値のうしろに"!"を付けます。アンラップしようとした値がnilの場合は実行時エラーが発生します。

let fruits = ["apple", "banana", "orange"]
let possibleKiwiIndex = findString(data:fruits, key:"kiwi") // Int?型

if possibleKiwiIndex != nil {
    let kiwiIndex = possibleKiwiIndex!
    print("キウイは\(kiwiIndex)番目に見つかりました")
} else {
    print("キウイは見つかりませんでした")
}

if文とwhile文ではOptional束縛（optional binding）を記述できます。

if let kiwiIndex = find(fruits, "kiwi") {
    print("キウイは\(kiwiIndex)番目に見つかりました")
} else {
    print("キウイは見つかりませんでした")
}

Optional型の変数のメソッドやプロパティを呼び出す際には、Optional Chainingを記述できます。

var possibleOrangeIndex = findString(data:fruits, key:"orange")

if possibleOrangeIndex?.distance(to:1).signum() == -1 {
    print("オレンジは2番目より後にあります")
}

var path:String? = "/path/to/an/invisible/.file"
var isInvisible = path?.split(separator:"/").last?.hasPrefix(".")
print(isInvisible) // Optional(true)

演算子

算術演算子

二項演算子

文法	意味
+	加算
-	減算
*	乗算
/	除算（整数型のゼロ除算はエラーとなります）
%	剰余（整数型のゼロでの剰余演算はエラーとなります）
&+	加算（オーバーフローを無視します）
&-	減算（オーバーフローを無視します）
&*	乗算（オーバーフローを無視します）
&/	除算（オーバーフローを無視し、ゼロ除算の結果は0となります）（※廃止済み）
&%	剰余（オーバーフローを無視し、ゼロでの剰余演算の結果は0となります）（※廃止済み）

単項演算子（前置）

文法	意味
+	単項プラス
-	単項マイナス（符号反転）
++	インクリメント（式はインクリメントされた後の値を返す）※Swift 3.0で廃止
--	デクリメント（式はデクリメントされた後の値を返す）※Swift 3.0で廃止

単項演算子（後置）

文法	意味
++	インクリメント（式はインクリメントされる前の値を返す）※Swift 3.0で廃止
--	デクリメント（式はデクリメントされる前の値を返す）※Swift 3.0で廃止

比較演算子

比較演算

文法 意味 < より小さい <= 以下 > より大きい >= 以上

文法 意味 == 等しい != 等しくない === 同じオブジェクトへの参照 !== 別のオブジェクトへの参照

文法 意味 ~= パターンマッチ（左辺の範囲内に右辺が有ればtrue)

print(1...5 ~= 3) // true

var str = "mission control"
print(str.range(of: "control")! ~= str.index(of: "c")!) // true

論理演算子

論理演算子

文法	意味
&&	論理AND
||	論理OR
!	論理NOT

三項演算子

三項演算子

文法	意味
条件 ? 式1 : 式2	条件が真のとき式1の値を、偽のとき式2の値を返す

nil結合演算子（Nil Coalescing Operator）

nil結合演算子（Nil Coalescing Operator）

文法	意味
??	左オペランドにはT?型、右オペランドにはT型の値をとり、 左オペランドに値が存在していればアンラップしてその値を返し、左オペランドがnilであれば右オペランドの値を返す

"x".toInt() ?? 0  // 0
"5".toInt() ?? 0  // 5

ビット演算子

ビット演算子

文法	意味
<<	左シフト
>>	右シフト（左オペランドが符号付き整数の場合は算術シフト、符号無し整数の場合は論理シフト）
&	AND
|	OR
^	XOR
~	NOT（ビット反転）

代入演算子

代入演算子

文法 意味 = 代入 += 加算と代入 -= 減算と代入 *= 乗算と代入 %= 剰余演算と代入 /= 除算と代入

文法 意味 <<= 左ビットシフトと代入 >>= 右ビットシフトと代入 &= ビット演算ANDと代入 ^= ビット演算XORと代入 |= ビット演算ORと代入 &&= 論理ANDと代入 ||= 論理ORと代入

範囲演算子(Range operators)

範囲演算子(Range operators)

文法	意味
..<	半分開いた範囲（終端を含まない）：半開区間
...	閉じた範囲（終端を含む）：閉区間

キャスト演算子

キャスト演算子

文法	意味
is	型検査
as	型キャスト
as?	Optional型へのキャスト キャストできない場合はnilとなる
as!	強制型キャスト キャストできない場合は実行時エラーとなる

キャスト演算子

var arr:[Any] = [1, 2.0, "3", -4]

for item in arr {
  let intItem = item as? Int
  print(intItem)
}

実行結果

Optional(1)
nil
nil
Optional(-4)

import Foundation

var array1 = [1, 2, 3, 4] as NSArray
var mutableArray1 = array1 as? NSMutableArray // ダウンキャストできないので、nilになる
// ※補足: 上記の例の場合、Mutableな状態で取得したければ array1.mutableCopy() を行うべき。

var mutableArray2 = [1, 2, 3, 4] as NSMutableArray
var array2 = mutableArray2 as NSArray
var mutableArray2_2 = array2 as? NSMutableArray // 元々mutableArray2の型はNSMutableArrayなので、キャストに成功する

その他

識別子にはたいていのUnicode文字を用いることができます。

let リンゴの数 = 3
let みかんの数 = 5

文字列リテラルの中にある\(...)には、式の結果が展開される

let リンゴ説明 = "私は\(リンゴの数)個のリンゴを持っています。"  // ”私は3個のリンゴを持っています。"
let 果物説明 = "私は\(リンゴの数 + みかんの数)個の果物を持っています。" //"私は8個の果物を持っています。"

ヒアドキュメントには、ダブルクォーテーション3つを使用します。ヒアドキュメント内の行頭の空白は自動的にトリミングされます。

let tanka = """
            田子の浦に
            うち出でてみれば
            白妙の
            富士の高嶺に
            雪は降りつつ
            """
print(tanka)

数値リテラルのプレフィックスは"0b"で2進数、"0o"で8進数、"0x"で16進数を表す。

let dec = 29
let bin = 0b11101  // 2進数で29
let oct = 0o35     // 8進数で29
let hex = 0x1D     // 16進数で29

浮動小数点リテラルは、通常の十進数表記に加え16進数表記もサポートしています。

let π = 3.1415926535897931
let pi = 0x1.921fb54442d18p+1 // NSString(format:"%a", π) の出力と同様

整数型と浮動小数点型のどちらでも、コードの見やすさのためにアンダースコア _ を桁の区切りとして挿入できます。

let threeHundledMillion = 300_000_000
let bitMask: UInt8 = 0b0010_0000

アンダースコアは、代入文で代入する値を無視したいときに、仮の代入先として使用できます。

var s:String? = "String"
if let _ = s {
    print("sはnilではありません。")
}

for _ in 0..<5 {
    print("repeat")
}

let result = (404, "Not Found", false)
let (_, message, _) = result

他言語との比較

C言語との類似点

• ほとんどのC言語の演算子はSwiftでも使用できます。
  • ただし、Swiftではオーバーフローを伴う数値演算のサポートのための演算子が追加されています。
• 中括弧は、文をグループ化するために使用されます。
• 等号1つ=は代入、2つ==は等価比較を意味します。
  • この他に、Swiftでは等号3つ===は同じオブジェクトを参照しているかどうかを確認するための演算子を意味します。
• while、if、for等の制御文が類似しています。
  • ただし、Swiftでは拡張機能を有します。例えば、while、if文はパターンマッチングや条件付きOptionalアンラップをサポートします。
• 角括弧は、配列の宣言と配列の要素取得の両方で使用されます。

Objective-Cとの類似点

• 基本的な数値型Int、UInt、Float、Double等のサポート。
• クラスメソッドは、インスタンスメソッドと同様に継承されます。クラスメソッド内のselfは、メソッドが呼び出されたクラスを意味します。
• for...in列挙構文のサポート。

Objective-Cとの相違点

• 文はセミコロン（;）で終わる必要はありません。しかし、1行に複数の文を記述する際に使用することができます。
• ヘッダーファイルが存在しません。
• /*～*/によるコメントはネストできます。
• 型推論のサポート。
• ジェネリックプログラミングのサポート。
• 関数は第一級オブジェクトです。
• 演算子はクラスに対して再定義（演算子のオーバーロード）でき、新しい演算子を定義できます。
• 文字列はUnicodeを完全にサポートします。ほとんどのUnicode文字は識別子や演算子でも使用できます。
• 例外処理は存在しません。Swift 2では例外処理とは互換性のない別のエラー処理モデルが導入されています。
• バグの原因となるC言語ファミリーの特徴がいくつか削除されています。
  • デフォルトでは、ポインタは公開されていません。プログラマが参照の管理をする必要はありません。
  • 変数割り当ては値を返しません。これにより、=と==の誤用を防ぐことができます。
  • switch文内でbreakを行う必要はありません。明示的にfallthroughを行わない限り次のcaseにフォールスルーすることはありません。
  • 変数と定数は常に初期化され、配列の境界は常にチェックされます。
  • 算術オーバーフローは実行時エラーとしてトラップされます。オーバーフローを許可する演算子は&+、&-、&*、&/、&%として定義されます。また、全ての整数型にはプロパティmin、maxが定義されており、潜在的なオーバーフローのチェックに利用することができます。
  • ブロックを用いない1行のif文、while文はサポートされていません。
  • Off-by-oneエラーの原因となるC言語スタイルのfor (int i = 0; i < c; i++)文は、Swift 3で削除されました。
  • インクリメント演算子++、デクリメント演算子--は、Swift 3で削除されました。

外部リンク

• 公式ウェブサイト
• Online Swift Playground
• SwiftFiddle - Swift Online Playground