基于Swift语言及JSON的天气预报APP的设计与实现
任健
（上海信息技术学校，上海200331）
摘要：随着大数据时代的来临，各类智能终端在人们的日常生活中发挥着日益重要的作用.本文研究的基于Swift 语言及JSON的天气预报APP是上海信息技术学校信息技术系软件与信息服务专业《程序设计特长（1）》课程的项目教学实例，通过一体化的教学引导学生完成界面设计、天气预报API的使用、JSON数据包的解析等，最终将天气信息呈现给用户。
关键词：Swift;JSON；天气预报；项目教学实例
中图分类号：TP311.56文献标识码：A文章编号：1003-9767（2021）05-170-04
Design and implementation of weather forecast APP based on Swift language
and JSON
REN Jian
(Shanghai Information Technology College,Shanghai200331,China)
Abstract：With the advent of the Internet+big data era,various smart terminals are playing an increasingly important role in people's daily lives.The weather forecast app based on Swift language and JSON studied in this paper is a project teaching example of the program design specialty(1)course for the Software and Information Service Department of the Information Technology Department of Shanghai Information Technology School.It guides students through integrated teaching.Complete interface design,use of weather forecast API,analysis of JSON data package,etc.,and finally present weather information to users.
Keywords:Swift;JSON;weather forecast;project teaching examples
0引言
上海信息技术学校的软件与信息服务专业的学制为四年，三年级的学生已经完成了一系列专业课程的学习，具备较好的编码能力。作为2000年后出生的互联网原住民，他们的成长伴随着互联网的飞速发展，电脑、手机已经成为他们生活中不可或缺的一部分，其中iPhone因其无与伦比的安全性、独特的工业设计风格和成熟稳定的操作系统获得不少人的青睐叫
在现实生活中，天气预报对人们的生活非常重要，很多人一天的计划和行动都会根据天气预报进行决定冏。因此，基于Swift语言及JSON的天气预报APP的项目开发实践贴近真实生活，能够较好地激发学生的学习兴趣，进一步提高他们的编程开发能力、团队合作能力以及职场生存能力。
1开发环境概述
1.1macOS
macOS是首个应用在商用领域的图形用户界面操作系统叫苹果公司生产的Mac电脑采用了macOS操作系统，而macOS的核心是Unix操作系统，比较安全旳。相较于学生熟悉的Windows操作系统，macOS系统的稳定性和安全性更好，随着时代的发展，已经有越来越多的人选择使用Mac电脑，从Windows系统转为使用macOS系统需要适应一段时间，且两者间的应用程序互不兼容，macOS的APP 可以使用Xcode和Swift语言进行开发。
1.2Xcode和Swift语言
Xcode是运行在操作系统macOS上的集成开发环境（IDE），开发人员可以使用Xcode为苹果系列产品开发应用程序，包括iPad、iPhone、Apple Watch、Apple TV和Mac o Xcode为人们提供了完善的用户界面，绝大多数编码调试工作都可以在一个窗口内完成。通过使用Storyboard可以定义多个视图，并将它们连接在一起，构成完整的用户界面。
目前，Swift语言作为苹果公司主推的iOS开发的主流语言，在iOS应用开发中占据着重要的地位冏。Swift是苹果公司于2014年推出的一种全新语言，正在逐步替代
作者简介：任健（1989—），男，浙江舟山人，本科，中级讲师。研究方向：软件工程、职业教育。
Objective-C语言进行iOS应用开发［6］o相较于Objective-C 冗长的代码、复杂的符号和表达式,Swift语言更为简洁、快速、安全、高效，也更容易上手，相较于Objective-C更容易被中职学生理解和接受。
js获取json的key和value1.3心知天气
互联网上有各种各样的天气API接口，但不同API接口的请求方式、返回数据、相关资源等都存在或多或少的差异。在网络上传输数据时最常用的格式为XML和JSON，均是通用数据交换格式，JSON的主要优势是体积小⑺。心知天气返回的数据采用的就是JSON格式。为了统一教学标准，使学生较好地掌握相关的知识点和技能点，笔者选择心知天气的免费版。心知天气致力于向心知用户提供准确、稳定、丰富的天气数据服务，内容包括但不限定于天气数据API、天气网页插件、查询天气服务及网站查询天气服务冈。同时，心知天气提供了详尽的产品文档、天气状况图片素材包、示例代码等。
2软件设计与实现
首先，需要通过Xcode的File—New—>Project菜单新建工程文件，然后选择macOS下Application模板中的App o Language选择Swift,Userinterface选择Storyboard，完成工程文件的创建。
2.1设计APP界面
除语法语义外，Swift的最大优势之一是能够设计用户界面。对于大多数开发人员而言，iOS开发的与众不同之处在于代码(.Swift文件)和用户界面(.storyboard)相分离［9］o 天气预报APP的用户界面如图1所示。
图1天气预报APP的用户界面
在Xcode开发中，视图界面的设计在Main.storyboard中实现，单页面视图的APP布局在View Controller Scene-View Controller-View中完成。本APP主要涉及4类控件：Image View、Label、Push Button A Text Field o Image View主要用于放置背景图片和天气实况的图片，Label用于呈现城市名称、温度、天气状况，Push Button用于实现点击查询的功能，Text Field用于接收用户输入的城市名称。相关控件添加完成之后，可以通过Xcode的属性窗格进行控件大小、字体参数、对齐方式、颜等的具体设置，同时需要根据控件在视图界面的显示顺序对所有控件进行排序。
2.2使用心知天气API
获取天气信息是向某天气站点发起带有地点参数的URL地址连接以请求数据，站点将返回携带天气预报信息、地址和日期的JSON格式或XML格式的字符串［训。JSON作为一种轻量级的数据交换格式，具有安全、快速、通用、数据通信量小等优点何。天气实况信息的请求地址为(其中包含API密钥-key、所查询位置-location A语言-language、单位-unit四个参数):api.seniverse. com/v3/weather/now.json?key=plser93yuejjopyh&1o cation=s hanghai&language=zh-Hans&unit=c。同样，通过调整起始时间(start)和天数(days)的数值，就可以获得更多的信息，下面这个请求地址请求的就是上海自今天开始3天内的天气预报信息：api.seniverse/v3/weather/daily.js on?key=plser93yuejjopyh&1o cation=shanghai&language=zh-Hans&unit=c&start=0&days=3。
心知天气还在Github上提供了示例代码，这为实现APP 的相关功能和具体的教学提供了便利。在向心知天气的服务器发送天气预报信息请求时，需要使用信号量处理事件并发，即GCD(Grand Central Dispatch)o其核心的概念是队列，需要在一个线程中执行某段代码时，只需要将这段代码提交给GCD的队列，线程的创建、调度、运行、销毁等操作，均由GCD自动完成。当向心知天气的服务器发起请求时，初始化信号量为0，服务器接收到请求后，判断请求URL是否合法。请求合法，则返回天气数据JSON包，否则就报错。数据包返回后，使用semaphore.signal()执行信号量+1操作，释放相关资源后，使用semaphore.wait()执行信号量-1操作，请求资源分配。核心代码如图2所示。
2.3解析JSON数据包
从Swift4开始，当获取来自心知天气的JSON数据后，就可以使用JSONDecoder类进行处理，将JSON字符串转换为模型。JSONDecoder是Apple官方推出的JSON解析类，相较第三方JSON解析类，具有可靠、稳定和原生类型支持广泛等优点，但也存在一个缺点：解析过程中的任一属性解析失败会导致整个操作失败。
为了解决这一问题，引入第三方工具网站：app. quicktype.io，只需要把心知天气返回的JSON数据输入其中，选择语言为Swift，就可以获取对应的编解码协议。逐日天气预报和昨日天气的JSON数据及对应的编解码协议如图3所示，使用let welcome=try?newJSONDecoder(). decode(Welcome.self,from:jsonData)即可完成解析。需要注意的是，根据心知天气的示例代码，需要将lastUpdate的类
型定义为String类型，以避免解析失败。
let url=(URLComponents(string:
11api・seniverse・com/v3/weather/now
.json?key=S37CvdUtcqy366EZ-&location="+location+"&language=zh-Hans&unit=c")?.url)!
//天气实况谓求地址
let request=URLRequest(url:url)//发出网络请求
let semaphore=DispatchSemaphore(value:0)//用信号■处理事件并发
let task=Seniverse.session.dataTask(with:request){〃发出谓求，井获得反馈
(data,response,error)->Void in
if let jsonData=data{
let weather=try?JSONDecoderC).decodeCWeather.self,from:jsonData)//解析JSON数据
print(weather)//输出
}else if error!=nil{
print("Error:\(WeatherParseError.HttpError)")
}else{
print(”Error■:\(WeatherParseError.ParseEiror)”)
}
semaphore<signal()//释放资源
task・“sume()
semaphore・wait()//谓求资源分配
图2天气JSON数据包获取核心代码
//To parse the JSON,add this file to your project and do:
//
//let welcome=try?newJSONDecoderO.decode(Welcome.self,from:jsonData)Language Other
import Foundation
//MARK:-Welcome
struct Welcome:Codable{ let results:[Result]
Swift
Structs or classes
Struct
Plain types only
Generate initializers and mutators
//MARK:-Result
struct Result:Codable{
let location:Location
let daily:[Daily]
let lastUpdate:Date
CodingKey{
ast_update"
WARK:-Daily
uct Daily:Coda
let date,textDay,codeDay,textNight:String
let codeNight,high,low,rainfall:St precip,windDirection,windDirecti
windScale,humidity:String ree,windSpeed:St ring
Explicit CodingKey values in
Codable types
URLSession task extensions
Alamofire extensions
um CodingKeys:St ring,CodingKey{
case date
case textDay="text_day"
case codeDay="code_day"
case textNight="text_night"
case codeNight="cod
case high,low,rainf
case windDirection=
case windDir
case windSpe_
case windScale="wind_scale"
case humidity
"wind_direction_degree"
7：-Location
;truct Location:Codable{
let id,name,country,path:St ring
let timezone,timezoneoffset:String
CodingKey{
__..;ry,path,timezone
ffset="timezone_offset"Objects inherit from NSObject and @objcMembers is added to classes
Renders output in a Swift 5 compatible mode
Renders each top-level object in its own Swift file
Use var instead of let for object properties
Make all properties optional
Copy Code
图3JSON数据与对应的编解码协议
根据示例代码中天气实况的编解码协议，可以使用以下代码获取JSON数据包中的城市名称：
guard let CityName:String=weather?.results[O].location, name as!String
else{print("城市名称未取到")}
2.4呈现天气信息
根据返回的天气数据包，将城市名称、图像编码、天气状况、温度等JSON数据按层级依次解析并赋值，
然后在查询按钮的点击事件Search()中调用weatherNow()方法获取对应的返回值。同时，通过视图化操作的方式，将控件和代码进行关联，将返回值赋值给控件的stringValue属性、image 属性，以实现更新天气数据和切换图片。核心代码如图4所示。
class ViewController:NSViewController{
©IBOutlet weak var InputCN:NSTextField!//天气査询输入框
GIBOutlet weak var NowCN:NSTextField I//B询的城市-中文
PIBOutlet weak var NowCode:NSImageView!//天吒图像编码
(aiBOutlet weak var NowText:NSTextFieldl//天代状况
(PIBOutlet weak var NowTemperature:NSTextField!//天气温度
@IBAction func Search(_sender:Any){
NowCN・stringValue=Seniverse.API.weatherNow(location:
InputCN.stringValue).CityName//凰值
NowCode・image=NSImage(named:Seniverse・API・weatherNowClocation: InputCN.stringValue).Code)〃切换图片
//部分代码省略
}
图4天气信息的更新代码
3结语
本文基于Swift语言及JSON的天气预报APP，通过调用心知天气网站的API获取用户查询城市的天气情况并呈现给用户，满足了用户随时随地查看天气情况的需求。APP使用心知天气官方提供的Seniverse.session.dataTask发送服务器请求，使用信号量DispatchSemaphore处理事件并发，使用JSONDecoder处理JSON数据。测试发现，该APP的使用效果良好，能基本满足用户的天气查询需求。绝大多数软件与信息服务专业的学生通过学习，能够较好地完成天气预报APP Demo的设计、编码、测试与部署，对Sw迅语言的实际应用、属性设置、心知天气API的使用、网络请求、JSON数据编解码协议及解析等掌握得较好，整体反馈良好，教学成效显著。
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