Swift 5.3のコードをObjective-Cから呼び出す方法

Apple Silicon第一弾のM1チップ搭載のMacがついに登場しましたね。ネット上では賛否両論が渦巻いている感じです。

私は現在Macユーザーですが，自分のMacのリプレースというよりは，私が進めている人工衛星プロジェクトへの応用の可能性に注目しています。新しいMacの価格あたりの画像処理性能が極めて高く，消費電力あたりの画像処理性能も良好なのではないかと期待しています。人工衛星プロジェクトについては，[Elixir Advent Calendar 2020](https://qiita.com/advent-calendar/2020/elixir)で書く予定なので，どうぞ楽しみにしてください。

で，iOSアプリやMacアプリを開発するつもりではなく，ElixirからNIFというCプログラムを呼出す仕組みを利用して，ElixirからCore ImageやCore MLなど，Appleが蓄積しているSwiftのコード資産を呼び出すことができないか，という目的で，この記事を書きました。Objective-CからSwiftを呼び出せれば，CからObjective-Cを呼び出すことはできるので，ElixirからSwiftを呼び出すことも可能になります。

Swiftについては，Apple Developer Programを除き，古い言語仕様での記事しかなかったので，2020.11.12現在最新のXcodeであるXcode 12.1で採用されているSwift 5.3に対応している本記事は，類似する記事に対して新規性があるのではないかと思います。

また，Xcodeではなく，コマンドラインで`make`をつかってSwift/Objective-Cコードをコンパイルしています。`Makefile`の書き方も参考になるのではないかと思います。

# 出来上がったコード

さっそくコードを共有します。Apache-2.0 LicenseでGitHubに公開しています。

[https://github.com/zacky1972/swift_objc_test](https://github.com/zacky1972/swift_objc_test)

## Swiftコード(callee)

呼び出したいSwiftコードは次のとおりです。

```swift:ExampleClass.swift
import Foundation

@objc class ExampleClass: NSObject {
	var count = 0
	@objc func increment() {
		count += 1
		NSLog("increment")
	}
	@objc func increment(by amount: Int) {
		count += amount
	}
	@objc func reset() {
		count = 0
	}
}
```

このコードの出典はこちらです。[https://docs.swift.org/swift-book/LanguageGuide/Methods.html](https://docs.swift.org/swift-book/LanguageGuide/Methods.html)

## Objective-Cコード(caller)

Objective-Cから呼び出せるようにするためには，次の2つのことを行います。

* `import Foundation`として，`NSObject`から派生するようにクラスを定義する
* `@objc`をクラスと，Objective-Cから呼び出したいメソッドに付記する

Objective-C側のコードはこんな感じです。

```objective_c:main.m
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "ExampleClass-Swift.h"

int main(int argc, char** argv)
{
	ExampleClass *obj = [[ExampleClass alloc] init];
	[obj increment];
	NSLog(@"Testing");
}
```

ポイントは次のとおりです。

* クラス名が`ExampleClass`である場合には，`import "ExampleClass-Swift.h"`とする(クラス名に`-Swift.h`をつけたヘッダファイルをインポートする)

あとは普通にObjective-Cに読み替えて呼び出すだけです。

## 実行結果

実行結果は次のとおりです。

```bash
% ./hello 
2020-11-12 18:47:57.204 hello[10554:225821] increment
2020-11-12 18:47:57.204 hello[10554:225821] Testing
```

期待したとおり、さきに`increment`メソッドが呼ばれてから，`Testing`と表示されています。

準備するコードは，たったこれだけです。

## Makefile

ではどのようにビルドするか，`Makefile`を見ていきましょう。

```Makefile:Makefile
.phony: all clean

all: hello


main.o: main.m ExampleClass-Swift.h
	xcrun clang -c $< -o $@

ExampleClass.o: ExampleClass.swift ExampleClass-Swift.h
	xcrun swiftc -emit-object -parse-as-library $<

ExampleClass-Swift.h: ExampleClass.swift
	xcrun swiftc $< -emit-objc-header -emit-objc-header-path $@

hello: main.o ExampleClass.o
	xcrun swiftc $^ -o $@ -framework Foundation

clean:
	$(RM) hello *.o *.{swiftdoc,swiftmodule,swiftsourceinfo} ExampleClass ExampleClass-Swift.h
```

ポイントは次のとおりです。

* Swiftのコンパイルには`xcrun swiftc`を用います。`xcrun`をつけることで，XcodeのSDKを含むように指定します。`-emit-object`と`-parse-as-library`オプションをつけることで，オブジェクトファイル(`.o`)へとコンパイルします
* Objective-Cのコンパイルには`xcrun clang`を用います
* SwiftとObjective-Cを含むオブジェクトファイルをリンクするには，`xcrun clang`を用い，リンカオプションとして次のオプションを指定します

```bash
-L `xcrun --show-sdk-path`/usr/lib/swift -undefined dynamic_lookup
```

* **[ここが最大のポイント]** `ExampleClass-Swift.h`(Objective-Cに与えるヘッダファイル)を生成するには，`swiftc`を用いて，`-emit-objc-header`オプションと`-emit-objc-header-path`オプションを用います。`-emit-objc-header-path`オプションの直後に生成したいヘッダファイルへのパスを指定します

## 生成されたObjective-Cヘッダファイル

生成されたObjective-Cヘッダファイルは次のとおりです。

```objc:ExampleClass-Swift.h
// Generated by Apple Swift version 5.3 (swiftlang-1200.0.29.2 clang-1200.0.30.1)
#ifndef EXAMPLECLASS_SWIFT_H
#define EXAMPLECLASS_SWIFT_H
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wgcc-compat"

#if !defined(__has_include)
# define __has_include(x) 0
#endif
#if !defined(__has_attribute)
# define __has_attribute(x) 0
#endif
#if !defined(__has_feature)
# define __has_feature(x) 0
#endif
#if !defined(__has_warning)
# define __has_warning(x) 0
#endif

#if __has_include(<swift/objc-prologue.h>)
# include <swift/objc-prologue.h>
#endif

#pragma clang diagnostic ignored "-Wauto-import"
#include <Foundation/Foundation.h>
#include <stdint.h>
#include <stddef.h>
#include <stdbool.h>

#if !defined(SWIFT_TYPEDEFS)
# define SWIFT_TYPEDEFS 1
# if __has_include(<uchar.h>)
#  include <uchar.h>
# elif !defined(__cplusplus)
typedef uint_least16_t char16_t;
typedef uint_least32_t char32_t;
# endif
typedef float swift_float2  __attribute__((__ext_vector_type__(2)));
typedef float swift_float3  __attribute__((__ext_vector_type__(3)));
typedef float swift_float4  __attribute__((__ext_vector_type__(4)));
typedef double swift_double2  __attribute__((__ext_vector_type__(2)));
typedef double swift_double3  __attribute__((__ext_vector_type__(3)));
typedef double swift_double4  __attribute__((__ext_vector_type__(4)));
typedef int swift_int2  __attribute__((__ext_vector_type__(2)));
typedef int swift_int3  __attribute__((__ext_vector_type__(3)));
typedef int swift_int4  __attribute__((__ext_vector_type__(4)));
typedef unsigned int swift_uint2  __attribute__((__ext_vector_type__(2)));
typedef unsigned int swift_uint3  __attribute__((__ext_vector_type__(3)));
typedef unsigned int swift_uint4  __attribute__((__ext_vector_type__(4)));
#endif

#if !defined(SWIFT_PASTE)
# define SWIFT_PASTE_HELPER(x, y) x##y
# define SWIFT_PASTE(x, y) SWIFT_PASTE_HELPER(x, y)
#endif
#if !defined(SWIFT_METATYPE)
# define SWIFT_METATYPE(X) Class
#endif
#if !defined(SWIFT_CLASS_PROPERTY)
# if __has_feature(objc_class_property)
#  define SWIFT_CLASS_PROPERTY(...) __VA_ARGS__
# else
#  define SWIFT_CLASS_PROPERTY(...)
# endif
#endif

#if __has_attribute(objc_runtime_name)
# define SWIFT_RUNTIME_NAME(X) __attribute__((objc_runtime_name(X)))
#else
# define SWIFT_RUNTIME_NAME(X)
#endif
#if __has_attribute(swift_name)
# define SWIFT_COMPILE_NAME(X) __attribute__((swift_name(X)))
#else
# define SWIFT_COMPILE_NAME(X)
#endif
#if __has_attribute(objc_method_family)
# define SWIFT_METHOD_FAMILY(X) __attribute__((objc_method_family(X)))
#else
# define SWIFT_METHOD_FAMILY(X)
#endif
#if __has_attribute(noescape)
# define SWIFT_NOESCAPE __attribute__((noescape))
#else
# define SWIFT_NOESCAPE
#endif
#if __has_attribute(ns_consumed)
# define SWIFT_RELEASES_ARGUMENT __attribute__((ns_consumed))
#else
# define SWIFT_RELEASES_ARGUMENT
#endif
#if __has_attribute(warn_unused_result)
# define SWIFT_WARN_UNUSED_RESULT __attribute__((warn_unused_result))
#else
# define SWIFT_WARN_UNUSED_RESULT
#endif
#if __has_attribute(noreturn)
# define SWIFT_NORETURN __attribute__((noreturn))
#else
# define SWIFT_NORETURN
#endif
#if !defined(SWIFT_CLASS_EXTRA)
# define SWIFT_CLASS_EXTRA
#endif
#if !defined(SWIFT_PROTOCOL_EXTRA)
# define SWIFT_PROTOCOL_EXTRA
#endif
#if !defined(SWIFT_ENUM_EXTRA)
# define SWIFT_ENUM_EXTRA
#endif
#if !defined(SWIFT_CLASS)
# if __has_attribute(objc_subclassing_restricted)
#  define SWIFT_CLASS(SWIFT_NAME) SWIFT_RUNTIME_NAME(SWIFT_NAME) __attribute__((objc_subclassing_restricted)) SWIFT_CLASS_EXTRA
#  define SWIFT_CLASS_NAMED(SWIFT_NAME) __attribute__((objc_subclassing_restricted)) SWIFT_COMPILE_NAME(SWIFT_NAME) SWIFT_CLASS_EXTRA
# else
#  define SWIFT_CLASS(SWIFT_NAME) SWIFT_RUNTIME_NAME(SWIFT_NAME) SWIFT_CLASS_EXTRA
#  define SWIFT_CLASS_NAMED(SWIFT_NAME) SWIFT_COMPILE_NAME(SWIFT_NAME) SWIFT_CLASS_EXTRA
# endif
#endif
#if !defined(SWIFT_RESILIENT_CLASS)
# if __has_attribute(objc_class_stub)
#  define SWIFT_RESILIENT_CLASS(SWIFT_NAME) SWIFT_CLASS(SWIFT_NAME) __attribute__((objc_class_stub))
#  define SWIFT_RESILIENT_CLASS_NAMED(SWIFT_NAME) __attribute__((objc_class_stub)) SWIFT_CLASS_NAMED(SWIFT_NAME)
# else
#  define SWIFT_RESILIENT_CLASS(SWIFT_NAME) SWIFT_CLASS(SWIFT_NAME)
#  define SWIFT_RESILIENT_CLASS_NAMED(SWIFT_NAME) SWIFT_CLASS_NAMED(SWIFT_NAME)
# endif
#endif

#if !defined(SWIFT_PROTOCOL)
# define SWIFT_PROTOCOL(SWIFT_NAME) SWIFT_RUNTIME_NAME(SWIFT_NAME) SWIFT_PROTOCOL_EXTRA
# define SWIFT_PROTOCOL_NAMED(SWIFT_NAME) SWIFT_COMPILE_NAME(SWIFT_NAME) SWIFT_PROTOCOL_EXTRA
#endif

#if !defined(SWIFT_EXTENSION)
# define SWIFT_EXTENSION(M) SWIFT_PASTE(M##_Swift_, __LINE__)
#endif

#if !defined(OBJC_DESIGNATED_INITIALIZER)
# if __has_attribute(objc_designated_initializer)
#  define OBJC_DESIGNATED_INITIALIZER __attribute__((objc_designated_initializer))
# else
#  define OBJC_DESIGNATED_INITIALIZER
# endif
#endif
#if !defined(SWIFT_ENUM_ATTR)
# if defined(__has_attribute) && __has_attribute(enum_extensibility)
#  define SWIFT_ENUM_ATTR(_extensibility) __attribute__((enum_extensibility(_extensibility)))
# else
#  define SWIFT_ENUM_ATTR(_extensibility)
# endif
#endif
#if !defined(SWIFT_ENUM)
# define SWIFT_ENUM(_type, _name, _extensibility) enum _name : _type _name; enum SWIFT_ENUM_ATTR(_extensibility) SWIFT_ENUM_EXTRA _name : _type
# if __has_feature(generalized_swift_name)
#  define SWIFT_ENUM_NAMED(_type, _name, SWIFT_NAME, _extensibility) enum _name : _type _name SWIFT_COMPILE_NAME(SWIFT_NAME); enum SWIFT_COMPILE_NAME(SWIFT_NAME) SWIFT_ENUM_ATTR(_extensibility) SWIFT_ENUM_EXTRA _name : _type
# else
#  define SWIFT_ENUM_NAMED(_type, _name, SWIFT_NAME, _extensibility) SWIFT_ENUM(_type, _name, _extensibility)
# endif
#endif
#if !defined(SWIFT_UNAVAILABLE)
# define SWIFT_UNAVAILABLE __attribute__((unavailable))
#endif
#if !defined(SWIFT_UNAVAILABLE_MSG)
# define SWIFT_UNAVAILABLE_MSG(msg) __attribute__((unavailable(msg)))
#endif
#if !defined(SWIFT_AVAILABILITY)
# define SWIFT_AVAILABILITY(plat, ...) __attribute__((availability(plat, __VA_ARGS__)))
#endif
#if !defined(SWIFT_WEAK_IMPORT)
# define SWIFT_WEAK_IMPORT __attribute__((weak_import))
#endif
#if !defined(SWIFT_DEPRECATED)
# define SWIFT_DEPRECATED __attribute__((deprecated))
#endif
#if !defined(SWIFT_DEPRECATED_MSG)
# define SWIFT_DEPRECATED_MSG(...) __attribute__((deprecated(__VA_ARGS__)))
#endif
#if __has_feature(attribute_diagnose_if_objc)
# define SWIFT_DEPRECATED_OBJC(Msg) __attribute__((diagnose_if(1, Msg, "warning")))
#else
# define SWIFT_DEPRECATED_OBJC(Msg) SWIFT_DEPRECATED_MSG(Msg)
#endif
#if !defined(IBSegueAction)
# define IBSegueAction
#endif
#if __has_feature(modules)
#if __has_warning("-Watimport-in-framework-header")
#pragma clang diagnostic ignored "-Watimport-in-framework-header"
#endif
@import ObjectiveC;
#endif

#pragma clang diagnostic ignored "-Wproperty-attribute-mismatch"
#pragma clang diagnostic ignored "-Wduplicate-method-arg"
#if __has_warning("-Wpragma-clang-attribute")
# pragma clang diagnostic ignored "-Wpragma-clang-attribute"
#endif
#pragma clang diagnostic ignored "-Wunknown-pragmas"
#pragma clang diagnostic ignored "-Wnullability"

#if __has_attribute(external_source_symbol)
# pragma push_macro("any")
# undef any
# pragma clang attribute push(__attribute__((external_source_symbol(language="Swift", defined_in="ExampleClass",generated_declaration))), apply_to=any(function,enum,objc_interface,objc_category,objc_protocol))
# pragma pop_macro("any")
#endif


SWIFT_CLASS("_TtC12ExampleClass12ExampleClass")
@interface ExampleClass : NSObject
- (void)increment;
- (void)incrementBy:(NSInteger)amount;
- (void)reset;
- (nonnull instancetype)init OBJC_DESIGNATED_INITIALIZER;
@end

#if __has_attribute(external_source_symbol)
# pragma clang attribute pop
#endif
#pragma clang diagnostic pop
#endif
```

# まとめ

この知見により，Swift 5.3のコードをObjective-Cから呼び出すことができるようになりました。別途CからObjective-Cを呼び出すコードを書くことで，CからSwiftを呼び出すことができるようになります。すなわち，ElixirからSwiftやAppleのAPIが自在に呼び出せるということです。万歳！

# 謝辞

本研究成果は、科学技術振興機構研究成果展開事業研究成果最適展開支援プログラム A-STEP トライアウト JPMJTM20H1 の支援を受けた。