# Swift Macros: esempi pratici di metaprogrammazione > Guida completa alle Swift Macros: creazione di macro freestanding e attached, manipolazione dell'AST con swift-syntax ed esempi pratici per eliminare il codice ripetitivo. - Published: 2026-03-11 - Updated: 2026-05-01 - Author: SharpSkill - Tags: swift, ios, macros, metaprogramming, swift-syntax - Reading time: 16 min --- Le Swift Macros, introdotte con Swift 5.9 e Xcode 15, rappresentano una rivoluzione nel modo in cui si scrive codice Swift. Questa funzionalità consente la generazione di codice in fase di compilazione, eliminando il boilerplate senza rinunciare alla sicurezza dei tipi statica. A differenza delle macro del preprocessore C, le Swift Macros sono type-safe, integrate nel compilatore e completamente supportate dagli strumenti di sviluppo. > **Cosa copre questa guida** > > Questa guida esplora la creazione delle Swift Macros dall'inizio alla fine: dai concetti fondamentali alle implementazioni avanzate, con esempi di codice funzionanti pronti per essere adattati a qualsiasi progetto iOS. ## Comprendere i tipi di Swift Macros Swift offre due categorie principali di macro, ciascuna con casi d'uso distinti. Le macro freestanding agiscono in modo autonomo come espressioni o dichiarazioni, mentre le macro attached si legano a dichiarazioni esistenti per modificarle o arricchirle. ### Macro freestanding: espressione e dichiarazione Le macro freestanding iniziano con il simbolo `#` e possono restituire un valore (espressione) oppure creare nuove dichiarazioni. Ecco un esempio concreto di macro di espressione: ```swift // MacroUsage.swift // Freestanding expression macro - generates a value let buildInfo = #buildDate // Expansion → "2026-03-11 10:30:45" // Freestanding macro with arguments let message = #stringify(1 + 2) // Expansion → "1 + 2 = 3" // Freestanding declaration macro - creates declarations #makeCase("success", "failure", "pending") // Expansion → // case success // case failure // case pending ``` La differenza fondamentale tra espressione e dichiarazione risiede nel risultato: un'espressione produce un valore, mentre una dichiarazione produce codice strutturale (tipi, funzioni, variabili). ### Macro attached: i cinque ruoli Le macro attached iniziano con `@` e si collocano davanti a una dichiarazione. Swift definisce cinque ruoli distinti per queste macro: ```swift // AttachedMacroRoles.swift // @attached(peer) - adds declarations at the same level @AddAsync func fetchUser(id: Int) -> User { ... } // Expansion → adds func fetchUserAsync(id: Int) async -> User // @attached(accessor) - adds getters/setters @UserDefault("theme") var currentTheme: String // Expansion → adds get { UserDefaults.standard.string(...) } // @attached(member) - adds members to a type @AutoEquatable struct Point { var x: Int var y: Int } // Expansion → adds static func == (lhs: Point, rhs: Point) -> Bool // @attached(memberAttribute) - applies attributes to members @CodableKeys struct Config { var apiUrl: String var timeout: Int } // Expansion → adds @CodingKey("api_url") before apiUrl // @attached(conformance) / @attached(extension) - adds conformances @Hashable struct User { var id: Int var name: String } // Expansion → adds extension User: Hashable { ... } ``` Questi ruoli possono essere combinati per creare macro potenti, capaci di trasformare il codice su più dimensioni contemporaneamente. ## Configurazione del progetto per creare macro La creazione delle Swift Macros richiede uno Swift Package con una struttura specifica. Il pacchetto dipende da swift-syntax, la libreria ufficiale per manipolare il codice Swift come albero della sintassi astratta (AST). ### Struttura di Package.swift ```swift // Package.swift // swift-tools-version: 5.9 import PackageDescription let package = Package( name: "MyMacros", platforms: [.macOS(.v10_15), .iOS(.v13)], products: [ // Library exposing macros to the main project .library( name: "MyMacros", targets: ["MyMacros"] ), // Executable for testing macros .executable( name: "MyMacrosClient", targets: ["MyMacrosClient"] ) ], dependencies: [ // Required dependency for macros .package( url: "https://github.com/apple/swift-syntax.git", from: "509.0.0" ) ], targets: [ // Compiler plugin containing implementation .macro( name: "MyMacrosPlugin", dependencies: [ .product(name: "SwiftSyntax", package: "swift-syntax"), .product(name: "SwiftSyntaxMacros", package: "swift-syntax"), .product(name: "SwiftCompilerPlugin", package: "swift-syntax") ] ), // Target exposing macro declarations .target( name: "MyMacros", dependencies: ["MyMacrosPlugin"] ), // Test client .executableTarget( name: "MyMacrosClient", dependencies: ["MyMacros"] ), // Unit tests .testTarget( name: "MyMacrosTests", dependencies: [ "MyMacrosPlugin", .product(name: "SwiftSyntaxMacrosTestSupport", package: "swift-syntax") ] ) ] ) ``` Questa configurazione separa nettamente le dichiarazioni delle macro (ciò che il codice client vede) dalla loro implementazione (eseguita in fase di compilazione). > **Organizzazione consigliata** > > Servono almeno tre file: MyMacros.swift per le dichiarazioni, MyMacrosPlugin.swift per le implementazioni e MyMacrosTests.swift per i test. Questa separazione semplifica la manutenzione. ## Creare una macro di espressione Le macro di espressione generano un valore utilizzabile direttamente nel codice. Vediamo come creare una macro `#unwrap` che esegue l'unwrap di un opzionale con un messaggio di errore personalizzato che include il nome della variabile. ### Dichiarazione della macro ```swift // MyMacros.swift import Foundation /// Macro that unwraps an optional with an explicit error message /// Usage: let value = #unwrap(optionalValue) /// Expansion: guard let optionalValue else { fatalError("...") }; optionalValue @freestanding(expression) public macro unwrap(_ value: T?) -> T = #externalMacro( module: "MyMacrosPlugin", type: "UnwrapMacro" ) ``` La firma dichiara che la macro accetta un opzionale e restituisce il valore non opzionale. `#externalMacro` punta all'implementazione presente nel plugin. ### Implementazione con swift-syntax ```swift // UnwrapMacro.swift import SwiftSyntax import SwiftSyntaxMacros import SwiftCompilerPlugin public struct UnwrapMacro: ExpressionMacro { public static func expansion( of node: some FreestandingMacroExpansionSyntax, in context: some MacroExpansionContext ) throws -> ExprSyntax { // Get the first argument passed to the macro guard let argument = node.argumentList.first?.expression else { throw MacroError.missingArgument } // Extract the variable name for the error message let variableName = argument.description.trimmingCharacters( in: .whitespacesAndNewlines ) // Generate the expansion code // Uses an immediately-invoked closure to encapsulate the guard return """ { guard let value = \(argument) else { fatalError("Failed to unwrap '\\(\(literal: variableName))' - value was nil") } return value }() """ } } // Custom errors for macros enum MacroError: Error, CustomStringConvertible { case missingArgument case invalidSyntax(String) var description: String { switch self { case .missingArgument: return "The macro requires an argument" case .invalidSyntax(let message): return "Invalid syntax: \(message)" } } } ``` Il metodo `expansion` riceve il nodo dell'AST che rappresenta la chiamata della macro e il contesto di compilazione. Restituisce un `ExprSyntax` che contiene il codice generato. ### Registrazione del plugin ```swift // MyMacrosPlugin.swift import SwiftCompilerPlugin import SwiftSyntaxMacros @main struct MyMacrosPlugin: CompilerPlugin { // List all macros provided by this plugin let providingMacros: [Macro.Type] = [ UnwrapMacro.self, // Add other macros here ] } ``` Questo entry point informa il compilatore sulle macro disponibili nel plugin. ## Creare una macro attached di tipo member Le macro member aggiungono membri (proprietà, metodi, tipi annidati) a un tipo esistente. Ecco una macro `@AutoInit` che genera automaticamente un inizializzatore con tutte le proprietà memorizzate. ### Dichiarazione e implementazione complete ```swift // MyMacros.swift /// Automatically generates an initializer with all stored properties @attached(member, names: named(init)) public macro AutoInit() = #externalMacro( module: "MyMacrosPlugin", type: "AutoInitMacro" ) ``` ```swift // AutoInitMacro.swift import SwiftSyntax import SwiftSyntaxMacros public struct AutoInitMacro: MemberMacro { public static func expansion( of node: AttributeSyntax, providingMembersOf declaration: some DeclGroupSyntax, in context: some MacroExpansionContext ) throws -> [DeclSyntax] { // Verify the macro is applied to a struct or class guard declaration.is(StructDeclSyntax.self) || declaration.is(ClassDeclSyntax.self) else { throw MacroError.invalidSyntax( "@AutoInit can only be applied to structs and classes" ) } // Collect stored properties let properties = declaration.memberBlock.members .compactMap { $0.decl.as(VariableDeclSyntax.self) } .filter { isStoredProperty($0) } // Generate initializer parameters let parameters = properties.compactMap { property -> String? in guard let binding = property.bindings.first, let identifier = binding.pattern.as(IdentifierPatternSyntax.self), let type = binding.typeAnnotation?.type else { return nil } let name = identifier.identifier.text let typeName = type.description.trimmingCharacters(in: .whitespaces) // Check if the property has a default value if binding.initializer != nil { return "\(name): \(typeName) = \(binding.initializer!.value)" } return "\(name): \(typeName)" } // Generate assignments in the init body let assignments = properties.compactMap { property -> String? in guard let binding = property.bindings.first, let identifier = binding.pattern.as(IdentifierPatternSyntax.self) else { return nil } let name = identifier.identifier.text return "self.\(name) = \(name)" } // Build the complete initializer let initDecl: DeclSyntax = """ public init(\(raw: parameters.joined(separator: ", "))) { \(raw: assignments.joined(separator: "\n ")) } """ return [initDecl] } // Check if a variable is a stored property (not computed) private static func isStoredProperty(_ variable: VariableDeclSyntax) -> Bool { guard let binding = variable.bindings.first else { return false } // A computed property has an accessor block with get/set if let accessor = binding.accessorBlock { // If it's a block with explicit accessors, it's computed if accessor.accessors.is(AccessorDeclListSyntax.self) { return false } } // let or var without accessor = stored property return true } } ``` ### Utilizzo della macro AutoInit ```swift // UserModel.swift @AutoInit struct User { let id: UUID var name: String var email: String var isActive: Bool = true } // Automatically generated code: // public init(id: UUID, name: String, email: String, isActive: Bool = true) { // self.id = id // self.name = name // self.email = email // self.isActive = isActive // } // Usage let user = User(id: UUID(), name: "Alice", email: "alice@example.com") // isActive uses the default value ``` Questa macro elimina il boilerplate dell'inizializzatore, particolarmente utile per i modelli di dati con molte proprietà. ## Macro attached peer per la generazione async Le macro peer aggiungono dichiarazioni allo stesso livello della dichiarazione annotata. Ecco una macro `@AddAsync` che genera la versione async di una funzione basata su completion handler. ```swift // MyMacros.swift /// Automatically generates an async version of a function with completion handler @attached(peer, names: suffixed(Async)) public macro AddAsync() = #externalMacro( module: "MyMacrosPlugin", type: "AddAsyncMacro" ) ``` ```swift // AddAsyncMacro.swift import SwiftSyntax import SwiftSyntaxMacros public struct AddAsyncMacro: PeerMacro { public static func expansion( of node: AttributeSyntax, providingPeersOf declaration: some DeclSyntax, in context: some MacroExpansionContext ) throws -> [DeclSyntax] { // Verify it's a function guard let funcDecl = declaration.as(FunctionDeclSyntax.self) else { throw MacroError.invalidSyntax( "@AddAsync requires a function" ) } let functionName = funcDecl.name.text let asyncFunctionName = "\(functionName)Async" // Analyze parameters to find the completion handler let parameters = funcDecl.signature.parameterClause.parameters // Filter parameters (exclude completion handler) var regularParams: [String] = [] var completionType: String? = nil for param in parameters { let paramType = param.type.description // Detect a completion handler (closure with Result or simple value) if paramType.contains("->") && paramType.contains("Void") { // Extract the return type from completion completionType = extractCompletionReturnType(from: paramType) } else { let paramName = param.firstName.text let paramSecondName = param.secondName?.text let label = paramSecondName ?? paramName regularParams.append("\(paramName): \(paramType)") } } guard let returnType = completionType else { throw MacroError.invalidSyntax( "No completion handler found" ) } // Generate arguments for internal call let callArgs = parameters.dropLast().map { param in let name = param.firstName.text return "\(name): \(name)" }.joined(separator: ", ") // Generate the async function let asyncFunc: DeclSyntax = """ func \(raw: asyncFunctionName)(\(raw: regularParams.joined(separator: ", "))) async throws -> \(raw: returnType) { try await withCheckedThrowingContinuation { continuation in \(raw: functionName)(\(raw: callArgs.isEmpty ? "" : callArgs + ", ")completion: { result in switch result { case .success(let value): continuation.resume(returning: value) case .failure(let error): continuation.resume(throwing: error) } }) } } """ return [asyncFunc] } // Extract return type from a Result type private static func extractCompletionReturnType(from type: String) -> String { // Simplified pattern - in production, use the AST if let match = type.range(of: #"Result<([^,]+)"#, options: .regularExpression) { var result = String(type[match]) result = result.replacingOccurrences(of: "Result<", with: "") return result.trimmingCharacters(in: .whitespaces) } return "Void" } } ``` ### Dimostrazione della macro AddAsync ```swift // NetworkService.swift class NetworkService { @AddAsync func fetchUser( id: Int, completion: @escaping (Result) -> Void ) { // Implementation with callback URLSession.shared.dataTask(with: URL(string: "/users/\(id)")!) { data, _, error in if let error = error { completion(.failure(error)) } else if let data = data { let user = try? JSONDecoder().decode(User.self, from: data) completion(.success(user!)) } }.resume() } // Automatically generates: // func fetchUserAsync(id: Int) async throws -> User { // try await withCheckedThrowingContinuation { continuation in // fetchUser(id: id, completion: { result in // switch result { // case .success(let value): // continuation.resume(returning: value) // case .failure(let error): // continuation.resume(throwing: error) // } // }) // } // } } // Modern usage with async/await let user = try await networkService.fetchUserAsync(id: 42) ``` > **Limiti delle macro peer** > > Il nome della funzione generata deve essere dichiarato in `names:` dell'attributo `@attached`. Qui `suffixed(Async)` indica che la funzione generata avrà il suffisso "Async" aggiunto al nome originale. ## Test unitari per le macro Testare le macro è essenziale, dato che generano codice destinato alla compilazione. Swift fornisce `SwiftSyntaxMacrosTestSupport` per agevolare questi test. ```swift // MyMacrosTests.swift import SwiftSyntaxMacros import SwiftSyntaxMacrosTestSupport import XCTest @testable import MyMacrosPlugin final class MyMacrosTests: XCTestCase { // Dictionary of macros to test let testMacros: [String: Macro.Type] = [ "unwrap": UnwrapMacro.self, "AutoInit": AutoInitMacro.self, "AddAsync": AddAsyncMacro.self ] func testUnwrapMacroExpansion() throws { assertMacroExpansion( """ let value = #unwrap(optionalString) """, expandedSource: """ let value = { guard let value = optionalString else { fatalError("Failed to unwrap 'optionalString' - value was nil") } return value }() """, macros: testMacros ) } func testAutoInitMacroWithStruct() throws { assertMacroExpansion( """ @AutoInit struct Point { let x: Int var y: Int } """, expandedSource: """ struct Point { let x: Int var y: Int public init(x: Int, y: Int) { self.x = x self.y = y } } """, macros: testMacros ) } func testAutoInitWithDefaultValues() throws { assertMacroExpansion( """ @AutoInit struct Config { var timeout: Int = 30 var retryCount: Int } """, expandedSource: """ struct Config { var timeout: Int = 30 var retryCount: Int public init(timeout: Int = 30, retryCount: Int) { self.timeout = timeout self.retryCount = retryCount } } """, macros: testMacros ) } func testAutoInitFailsOnEnum() throws { assertMacroExpansion( """ @AutoInit enum Status { case active } """, expandedSource: """ enum Status { case active } """, diagnostics: [ DiagnosticSpec( message: "@AutoInit can only be applied to structs and classes", line: 1, column: 1 ) ], macros: testMacros ) } } ``` I test verificano la corretta espansione del codice e i messaggi di errore appropriati in caso di utilizzo non valido. ## Macro avanzata: property wrapper osservabile Questa macro combina più ruoli per creare un sistema di osservazione delle proprietà con notifiche automatiche. ```swift // MyMacros.swift /// Adds automatic property change observation @attached(accessor) @attached(peer, names: prefixed(_)) public macro Observable() = #externalMacro( module: "MyMacrosPlugin", type: "ObservableMacro" ) ``` ```swift // ObservableMacro.swift import SwiftSyntax import SwiftSyntaxMacros // Implements both roles: accessor and peer public enum ObservableMacro {} extension ObservableMacro: AccessorMacro { public static func expansion( of node: AttributeSyntax, providingAccessorsOf declaration: some DeclSyntax, in context: some MacroExpansionContext ) throws -> [AccessorDeclSyntax] { guard let varDecl = declaration.as(VariableDeclSyntax.self), let binding = varDecl.bindings.first, let identifier = binding.pattern.as(IdentifierPatternSyntax.self) else { return [] } let name = identifier.identifier.text let storageName = "_\(name)" // Generate get and set accessors let getter: AccessorDeclSyntax = """ get { access(keyPath: \\.\(raw: name)) return \(raw: storageName) } """ let setter: AccessorDeclSyntax = """ set { withMutation(keyPath: \\.\(raw: name)) { \(raw: storageName) = newValue } } """ return [getter, setter] } } extension ObservableMacro: PeerMacro { public static func expansion( of node: AttributeSyntax, providingPeersOf declaration: some DeclSyntax, in context: some MacroExpansionContext ) throws -> [DeclSyntax] { guard let varDecl = declaration.as(VariableDeclSyntax.self), let binding = varDecl.bindings.first, let identifier = binding.pattern.as(IdentifierPatternSyntax.self), let type = binding.typeAnnotation?.type else { return [] } let name = identifier.identifier.text let storageName = "_\(name)" let typeName = type.description // Generate private storage property let initializer = binding.initializer.map { " \($0)" } ?? "" let storageDecl: DeclSyntax = """ private var \(raw: storageName): \(raw: typeName)\(raw: initializer) """ return [storageDecl] } } ``` ### Utilizzo del pattern Observable ```swift // ViewModel.swift @Observable class UserViewModel { @Observable var name: String = "" @Observable var age: Int = 0 @Observable var isActive: Bool = true // Generated code for each property: // private var _name: String = "" // var name: String { // get { // access(keyPath: \.name) // return _name // } // set { // withMutation(keyPath: \.name) { // _name = newValue // } // } // } } ``` Apple utilizza questo stesso pattern nel nuovo framework Observation a partire da Swift 5.9. ## Eseguire il debug e ispezionare le macro Xcode offre diversi strumenti per il debug delle macro e per comprendere il codice generato. ### Espansione in Xcode ```swift // DebuggingMacros.swift // Right-click on macro call → "Expand Macro" // Displays generated code inline @AutoInit struct Product { let id: UUID var name: String var price: Decimal } // To see the expansion: // 1. Right-click on @AutoInit // 2. Select "Expand Macro" // 3. Generated code displays inline for inspection and debugging ``` ### Logging durante lo sviluppo ```swift // DebugMacro.swift public struct DebugMacro: ExpressionMacro { public static func expansion( of node: some FreestandingMacroExpansionSyntax, in context: some MacroExpansionContext ) throws -> ExprSyntax { // Print the node's AST to understand the structure print("=== DEBUG MACRO ===") print("Node: \(node)") print("Arguments: \(node.argumentList)") // Complete dump of the syntax tree dump(node) // Continue with normal expansion return "42" } } ``` ### Esplorare l'AST con swift-ast-explorer Lo strumento online [swift-ast-explorer.com](https://swift-ast-explorer.com) permette di visualizzare l'albero della sintassi di qualsiasi codice Swift. È indispensabile per capire come navigare i nodi dell'AST durante l'implementazione di una macro. ## Best practice per le Swift Macros Creare macro manutenibili richiede di seguire alcune convenzioni ed evitare le insidie più comuni. ### Validazione e messaggi di errore ```swift // ValidationBestPractices.swift public struct ValidatedMacro: MemberMacro { public static func expansion( of node: AttributeSyntax, providingMembersOf declaration: some DeclGroupSyntax, in context: some MacroExpansionContext ) throws -> [DeclSyntax] { // ✅ Validate usage context guard declaration.is(StructDeclSyntax.self) else { // ✅ Clear error messages with possible localization context.diagnose( Diagnostic( node: node, message: MacroDiagnosticMessage( id: "invalid-target", message: "This macro can only be applied to structs", severity: .error ) ) ) return [] } // ✅ Check required arguments guard let arguments = node.arguments else { context.diagnose( Diagnostic( node: node, message: MacroDiagnosticMessage( id: "missing-args", message: "Required arguments missing", severity: .error ) ) ) return [] } // Implementation... return [] } } // Structure for diagnostic messages struct MacroDiagnosticMessage: DiagnosticMessage { let id: String let message: String let severity: DiagnosticSeverity var diagnosticID: MessageID { MessageID(domain: "MyMacros", id: id) } } ``` ### Generare codice leggibile ```swift // ReadableCodeGeneration.swift // ❌ Hard-to-read generated code let badCode: DeclSyntax = "public init(a:Int,b:String,c:Bool){self.a=a;self.b=b;self.c=c}" // ✅ Properly formatted generated code let goodCode: DeclSyntax = """ public init( a: Int, b: String, c: Bool ) { self.a = a self.b = b self.c = c } """ ``` Il codice generato dovrebbe essere leggibile quanto quello scritto a mano, perché chi sviluppa lo ispezionerà tramite "Expand Macro". ## Conclusione Le Swift Macros rappresentano uno strumento potente per eliminare il boilerplate senza rinunciare alla sicurezza dei tipi statica. Questa tecnologia consente di: **Punti chiave:** - ✅ Due categorie: freestanding (`#`) e attached (`@`) - ✅ Cinque ruoli attached: peer, accessor, member, memberAttribute, conformance - ✅ Implementazione tramite swift-syntax e manipolazione dell'AST - ✅ Test obbligatori con `SwiftSyntaxMacrosTestSupport` - ✅ Pacchetto separato necessario per le implementazioni - ✅ Debug tramite "Expand Macro" in Xcode - ✅ Messaggi di errore espliciti essenziali per la developer experience Le Swift Macros sono particolarmente utili per generare conformità (Equatable, Codable), creare property wrapper avanzati e modernizzare API basate su callback verso async/await. --- Source: SharpSkill (https://sharpskill.dev), tech interview preparation for your real stack. HTML version of this page: https://sharpskill.dev/it/blog/ios/swift-macros-practical-metaprogramming-examples