# Swift Macros: praktische voorbeelden van metaprogrammering > Volledige gids over Swift Macros: het maken van freestanding- en attached-macro's, AST-manipulatie met swift-syntax en praktische voorbeelden om boilerplate-code te elimineren. - Published: 2026-03-11 - Updated: 2026-05-01 - Author: SharpSkill - Tags: swift, ios, macros, metaprogramming, swift-syntax - Reading time: 16 min --- Swift Macros, geïntroduceerd met Swift 5.9 en Xcode 15, vormen een revolutie in de manier waarop Swift-code wordt geschreven. Deze functie maakt codegeneratie tijdens compilatie mogelijk en verwijdert boilerplate zonder de statische type-veiligheid op te geven. In tegenstelling tot de macro's van de C-preprocessor zijn Swift Macros type-veilig, in de compiler geïntegreerd en volledig ondersteund door de ontwikkeltools. > **Wat deze gids behandelt** > > Deze gids behandelt het maken van Swift Macros van begin tot eind: van fundamentele concepten tot geavanceerde implementaties, met werkende codevoorbeelden die klaar zijn om in elk iOS-project te worden gebruikt. ## De typen Swift Macros begrijpen Swift biedt twee hoofdcategorieën macro's, elk met eigen toepassingen. Freestanding-macro's werken zelfstandig als expressie of declaratie, terwijl attached-macro's zich aan bestaande declaraties binden om deze aan te passen of uit te breiden. ### Freestanding-macro's: expressie en declaratie Freestanding-macro's beginnen met het symbool `#` en kunnen ofwel een waarde teruggeven (expressie) ofwel nieuwe declaraties creëren. Hier een concreet voorbeeld van een expressie-macro: ```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 ``` Het wezenlijke verschil tussen expressie en declaratie zit in het resultaat: een expressie levert een waarde, een declaratie genereert structurele code (typen, functies, variabelen). ### Attached-macro's: de vijf rollen Attached-macro's beginnen met `@` en staan voor een declaratie. Swift definieert vijf verschillende rollen voor deze macro's: ```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 { ... } ``` Deze rollen kunnen worden gecombineerd om krachtige macro's te bouwen die code op meerdere dimensies tegelijk transformeren. ## Projectopzet voor het maken van macro's Het maken van Swift Macros vereist een Swift Package met een specifieke structuur. Het package is afhankelijk van swift-syntax, de officiële bibliotheek om Swift-code te bewerken als abstracte syntaxboom (AST). ### Structuur van 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") ] ) ] ) ``` Deze configuratie scheidt de macro-declaraties (wat de cliëntcode ziet) duidelijk van de implementatie (uitgevoerd tijdens compilatie). > **Aanbevolen indeling** > > Minimaal drie bestanden zijn nodig: MyMacros.swift voor de declaraties, MyMacrosPlugin.swift voor de implementaties en MyMacrosTests.swift voor de tests. Deze scheiding vergemakkelijkt het onderhoud. ## Een expressie-macro maken Expressie-macro's genereren een waarde die direct in de code bruikbaar is. Hier wordt een macro `#unwrap` gemaakt die een optional uitpakt met een aangepaste foutmelding waarin de variabelenaam staat. ### Declaratie van de 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" ) ``` De signatuur stelt dat de macro een optional accepteert en de niet-optionele waarde retourneert. `#externalMacro` verwijst naar de implementatie binnen de plugin. ### Implementatie met 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)" } } } ``` De methode `expansion` ontvangt de AST-node die de macro-aanroep voorstelt en de compilatiecontext. Ze retourneert een `ExprSyntax` met de gegenereerde code. ### Plugin-registratie ```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 ] } ``` Dit instappunt informeert de compiler over de macro's die deze plugin aanbiedt. ## Een attached member-macro maken Member-macro's voegen leden toe (eigenschappen, methoden, geneste typen) aan een bestaand type. Hier volgt een macro `@AutoInit` die automatisch een memberwise-initializer genereert. ### Volledige declaratie en implementatie ```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 } } ``` ### Gebruik van de AutoInit-macro ```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 ``` Deze macro elimineert de boilerplate van de initializer en is bijzonder nuttig bij datamodellen met veel eigenschappen. ## Attached peer-macro voor async-generatie Peer-macro's voegen declaraties toe op hetzelfde niveau als de geannoteerde declaratie. Hier volgt een macro `@AddAsync` die een async-versie genereert van een functie met een 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" } } ``` ### Demonstratie van de AddAsync-macro ```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) ``` > **Beperkingen van peer-macro's** > > De naam van de gegenereerde functie moet worden gedeclareerd in `names:` van het `@attached`-attribuut. Hier geeft `suffixed(Async)` aan dat de gegenereerde functie het achtervoegsel "Async" krijgt na de oorspronkelijke naam. ## Unittests voor macro's Het testen van macro's is essentieel, omdat ze code genereren die wordt gecompileerd. Swift biedt `SwiftSyntaxMacrosTestSupport` om deze tests te vereenvoudigen. ```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 ) } } ``` De tests verifiëren de juiste expansie van de code en passende foutmeldingen bij ongeldig gebruik. ## Geavanceerde macro: observable property wrapper Deze macro combineert meerdere rollen om een eigenschapsobservatiesysteem met automatische meldingen op te zetten. ```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] } } ``` ### Gebruik van het Observable-patroon ```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 gebruikt ditzelfde patroon in het nieuwe Observation-framework vanaf Swift 5.9. ## Macro's debuggen en inspecteren Xcode biedt verschillende tools om macro's te debuggen en de gegenereerde code te begrijpen. ### Expansie 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 tijdens de ontwikkeling ```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" } } ``` ### De AST verkennen met swift-ast-explorer De online tool [swift-ast-explorer.com](https://swift-ast-explorer.com) toont de syntaxboom van willekeurige Swift-code. Hij is onmisbaar om te begrijpen hoe AST-knopen kunnen worden doorlopen tijdens het implementeren van een macro. ## Best practices voor Swift Macros Onderhoudbare macro's vereisen het naleven van bepaalde conventies en het vermijden van veelvoorkomende valkuilen. ### Validatie en foutmeldingen ```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) } } ``` ### Leesbare code genereren ```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 } """ ``` De gegenereerde code moet net zo leesbaar zijn als handgeschreven code, want ontwikkelaars zullen die inspecteren via "Expand Macro". ## Conclusie Swift Macros vormen een krachtig hulpmiddel om boilerplate te elimineren zonder de statische type-veiligheid op te geven. Deze technologie maakt het volgende mogelijk: **Belangrijkste punten:** - ✅ Twee categorieën: freestanding (`#`) en attached (`@`) - ✅ Vijf attached-rollen: peer, accessor, member, memberAttribute, conformance - ✅ Implementatie via swift-syntax en AST-manipulatie - ✅ Verplichte tests met `SwiftSyntaxMacrosTestSupport` - ✅ Aparte package vereist voor de implementaties - ✅ Debuggen via "Expand Macro" in Xcode - ✅ Duidelijke foutmeldingen zijn essentieel voor de developer experience Swift Macros zijn vooral nuttig voor het genereren van conformances (Equatable, Codable), het bouwen van geavanceerde property wrappers en het moderniseren van API's gebaseerd op callbacks naar async/await. --- Source: SharpSkill (https://sharpskill.dev), tech interview preparation for your real stack. HTML version of this page: https://sharpskill.dev/nl/blog/ios/swift-macros-practical-metaprogramming-examples