Swift的函數(shù)式編程詳解

更新時(shí)間：2015年01月12日 09:10:42 投稿：junjie

這篇文章主要介紹了Swift的函數(shù)式編程詳解,本文講解了Swift概覽、Swift遞歸、Swift 的高階函數(shù)和閉包等內(nèi)容,需要的朋友可以參考下

Swift 相比原先的 Objective-C 最重要的優(yōu)點(diǎn)之一，就是對(duì)函數(shù)式編程提供了更好的支持。 Swift 提供了更多的語(yǔ)法和一些新特性來(lái)增強(qiáng)函數(shù)式編程的能力，本文就在這方面進(jìn)行一些討論。

Swift 概覽

對(duì)編程語(yǔ)言有了一些經(jīng)驗(yàn)的程序員，尤其是那些對(duì)多種不同類(lèi)型的編程語(yǔ)言都有經(jīng)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)者，在學(xué)習(xí)新的語(yǔ)言的時(shí)候更加得心應(yīng)手。原因在于編程語(yǔ)言本身也是有各種范式的，把握住這些特點(diǎn)就可以比較容易的上手了。

在入手一門(mén)新的語(yǔ)言的時(shí)候，一般關(guān)注的內(nèi)容有：

1.原生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
2.運(yùn)算符
3.分支控制
4.如果是面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，其面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)是怎樣的
5.如果是函數(shù)式編程語(yǔ)言，其面向函數(shù)式編程的實(shí)現(xiàn)是怎樣的

通過(guò)這幾個(gè)點(diǎn)，其實(shí)只要閱讀 Swift 文檔的第一章，你就可以對(duì)這個(gè)語(yǔ)言有一個(gè)大概的印象。比如對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Swift 和其他的編程語(yǔ)言大體一樣，有 Int, Float, Array, Dictionary 等，運(yùn)算符也基本與 C 語(yǔ)言一致等。本文主要集中于對(duì) Swift 函數(shù)式編程方面的特點(diǎn)進(jìn)行一些盤(pán)點(diǎn)，因此在這里假設(shè)大家對(duì) Swift 的基本語(yǔ)法已經(jīng)有所了解。

對(duì)于一種編程范式，要掌握它也要抓住一些要點(diǎn)。對(duì)于支持函數(shù)式編程的語(yǔ)言，其一般的特點(diǎn)可能包含以下幾種：

1.支持遞歸
2.函數(shù)本身是語(yǔ)言 First Class 的組成要素，且支持高階函數(shù)和閉包
3.函數(shù)調(diào)用盡可能沒(méi)有副作用 (Side Effect) 的條件

接下來(lái)我們來(lái)逐個(gè)盤(pán)點(diǎn)這些內(nèi)容。

遞歸

Swift 是支持遞歸的，事實(shí)上現(xiàn)在不支持遞歸的編程語(yǔ)言已經(jīng)很難找到了。在 Swift 里寫(xiě)一個(gè)遞歸調(diào)用和其他編程語(yǔ)言并沒(méi)有什么區(qū)別：

復(fù)制代碼代碼如下:

func fib(n: Int) -> Int {

  if n <= 1 {

    return 1

  }

  else {

    return fib(n-1) + fib(n-2)

  }

}

fib(6) // output 13

關(guān)于 Swift 的遞歸沒(méi)有什么好說(shuō)的。作為一個(gè)常識(shí)，我們知道遞歸是需要消耗棧空間的。在函數(shù)式編程語(yǔ)言中，遞歸是一個(gè)非常常用的方法，然而使用不慎很容易導(dǎo)致棧溢出的問(wèn)題。如果將代碼改寫(xiě)為非遞歸實(shí)現(xiàn)，又可能會(huì)導(dǎo)致代碼的可讀性變差，因此有一個(gè)技巧是使用“尾遞歸”，然后讓編譯器來(lái)優(yōu)化代碼。

一個(gè) Common Lisp 的尾遞歸的例子是

復(fù)制代碼代碼如下:

(defun fib(n)

    (fib-iter 1 0 n))

(defun fib-iter(a b count)

    (if (= count 0)

        b

        (fib-iter (+ a b) a (- count 1))))

我們可以把我們上述的 Swift 代碼也改寫(xiě)成相同形式

復(fù)制代碼代碼如下:

func fibiter(a: Int, b: Int, count: Int) -> Int {

  if count==0 {

    return b

  }

  else {

    return fibiter(a + b, a, count-1)

  }

}

func fib(n: Int) -> Int {

  return fibiter(1, 1, n);

}

我們可以 Playground 里觀察是否使用尾遞歸時(shí)的迭代結(jié)果變化。

值得注意的是，這里出現(xiàn)了一個(gè) Swift 的問(wèn)題。雖然 Swift 支持嵌套函數(shù)，但是當(dāng)我們將fibiter 作為一個(gè)高階函數(shù)包含在fib函數(shù)之內(nèi)的時(shí)候卻發(fā)生了 EXC_BAD_ACCESS 報(bào)錯(cuò)，并不清楚這是語(yǔ)言限制還是 Bug。

Swift 的高階函數(shù)和閉包

在 Objective-C 時(shí)代，使用 block 來(lái)實(shí)現(xiàn)高階函數(shù)或者閉包已經(jīng)是非常成熟的技術(shù)了。 Swift 相比 Objective-C 的提高在于為函數(shù)式編程添加了諸多語(yǔ)法上的方便。

首先是高階函數(shù)的支持，可以在函數(shù)內(nèi)定義函數(shù)，下面就是一個(gè)很簡(jiǎn)潔的例子。

復(fù)制代碼代碼如下:

func greetingGenerator(object:String) -> (greeting:String) -> String {

  func sayGreeting(greeting:String) -> String {

    return greeting + ", " + object

  }

  return sayGreeting

}

let sayToWorld = greetingGenerator("world")

sayToWorld(greeting: "Hello") // "Hello, World"

sayToWorld(greeting: " 你好 ") // " 你好, World"

如果使用 block 實(shí)現(xiàn)上述功能，可讀性就不會(huì)有這么好。而且 block 的語(yǔ)法本身也比較怪異，之前沒(méi)少被人吐槽。Swift 從這個(gè)角度來(lái)看比較方便。事實(shí)上，在 Swift 里可以將函數(shù)當(dāng)做對(duì)象賦值，這和很多函數(shù)式編程語(yǔ)言是一樣的。

作為一盤(pán)大雜燴，Swift 的函數(shù)系統(tǒng)也很有 JavaScript 的影子在里面。比如可以向下面這樣定義函數(shù)：

復(fù)制代碼代碼如下:

let add = {

  (a:Int, b:Int) -> Int in

  return a+b

}

add(1, 2) // 3

等號(hào)之后被賦予變量add的是一個(gè)閉包表達(dá)式，因此更準(zhǔn)確的說(shuō)，這是將一個(gè)閉包賦值給常量了。注意在閉包表達(dá)式中，in關(guān)鍵字之前是閉包的形式定義，之后是具體代碼實(shí)現(xiàn)。 Swift 中的閉包跟匿名函數(shù)沒(méi)有什么區(qū)別。如果你將它賦值給對(duì)象，就跟 JavaScript 中相同的實(shí)踐是一樣的了。幸好 Swift 作為 C 系列的語(yǔ)言，其分支語(yǔ)句 if 等本身是有作用域的，因此不會(huì)出現(xiàn)下列 JavaScript 的坑：

復(fù)制代碼代碼如下:

if (someNum>0) {

  function a(){ alert("one") };

}

else {

  function a(){ alert("two") };

}

a() // will always alert "two" in most of browsers

Swift 的閉包表達(dá)式和函數(shù)都可以作為函數(shù)的參數(shù)，從下面的代碼我們可以看出閉包和函數(shù)的一致性：

復(fù)制代碼代碼如下:

func function() {

  println("this is a function")

}

let closure = {

  () -> () in

  println("this is a closure")

}

func run(somethingCanRun:()-> ()) {

  somethingCanRun()

}

run(function)

run(closure)

類(lèi)似于 Ruby，Swift 作為函數(shù)參數(shù)的閉包做了一點(diǎn)語(yǔ)法糖。在 Ruby 中使用 Block 的時(shí)候，我們可以這樣寫(xiě):

復(fù)制代碼代碼如下:

(1...5).map {|x| x*2} // => [2, 4, 6, 8]

在 Swift 當(dāng)中我們可以得到幾乎一樣的表達(dá)式。

復(fù)制代碼代碼如下:

var a = Array(1..5).map {x in x*2}

// a = [2, 4, 6, 8]

也就是說(shuō)，如果一個(gè)函數(shù)的最后一個(gè)參數(shù)是閉包，那么它在語(yǔ)法上可以放在函數(shù)調(diào)用的外面。閉包還可以用$0、$1等分別來(lái)表示第 0、第 1 個(gè)參數(shù)等。基本的運(yùn)算符也可以看做函數(shù)。下面的幾種方式都可以實(shí)現(xiàn)逆序倒排的功能。

復(fù)制代碼代碼如下:

let thingsToSort = Array(1..5)
var reversed1 = sort(thingsToSort) { a, b in a<b} var reversed2 =" sort(thingsToSort) { $0 < $1}" var reversed3 =" sort(thingsToSort, <) // operator as a function" all the above are [5, 4, 3, 2, 1]<="" pre="">總體來(lái)說(shuō)，Swift 在添加方便函數(shù)操作、添加相關(guān)語(yǔ)法糖方面走的很遠(yuǎn)，基本上整合了目前各種語(yǔ)言中比較方便的特性。實(shí)用性較好。Side Effects在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，函數(shù)副作用指當(dāng)調(diào)用函數(shù)時(shí)，除了返回函數(shù)值之外，還對(duì)主調(diào)用函數(shù)產(chǎn)生附加的影響。例如修改全局變量 (函數(shù)外的變量) 或修改參數(shù) (<a href=" b = a
a += "world"
print a # hello, world
print b # hello,</pre>Swift 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的 Persist 性質(zhì)跟 Python 有點(diǎn)類(lèi)似。需要注意的是，Swift 有變量和常量?jī)煞N概念，變量使用var聲明，常量使用let聲明，使用var聲明的時(shí)候，Swift 中的字符串的行為跟 Python 相似，因此修改字符串可以被理解為生成了一個(gè)新的字符串并修改了指針。同樣，使用var聲明的數(shù)組和字典也都是可變的。在 Swift 中使用let聲明的對(duì)象不能被賦值，基本數(shù)據(jù)結(jié)果也會(huì)變得不可變，但是情況更復(fù)雜一點(diǎn)。<pre class="brush:js;toolbar:false">let aDict = ["k1":"v1"]
let anArray = [1, 2, 3, 4]
aDict["k1"] = "newVal" // !! will fail !!
anArray.append(5) // !! will fail !!
anArray[0] = 5 // anArray = [5, 2, 3, 4] now !</pre>從上面的代碼中可以看出，使用let聲明的字典是完全不可變的，但是數(shù)組雖然不可以改變長(zhǎng)度，卻可以改變數(shù)組元素的值！Swift 的文檔中指出這里其實(shí)是將 Array 理解為定長(zhǎng)數(shù)組從而方便編譯優(yōu)化，來(lái)獲得更好的訪問(wèn)性能。綜上所述，對(duì)象是否可變的關(guān)系其實(shí)略有復(fù)雜的，可以總結(jié)為：<ol class=" list-paddingleft-2"><li>使用var和let，Int和String類(lèi)型都是不可變的，但是var時(shí)可以對(duì)變量重新賦值</li><li>使用let聲明的常量不可以被重新賦值</li><li>使用let聲明的Dictionary是完全不可變的</li><li>使用let聲明的Array長(zhǎng)度不可變，但是可以修改元素的值</li><li>使用let聲明的類(lèi)對(duì)象是可變的</li></ol>綜上所述，即使是使用let聲明的對(duì)象也有可能可變，因此在多線程情況下就無(wú)法達(dá)到“無(wú)副作用”的要求了。此外 Swift 的函數(shù)雖然沒(méi)有指針，但是仍通過(guò)參數(shù)來(lái)修改變量的。只要在函數(shù)的參數(shù)定義中加入inout關(guān)鍵字即可。這個(gè)特性很有 C 的風(fēng)格。個(gè)人覺(jué)得在支持通過(guò)元組來(lái)實(shí)現(xiàn)多返回值的情況下，這個(gè)特性不但顯得雞肋，也是一個(gè)導(dǎo)致程序產(chǎn)生“副作用”的特性。 Swift 支持這樣的特性，恐怕更多的是為了兼容 Objective-C 以及方便在兩個(gè)語(yǔ)言之間搭建 Bridge。<pre class="brush:js;toolbar:false">func inc(inout a:Int) {
a += 1
}
var num = 1
inc(&num) // num = 2 now!</pre>綜上所述，使用 Swift 自帶的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不能很好的實(shí)現(xiàn)“無(wú)副作用”的“純函數(shù)式”編程，它并沒(méi)有比 Python、Ruby 這類(lèi)語(yǔ)言走的更遠(yuǎn)。幸好作為一種關(guān)注度很高的語(yǔ)言，已經(jīng)有開(kāi)發(fā)者為其實(shí)現(xiàn)了一套完全滿足不可變要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和庫(kù)：Swiftz。堅(jiān)持使用let和 Swiftz 提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)操作，就可以實(shí)現(xiàn)“純函數(shù)式”編程。總結(jié)在我看來(lái)，Swift 雖然實(shí)現(xiàn)了很多其他語(yǔ)言的亮點(diǎn)特性，但是總體實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)并不是很整齊。它在函數(shù)式編程方面添加了很多特性，但在控制副作用方面僅能達(dá)到平均水準(zhǔn)。有些特性看起來(lái)像是為了兼容原來(lái)的 Objective-C 才加入的。Swift 寫(xiě)起來(lái)相對(duì)比 Objective-C 更方便一點(diǎn)，脫離 Xcode 這樣的 IDE 來(lái)寫(xiě)也是應(yīng)該是可以的。目前 Swift 只支持集中少量的原生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，更不具備跨平臺(tái)特性，這是一個(gè)缺點(diǎn)。在仔細(xì)閱讀了文檔之后發(fā)現(xiàn) Swift 本身的語(yǔ)法細(xì)節(jié)還是很多的，就比如switch分置語(yǔ)句的用法就有很多內(nèi)容。入門(mén)學(xué)習(xí)的容易程度并沒(méi)有原來(lái)想象的那么好。我個(gè)人并不覺(jué)得這門(mén)語(yǔ)言會(huì)對(duì)其他平臺(tái)的開(kāi)發(fā)者有很大吸引力。Swift 是一門(mén)很強(qiáng)大的語(yǔ)言，在其穩(wěn)定版本發(fā)布之后我認(rèn)為我會(huì)從 Objective-C 轉(zhuǎn)向 Swift 來(lái)進(jìn)行編程，它在未來(lái)很可能成為 iOS 和 Mac 開(kāi)發(fā)的首選。
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