Swift的函數(shù)式編程詳解
Swift 相比原先的 Objective-C 最重要的優(yōu)點之一，就是對函數(shù)式編程提供了更好的支持。 Swift 提供了更多的語法和一些新特性來增強函數(shù)式編程的能力，本文就在這方面進行一些討論。
Swift 概覽
對編程語言有了一些經(jīng)驗的程序員，尤其是那些對多種不同類型的編程語言都有經(jīng)驗的開發(fā)者， 在學習新的語言的時候更加得心應手。原因在于編程語言本身也是有各種范式的， 把握住這些特點就可以比較容易的上手了。
在入手一門新的語言的時候，一般關注的內(nèi)容有：
1.原生數(shù)據(jù)結構
2.運算符
3.分支控制
4.如果是面向對象的編程語言，其面向對象的實現(xiàn)是怎樣的
5.如果是函數(shù)式編程語言，其面向函數(shù)式編程的實現(xiàn)是怎樣的
通過這幾個點，其實只要閱讀 Swift 文檔的第一章，你就可以對這個語言有一個大概的印象。 比如對于數(shù)據(jù)結構，Swift 和其他的編程語言大體一樣，有 Int, Float, Array, Dictionary 等， 運算符也基本與 C 語言一致等。 本文主要集中于對 Swift 函數(shù)式編程方面的特點進行一些盤點，因此在這里假設大家對 Swift 的基本語法已經(jīng)有所了解。
對于一種編程范式，要掌握它也要抓住一些要點。對于支持函數(shù)式編程的語言，其一般的特點可能包含以下幾種：
1.支持遞歸
2.函數(shù)本身是語言 First Class 的組成要素，且支持高階函數(shù)和閉包
3.函數(shù)調用盡可能沒有副作用 (Side Effect) 的條件
接下來我們來逐個盤點這些內(nèi)容。
遞歸
Swift 是支持遞歸的，事實上現(xiàn)在不支持遞歸的編程語言已經(jīng)很難找到了。在 Swift 里寫一個遞歸調用和其他編程語言并沒有什么區(qū)別：
func fib(n: Int) -> Int {
if n <= 1 {
return 1
}
else {
return fib(n-1) + fib(n-2)
}
}
fib(6) // output 13
關于 Swift 的遞歸沒有什么好說的。作為一個常識，我們知道遞歸是需要消耗?？臻g的。 在函數(shù)式編程語言中，遞歸是一個非常常用的方法，然而使用不慎很容易導致棧溢出的問題。 如果將代碼改寫為非遞歸實現(xiàn)，又可能會導致代碼的可讀性變差，因此有一個技巧是使用“尾遞歸”， 然后讓編譯器來優(yōu)化代碼。
一個 Common Lisp 的尾遞歸的例子是
(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 代碼也改寫成相同形式
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的迭代結果變化。
值得注意的是，這里出現(xiàn)了一個 Swift 的問題。雖然 Swift 支持嵌套函數(shù)，但是當我們將fibiter 作為一個高階函數(shù)包含在fib函數(shù)之內(nèi)的時候卻發(fā)生了 EXC_BAD_ACCESS 報錯， 并不清楚這是語言限制還是 Bug。
Swift 的高階函數(shù)和閉包
在 Objective-C 時代，使用 block 來實現(xiàn)高階函數(shù)或者閉包已經(jīng)是非常成熟的技術了。 Swift 相比 Objective-C 的提高在于為函數(shù)式編程添加了諸多語法上的方便。
首先是高階函數(shù)的支持，可以在函數(shù)內(nèi)定義函數(shù)，下面就是一個很簡潔的例子。
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 實現(xiàn)上述功能，可讀性就不會有這么好。而且 block 的語法本身也比較怪異， 之前沒少被人吐槽。Swift 從這個角度來看比較方便。事實上，在 Swift 里可以將函數(shù)當做對象賦值， 這和很多函數(shù)式編程語言是一樣的。
作為一盤大雜燴，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)：
let add = {
(a:Int, b:Int) -> Int in
return a+b
}
add(1, 2) // 3
等號之后被賦予變量add的是一個閉包表達式，因此更準確的說， 這是將一個閉包賦值給常量了。注意在閉包表達式中，in關鍵字之前是閉包的形式定義，之后是具體代碼實現(xiàn)。 Swift 中的閉包跟匿名函數(shù)沒有什么區(qū)別。 如果你將它賦值給對象，就跟 JavaScript 中相同的實踐是一樣的了。幸好 Swift 作為 C 系列的語言， 其分支語句 if 等本身是有作用域的，因此不會出現(xiàn)下列 JavaScript 的坑：
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：
func function() {
println("this is a function")
}
let closure = {
() -> () in
println("this is a closure")
}
func run(somethingCanRun:()-> ()) {
somethingCanRun()
}
run(function)
run(closure)
類似于 Ruby，Swift 作為函數(shù)參數(shù)的閉包做了一點語法糖。 在 Ruby 中使用 Block 的時候，我們可以這樣寫:
(1...5).map {|x| x*2} // => [2, 4, 6, 8]
在 Swift 當中我們可以得到幾乎一樣的表達式。
var a = Array(1..5).map {x in x*2}
// a = [2, 4, 6, 8]
也就是說， 如果一個函數(shù)的最后一個參數(shù)是閉包，那么它在語法上可以放在函數(shù)調用的外面。 閉包還可以用$0、$1等分別來表示第 0、第 1 個參數(shù)等。 基本的運算符也可以看做函數(shù)。 下面的幾種方式都可以實現(xiàn)逆序倒排的功能。
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=""><p>總體來說，Swift 在添加方便函數(shù)操作、添加相關語法糖方面走的很遠，基本上整合了目前各種語言中比較方便的特性。 實用性較好。</p><p><strong>Side Effects</strong></p><p>在計算機科學中，函數(shù)副作用指當調用函數(shù)時，除了返回函數(shù)值之外，還對主調用函數(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><p>Swift 的數(shù)據(jù)結構的 Persist 性質跟 Python 有點類似。需要注意的是，Swift 有變量和常量兩種概念， 變量使用var聲明，常量使用let聲明，使用var聲明的時候，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。</p><p>在 Swift 中使用let聲明的對象不能被賦值，基本數(shù)據(jù)結果也會變得不可變，但是情況更復雜一點。</p><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><p>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度， 卻可以改變數(shù)組元素的值！Swift 的文檔中指出這里其實是將 Array 理解為定長數(shù)組從而方便編譯優(yōu)化， 來獲得更好的訪問性能。</p><p>綜上所述，對象是否可變的關系其實略有復雜的，可以總結為：</p><ol class=" list-paddingleft-2"><li><p>使用var和let，Int和String類型都是不可變的，但是var時可以對變量重新賦值</p></li><li><p>使用let聲明的常量不可以被重新賦值</p></li><li><p>使用let聲明的Dictionary是完全不可變的</p></li><li><p>使用let聲明的Array長度不可變，但是可以修改元素的值</p></li><li><p>使用let聲明的類對象是可變的</p></li></ol><p>綜上所述，即使是使用let聲明的對象也有可能可變，因此在多線程情況下就無法達到“無副作用”的要求了。</p><p>此外 Swift 的函數(shù)雖然沒有指針，但是仍通過參數(shù)來修改變量的。只要在函數(shù)的參數(shù)定義中加入inout關鍵字即可。 這個特性很有 C 的風格。</p><p>個人覺得在支持通過元組來實現(xiàn)多返回值的情況下，這個特性不但顯得雞肋，也是一個導致程序產(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 以及方便在兩個語言之間搭建 Bridge。</p><pre class="brush:js;toolbar:false">func inc(inout a:Int) {
a += 1
}
var num = 1
inc(&num) // num = 2 now!</pre><p>綜上所述，使用 Swift 自帶的數(shù)據(jù)結構并不能很好的實現(xiàn)“無副作用”的“純函數(shù)式”編程， 它并沒有比 Python、Ruby 這類語言走的更遠。幸好作為一種關注度很高的語言， 已經(jīng)有開發(fā)者為其實現(xiàn)了一套完全滿足不可變要求的數(shù)據(jù)結構和庫：Swiftz。 堅持使用let和 Swiftz 提供的數(shù)據(jù)結構來操作，就可以實現(xiàn)“純函數(shù)式”編程。</p><p><strong>總結</strong></p><p>在我看來，Swift 雖然實現(xiàn)了很多其他語言的亮點特性，但是總體實現(xiàn)來說并不是很整齊。 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到平均水準。 有些特性看起來像是為了兼容原來的 Objective-C 才加入的。</p><p>Swift 寫起來相對比 Objective-C 更方便一點，脫離 Xcode 這樣的 IDE 來寫也是應該是可以的。 目前 Swift 只支持集中少量的原生數(shù)據(jù)結構而沒有標準庫，更不具備跨平臺特性，這是一個缺點。 在仔細閱讀了文檔之后發(fā)現(xiàn) Swift 本身的語法細節(jié)還是很多的，就比如switch分置語句的用法就有很多內(nèi)容。 入門學習的容易程度并沒有原來想象的那么好。我個人并不覺得這門語言會對其他平臺的開發(fā)者有很大吸引力。</p><p>Swift 是一門很強大的語言，在其穩(wěn)定版本發(fā)布之后我認為我會從 Objective-C 轉向 Swift 來進行編程， 它在未來很可能成為 iOS 和 Mac 開發(fā)的首選。</p>
</b}>
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