Swift函数式编程五(QuickCheck)
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Swift函数式编程五(QuickCheck)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
代码地址
QuickCheck是一个用于随机测试的Haskell库,相对于独立的单元测试,QuickCheck描述函数抽象特性并生成测试来验证这些特性。
生成随机数
定义一个表达如何生成随机数的协议:
protocol Arbitrary
static func arbitrary() -> Self
扩展Int类型,实现Arbitrary协议,在这里使用了arc4random函数来生成随机数然后转换成Int类型,事实上应该要能够生成负整数的:
extension Int: Arbitrary
static func arbitrary() -> Int
Int(arc4random())
static func random(from: Int, to: Int) -> Int
from + arbitrary()%(to - from)
生成随机字符,仅限大写字母:
extension Character: Arbitrary
static func arbitrary() -> Character
Character(Unicode.Scalar(Int.random(from: 65, to: 90))!)
生成随机字符串,在这里只生成长度0~40的随机大写字母的字符串:
extension String: Arbitrary
static func arbitrary() -> String
let randomLength = Int.random(from: 0, to: 40)
let randomCharacters = (0..<randomLength).map _ in Character.arbitrary()
return String(randomCharacters)
实现check函数
实现第一个版本的检验函数:
func check1<A: Arbitrary>(message: String, property: (A) -> Bool)
let numberOfIterations = 100
for _ in 0..<numberOfIterations
let value = A.arbitrary()
guard property(value) else
print("\\(message) 没有通过测试:\\(value)")
return
print("\\(message) 通过了\\(numberOfIterations)次测试")
下面使用check1函数来检查:
extension CGSize: Arbitrary
var area: CGFloat width*height
static func arbitrary() -> CGSize
CGSize(width: Int.arbitrary(), height: Int.arbitrary())
check1(message: "CGSize的面积最小是0") (size: CGSize) in size.area >= 0
缩小范围
通常反例所处的范围越小越容易定位到失败的原因,所以原则上对失败的输入进行不断缩减,并重新测试。
因此需要定义一个Smaller协议用于缩减范围:
protocol Smaller
static func smaller() -> Self?
由于缩小数据范围本身不是很明确,例如无法对空数组缩小只能返回nil。
对所需数据类型实现Smaller协议:
extension Int: Smaller
func smaller() -> Int?
self == 0 ? nil : self/2
extension String: Smaller
func smaller() -> String?
isEmpty ? nil : String(dropFirst())
为了使check函数中随机生成的数据能够缩小,可以将重新定义Arbitrary协议继承Smaller协议:
protocol Arbitrary: Smaller
static func arbitrary() -> Self
反复缩小范围
定义一个递归函数iterateWhile,只要条件成了就反复调用自身:
func iterateWhile<A>(condition: (A) -> Bool, inital: A, next: (A) -> A?) -> A
guard let vaule = next(inital), condition(vaule) else
return inital
return iterateWhile(condition: condition, inital: vaule, next: next)
通过iterateWhile函数反复缩小检查函数中反例数据的范围:
func check2<A: Arbitrary & Smaller>(message: String, property: (A) -> Bool)
let numberOfIterations = 100
for _ in 0..<numberOfIterations
let value = A.arbitrary()
guard property(value) else
let smaller = iterateWhile(condition: !property($0) , inital: value, next: $0.smaller() )
print("\\(message) 没有通过测试:\\(smaller)")
return
print("\\(message) 通过了\\(numberOfIterations)次测试")
随机数组
写一个快速排序的函数:
func qsort(array: [Int]) -> [Int]
var data = array
if data.isEmpty
return []
let pivot = data.removeFirst()
let lesser = data.filter $0 >= pivot
let gretter = data.filter $0 < pivot
return qsort(array: lesser) + [pivot] + qsort(array: gretter)
现在想要使用check2函数来判断这个快速排序函数与内置的sort函数是否有区别,那么需要让[Int]遵守Arbitrary、Smaller这两个协议:
extension Array: Arbitrary, Smaller where Element: Arbitrary
static func arbitrary() -> Array<Element>
let randomLength = Int.random(from: 0, to: 50)
return (0..<randomLength).map _ in Element.arbitrary()
func smaller() -> Array<Element>?
if self.isEmpty return nil
return Array(self.dropFirst())
调用check2函数对前边的快速排序函数进行验证:
check2(message: "qsort函数和Array内置sort函数效果一致") (array: [Int]) in qsort(array: array) == array.sorted(by: <)
check2函数需要类型A遵守Arbitrary、Smaller两个协议。换一种方式,可以将必要的smaller、arbitrary函数作为参数传入。
首先定义包含必要的smaller、arbitrary函数的辅助结构体:
struct ArbitraryInstance<T>
let arbitrary: () -> T
let smaller: (T) -> T?
接着写一个接受ArbitraryInstance作为参数的辅助函数checkHelper,这个函数的定义参照了check2函数,不同点就是arbitrary和smaller函数定义的位置。check2中被泛型的协议所约束,而checkHelper中则通过ArbitraryInstance结构体显式传递:
func checkHelper<A>(arbitraryInstance: ArbitraryInstance<A>, message: String, property: (A) -> Bool)
let numberOfIterations = 100
for _ in 0..<numberOfIterations
let value = arbitraryInstance.arbitrary()
guard property(value) else
let smallerValue = iterateWhile(condition: property, inital: value, next: arbitraryInstance.smaller)
print("\\(message) 没有通过测试:\\(smallerValue)")
return
print("\\(message) 通过了\\(numberOfIterations)次测试")
显式将所需信息作为参数传递,而不是定义于协议中。这样做灵活性更高,不依赖Swift推断所需信息,完全自己控制这一切。
可以使用checkHelper函数重新定义check2函数:
func check3<X: Arbitrary>(message: String, property: ([X]) -> Bool)
let instance = ArbitraryInstance(arbitrary: Array<X>.arbitrary) $0.smaller()
checkHelper(arbitraryInstance: instance, message: message, property: property)
终于可以运行check3函数验证快速排序了:
check3(message: "qsort函数和Array内置sort函数效果一致") (x: [Int]) -> Bool in qsort(array: x) == x.sorted(by: <)
以上是关于Swift函数式编程五(QuickCheck)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章