Swift高阶函数：Map，Filter，Reduce

Posted 2020-06-13

闭包介绍

Swift一大特性便是使用简洁的头等函数/闭包语法代替了复杂的blocks语法。希望我们在Swift中不再需要像fuckingblocksyntax中所描述的语法。（译者注：头等函数-即可将函数当作参数传递给其他的函数，或从其他的函数里返回出值，并且可以将他们设定为变量，或者将他们存储在数据结构中）

闭包是自包含的blocks，它能在代码中传递和使用。

本文我们将重点介绍匿名定义的闭包（如：定义成内联的且不具名）也称匿名闭包。我们能够将其作为参数传递给其他函数/方法或者将其作为返回值。闭包是极其强大的语言特性，它能够使我们编写程序的时候更快，更容易，更少出错。

Blocks/闭包（同一概念的不同命名）在Cocoa和Cocoa Touch中广泛使用，是iOS 框架的核心。

让我们来看一些闭包例子以及它们为什么如此有用：

假设我们需要两个函数，其中一个计算两个数的平方的平均值，另一个计算两个数的立方的平均值，传统的解决方法会是这样：

func square(a:Float) -> Float {
    return a * a
}
func cube(a:Float) -> Float {
    return a * a * a
}
func averageSumOfSquares(a:Float,b:Float) -> Float {
    return (square(a) + square(b)) / 2.0
}
func averageSumOfCubes(a:Float,b:Float) -> Float {
    return (cube(a) + cube(b)) / 2.0
}

 

我们注意到averageSumOfSquares和averageSumOfCubes的唯一不同只是分别调用平方函数或立方函数。如果我能够定义一个通用函数，这个函数以两个数和一个使用这两个数的函数作为参数，来计算平均值而不是重复调用将会非常好，我们可以使用闭包作为函数参数

func averageOfFunction(a:Float,b:Float,f:(Float -> Float)) -> Float {
    return (f(a) + f(b)) / 2
}
averageOfFunction(3, 4, square)
averageOfFunction(3, 4, cube)

 

这里我们使用了命名闭包，我们也可以使用闭包表达式定义一个没有名称的内联闭包。

在Swift中有很多种定义闭包表达式的方法，这里从最啰嗦的开始讲到最简洁的为止：

averageOfFunction(3, 4, {(x: Float) -> Float in return x * x})

 

(x: Float) -> Float 是闭包的类型（接收一个float参数，返回一个float值）， return x * x 为实现，关键字in为代码头，实现跟在in后面，让我们简化一下。

首先我们忽略类型声明，因为类型能够从averageOfFunction声明中推断出来（编译器能够推断出averageOfFunction期望传入作为参数的函数需要接收一个float值，然后返回另一个float值）

averageOfFunction(3, 4, {x in return x * x})

 

我们还可以忽略return语句

averageOfFunction(3, 4, {x in x * x})

 

最后我们还可以忽略指定参数名，使用默认参数名$0（如果函数接收多个参数，使用$K作为第K-1个参数，如$0，$1，$2......）

averageOfFunction(3, 4, {$0 * $0})

 

接下部分，我们都使用最后这种闭包表达式，实际编码中如果要求清晰明了，建议使用命名闭包。

把闭包作为参数传递而非重复代码，这个编程技术极大的提升了代码的表达性，避免了代码引用和拷贝粘贴所带来的错误。

数组操作

Swift的标准数组支持三个高阶函数：map，filter和reduce。Objective-C的NSArray没有实现这些方法，但是开源社区 弥补 了 这个 不足

Map

map用于将每个数组元素通过某个方法进行转换。

[ x1, x2, ... , xn].map(f) ->[f(x1), f(x2), ... , f(xn)]

 

我们用一个Int类型数组存储商品金额，想把每个金额后面添加一个字符“?”，把数组转成字符串数组

[10,20,45,32] -> ["10?","20?","45?","32?"] 

最笨的办法-创建一个空数组，遍历和转换原数组的每个元素，然后把转换结果添加到空数组里：

var stringsArray : [String] = [] //Note that we have to specify the type of the array or else we‘ll get an type error
for money in moneyArray {
    stringsArray += "\(money)$"
}

 

转换原数组元素并由此得到一个新数组的操作很普遍，我们可以用一个方法：map 来做这个事

在Swift中，map被声明成Array类的命名方法：

func map(transform: (T) -> U) -> U[] 

这个方法以一个命名函数transform作为参数，transform负责把元素类型T转成类型U并返回一个类型U的数组。

在上面的事例中，T为Int，U为String，作为转换函数传给map的是一个把Int转成String

stringsArray = moneyArray.map({"($0)?"})

 

{"($0)?"}就是一个闭包，它把金额转成字符并在尾部添加一个字符?

带命名参数：

stringsArray = moneyArray.map({money in "(money)?"})

 

如果看不明白，那可能是你不熟悉字符串插值，下而截取出文档的小部分内容：

字符串插值是一种构造新字符串的方法，它把常量，变量和表达式组合构造出一个新字符串，每一个要插入字符串的项都需要以反斜杠()开头并包裹在一对圆括号里。

Swift String Apple Reference

Filter

filter用于选择数组元素中满足某种条件的元素。

使用前面金额的例子，筛选出金额大于30元素，结果应该是[45,32]

再看一下传统实现：

var filteredArray : [Int] = [] 
for money in moneyArray {
    if (money > 30) {
      filteredArray += [money]
    }
}

 

我们惟一感兴趣的是money > 30，下面使用filter来定义同样的逻辑。

Swift中filter在Array类中的定义为：

filter(includeElement: (T) -> Bool) -> T[]

以返回true或false的函数includeElement作为参数，对原数组元素调用includeElement时，只有返回true的元素会通过筛选

对数组筛选，我们只需使用

filteredArray = moneyArray.filter({$0 > 30})

 

{$0 > 30}为筛选闭包，我们忽略了参数名而使用默认参数$0，返回类型隐式推断为Bool

Reduce

reduce方法把数组元素组合计算为一个值。

我们使用上面例子计算数组元素的和，结果应该为107(10 + 20 + 45 + 32)

传统实现：

var sum = 0
for money in moneyArray {
    sum = sum + money
}

 

再看看数字相乘

var product = 1
for money in moneyArray {
    product = product * money
}

 

这两个惟一不同的是计算的初始值（sum为0，product为1）和计算操作符（sum为+，product为*）

Reduce便可用于快速完成这类操作，通过指定一个初始值和一个组合元素的方法

Swift中reduct在Array类中的定义为

reduce(initial: U, combine: (U, T) -> U) -> U

接收两个参数，一个为类型U的初始值，另一个为把类型为U的元素和类型为T的元素组合成一个类型为U的值的函数。最终结果整个数组就变成了一个类型为U的值。

在事例中U和T是Int，初始值是0，combine函数计算两个Int之和

和计算改写成：

sum = moneyArray.reduce(0,{$0 + $1})

 

Swift中操作符可用着函数，可简化成：

sum = moneyArray.reduce(0,+)

 

Reduce可能是三个高阶函数中最难理解的一个。 需要注意的是combine函数的两参数类型不同，$0为计算结果类型，$1为数组元素类型。

另一点需要说明的是数据比较大的时候，高阶函数会比传统实现更快，因为它可以并行执行（如运行在多核上），除非真的需要更高定制版本的map，reduce和filter，否则可以一直使用它们以获得更快的执行速度。

我确信当你使用map，filter，reduct的代码质量会更好。但也需要在合适的场景中使用它们，不要指望用它们来解决任何问题。没有放之四海而皆准的真理。

下面这些闭包问题作为练习

   1.编写一个方法applyTwice(f:(Float -> Float),x:Float) -> Float，以函数f和float值x作为参数，然后用x参数调用f两次。如f(f(x))

   2.编写一个方法applyKTimes(f:(Float -> Float),x:Float) -> Float，以函数f和float值x作为参数，然后用x参数调用f k次。

   3.使用applyKTimes实现x的k次方

   4.给定一个User类数组，类包含属性name:String和age:Int，用map函数返回一个用户name组成的字符串数组

   5.给定一个Dictionary数组，Dictionary包含key值name和key值age，用map函数返回name字符串数组

   6.给定一个Number数组，用filter函数选出奇数

   7.给定一个String数组，用filter函数选出能被转成Int的字符串

   8.给定一个UIView数组，用filter函数选出UILabel的子类

   9.用reduce函数把String数组中元素连接一个字符串，以换行符分隔

   10.使用reduce函数找出整形数组中的最大元素

   11.为什么不能用reduce实现平均函数{$0 + $1 / Float(array.count)}

   12.实现一个reduce功能时，什么属性可以使操作更简单

   13.在Swift中实现丘奇数（终级练习，也是最难的）

第二部分中，我们将结合具体用法，创建高阶数组函数，探寻其他有趣事例。