Swift5.0 - day11- 函数式编程-阿里云开发者社区

一、函数式编程学习前的基础知识

1.1、Array 的常见操作

map：映射的意思，它把数据进行循环，每次循环都会走大括号里面

var arr = [1, 2, 3, 4]
print(arr) // [2, 4, 6, 8]
var arr2 = arr.map { $0 * 2 }
print(arr2) // [2, 4]

提示：map的完整写法如下

var arr2 = arr.map { (a) -> Int in
       a * 2
}

其他的实现方方式

func double(_ i: Int) -> Int { i * 2 } 
var arr = [1, 2, 3, 4]
print(arr.map(double)) // [2, 4, 6, 8]

filter：过滤器，

var arr = [1, 2, 3, 4]
var arr3 = arr.filter { $0 % 2 == 0 } 
print(arr3) [2, 4]

提示：filter的完整写法如下

var arr3 = arr.filter { (a) -> Bool in
     a % 2 == 0
}

reduce：设置初始值，返回值由初始值决定，每次的结果与后面的元素结合做处理

var arr = [1, 2, 3, 4]
var arr4 = arr.reduce(0) { $0 + $1 } // 10
print(arr4)

提示：reduce的完整写法如下

var arr4 = arr.reduce(0) { (result, element) -> Int in
     result + element
}

result 结果(第一个值是reduce括号后面的值)，element每个成员，最后的返回结果由reduce括号后面的值来决定的

还可以简写为：var arr5 = arr.reduce(0, +)

map 与 flatMap 的区别

var arr = [1, 2, 3]
var arr2 = arr.map { Array.init(repeating: $0, count: 3) }
print(arr2) // [[1, 1, 1], [2, 2, 2], [3, 3, 3]]
var arr3 = arr.flatMap { Array.init(repeating: $0, count: 3) }
print(arr3) // [1, 1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3]

提示：

map 返回一个数组，flatMap 把上述数组拆分掉

compactMap 在map的基础上满足条件，强制解包成功的才会被返回

var arr = ["123", "test", "jack", "-30"]
print(arr)
var arr2 = arr.map { Int($0) }
print(arr2) // [Optional(123), nil, nil, Optional(-30)]
var arr3 = arr.compactMap { Int($0) }
print(arr3) // [123, -30]

使用reduce实现map、filter的功能

var arr = [1, 2, 3, 4]
// [2, 4, 6, 8]
print(arr.map { $0 * 2 })
print(arr.reduce([]) { $0 + [$1 * 2] })
// [2, 4]
print(arr.filter { $0 % 2 == 0 })
print(arr.reduce([]) { $1 % 2 == 0 ? $0 + [$1] : $0 })

提示

1.2、lazy 对map的优化

let arr = [1, 2, 3]
let result = arr.lazy.map {
       (i: Int) -> Int in
    print("mapping \(i)")
    return i * 2
}
print("begin-----")
print("mapped", result[0])
print("mapped", result[1])
print("mapped", result[2])
print("end----")

打印结果如下，我们可以看到用到才会打印

begin-----
mapping 1
mapped 2
mapping 2
mapped 4
mapping 3
mapped 6
end----

1.3、Optional 的 map 和 flatMap

map 返回的是可选项

var num1: Int? = 10
var num2 = num1.map { $0 * 2 }  // Optional(20)
var num3: Int? = nil
var num4 = num3.map { $0 * 2 }  // nil

提示：num1不为nil才会进入大括号进行做操作

flatMap 会比 map 聪明一点，如果包装的是可选项，就不会再进行可选项包装，如下 num3

var num1: Int? = 10
var num2 = num1.map { Optional.some($0 * 2) }
print(num2) // Optional(Optional(20))
var num3 = num1.flatMap { Optional.some($0 * 2) }
print(num3) // Optional(20)

使用本场景一：为空的判断

var fmt = DateFormatter()
fmt.dateFormat = "yyyy-MM-dd"
var str: String? = "2011-09-10"
// old
var date1 = str != nil ? fmt.date(from: str!) : nil
print(date1)
// new
var date2 = str.flatMap(fmt.date)
var date2 = str.flatMap { fmt.date(from: $0) }
print(date2)

提示：str 如果为 nil, flatMap(fmt.date) 括号内的就不会执行

使用本场景二：为空的判断

var score: Int? = 98
// old
var str1 = score != nil ? "socre is \(score!)" : "No score" 
// new
var str2 = score.map { "score is \($0)" } ?? "No score"

提示：score.map 返回可选项，再经过后面的 ?? 不为nil的情况下进行解包为String

使用本场景三：为空的判断

struct Person {
    var name: String
    var age: Int
}
var items = [
    Person(name: "jack", age: 20),
    Person(name: "rose", age: 21),
    Person(name: "kate", age: 22)
]
// old
func getPerson1(_ name: String) -> Person? {
    let index = items.firstIndex { $0.name == name }
    return index != nil ? items[index!] : nil
}
// new
func getPerson2(_ name: String) -> Person? {
    return items.firstIndex { $0.name == name }.map { items[$0] }
}

使用本场景四：为空的判断

struct Person {
    var name: String
    var age: Int
    init?(_ json: [String : Any]) {
        guard let name = json["name"] as? String,
              let age = json["age"] as? Int else {
              return nil
        }
        self.name = name
        self.age = age
    }
}
var json: Dictionary? = ["name" : "Jack", "age" : 10] // old
var p1 = json != nil ? Person(json!) : nil
// new
var p2 = json.flatMap(Person.init)

二、函数式编程

2.1、函数式编程(Funtional Programming，简称FP)

函数式编程(Funtional Programming，简称FP)是一种编程范式，也就是如何编写程序的方法论

主要思想:把计算过程尽量分解成一系列可复用函数的调用
主要特征:函数是“第一等公民”：函数与其他数据类型一样的地位，可以赋值给其他变量，也可以作为函数参数、函数返回值

函数式编程最早出现在LISP语言，绝大部分的现代编程语言也对函数式编程做了不同程度的支持，比如 Haskell、JavaScript、Python、Swift、Kotlin、Scala等
函数式编程中几个常用的概念 pHigher-Order Function、Function Currying pFunctor、Applicative Functor、Monad
参考资料：参考资料一、参考资料二

2.2、FP 实践-传统写法
假设要实现以下功能: [(num + 3) * 5 - 1] % 10 / 2

var num = 1
func add(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 + v2 }
func sub(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 - v2 }
func multiple(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 * v2 }
func divide(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 / v2 }
func mod(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 % v2 }
let result = divide(mod(sub(multiple(add(num, 3), 5), 1), 10), 2)
print(result)

2.2、FP 实践-函数式写法

var num = 1
func add(_ v: Int) -> (Int) -> Int { { $0 + v } }
func sub(_ v: Int) -> (Int) -> Int { { $0 - v } }
func multiple(_ v: Int) -> (Int) -> Int { { $0 * v } }
func divide(_ v: Int) -> (Int) -> Int { { $0 / v } }
func mod(_ v: Int) -> (Int) -> Int { { $0 % v } }
infix operator >>> : AdditionPrecedence
func >>><A, B, C>(_ f1: @escaping (A) -> B,
            _ f2: @escaping (B) -> C) -> (A) -> C { { f2(f1($0)) } }
var fn = add(3) >>> multiple(5) >>> sub(1) >>> mod(10) >>> divide(2)
let result = fn(num)
print(result)

函数式写法的好处：把计算过程尽量分解成一系列可复用函数的调用

比如上面的加法，我们想要 1 与很多的数相加，然后取出结果，如下，我们可以看到复用性很强

let fn =  add(1)
fn(2)  // 1 与 2 相加
fn(3)  // 1 与 3 相加
fn(4)  // 1 与 4 相加

infix operator >>> : AdditionPrecedence 是定义运算的方向

A,B,C 三种类型

2.3、高阶函数(Higher-Order Function)高阶函数是至少满足下列一个条件的函数:

接受一个或多个函数作为输入(map、filter、reduce等)
返回一个函数
FP中到处都是高阶函数，如下

func add(_ v: Int) -> (Int) -> Int { { $0 + v } }

2.4、柯里化 ( Currying )柯里化：将一个接受多参数的函数变换为一系列只接受单个参数的函数柯里化，如下

2 个参数的柯里化

func add(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 + v2 }

上面的转化为下面的，v1 是 2 ，$0 是 3

func add(_ v1: Int) -> (Int) -> Int { { return $0 + v1 } }
var num =  add1(2)(3)

提示：Array、Optional 的 map 方法接收的参数就是一个柯里化函数

3 个参数的柯里化

func add(_ v1: Int, _ v2: Int,_ v3: Int) -> Int { v1 + v2 + v3 }

上面的转化为下面的，v1 是 2 ，$0 是 3

func add(_ v1: Int) -> (Int) -> (Int) -> Int {
    return { v2 in
       return { v3 in
          return v1 + v2 + v3 
       }
    }
}
var num =  add(1)(2)(3)

简化为：func add(_ v1: Int) -> (Int) -> (Int) -> Int { { { }}}

2.4、柯里化版本自动转换，如下

2个参数的柯里化版本自动转换

func add1(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 + v2 }

转换通式如下

func currying<A, B, C>(_ fn: @escaping (A, B) -> C) -> (B) -> (A) -> C {
    { b in { a in fn(a, b) } }
}

使用如下

let curriedAdd1 = currying(add1)
print(curriedAdd1(10)(20))

3个参数的柯里化版本自动转换

func add2(_ v1: Int, _ v2: Int, _ v3: Int) -> Int { v1 + v2 + v3 }

转换通式如下

func currying<A, B, C, D>(_ fn: @escaping (A, B, C) -> D) -> (C) -> (B) -> (A) -> D {
     { c in { b in { a in fn(a, b, c) } } }
}

使用如下

let curriedAdd2 = currying(add2)
print(curriedAdd2(10)(20)(30))

2.5、柯里化重载运算符

func add(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 + v2 }
func sub(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 - v2 }
func multiple(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 * v2 }
func divide(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 / v2 }
func mod(_ v1: Int, _ v2: Int) -> Int { v1 % v2 }
prefix func ~<A, B, C>(_ fn: @escaping (A, B) -> C) -> (B) -> (A) -> C { { b in { a in fn(a, b) } } }
infix operator >>> : AdditionPrecedence 
func >>><A, B, C>(_ f1: @escaping (A) -> B,
            _ f2: @escaping (B) -> C) -> (A) -> C { { f2(f1($0)) } }

使用

var num = 1
print((~add)(num)(5))
var fn2 = (~add)(3) >>> (~multiple)(5) >>> (~sub)(1) >>> (~mod)(10) >>> (~divide)(2)
print(fn2(num))

2.6、函子( Functor )
像Array、Optional这样支持map运算的类型，称为函子(Functor)

// Array<Element>
public func map<T>(_ transform: (Element) -> T) -> Array<T>
// Optional<Wrapped>
public func map<U>(_ transform: (Wrapped) -> U) -> Optional<U>

2.7、适用函子 ( Applicative Functor )

对任意一个函子 F，如果能支持以下运算，该函子就是一个适用函子

func pure<A>(_ value: A) -> F<A>
func <*><A, B>(fn: F<(A) -> B>, value: F<A>) -> F<B>

Optional可以成为适用函子

func pure<A>(_ value: A) -> A? { value }
infix operator <*> : AdditionPrecedence
func <*><A, B>(fn: ((A) -> B)?, value: A?) -> B? {
     guard let f = fn, let v = value else { return nil }
     return f(v) 
}
var value: Int? = 10
var fn: ((Int) -> Int)? = { $0 * 2}
// Optional(20)
print(fn <*> value as Any)

Array可以成为适用函子

func pure<A>(_ value: A) -> [A] { [value] }
func <*><A, B>(fn: [(A) -> B], value: [A]) -> [B] {
      var arr: [B] = []
      if fn.count == value.count {
           for i in fn.startIndex..<fn.endIndex {
               arr.append(fn[i](value[i]))
           } 
      }
      return arr 
}
// [10]
print(pure(10))
var arr = [{ $0 * 2}, { $0 + 10 }, { $0 - 5 }] <*> [1, 2, 3] // [2, 12, -2]
print(arr)

2.8、单子( Monad )

对任意一个类型 F，如果能支持以下运算，那么就可以称为是一个单子(Monad)

func pure<A>(_ value: A) -> F<A>
func flatMap<A, B>(_ value: F<A>, _ fn: (A) -> F<B>) -> F<B>

很显然，Array、Optional都是单子

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一、函数式编程学习前的基础知识

二、函数式编程

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