谈谈 Swift 中的 map 和 flatMap

njwc2879 5年前
   <p>map 和 flatMap 是 Swift 中两个常用的函数,它们体现了 Swift 中很多的特性。对于简单的使用来说,它们的接口并不复杂,但它们内部的机制还是非常值得研究的,能够帮助我们够好的理解 Swift 语言。</p>    <p>map 简介</p>    <p>首先,咱们说说 map 函数如何使用。</p>    <pre>  <code class="language-swift">let numbers = [1,2,3,4]  let result = numbers.map { $0 + 2 }  print(result)  // [3,4,5,6]</code></pre>    <p>map 方法接受一个闭包作为参数, 然后它会遍历整个 numbers 数组,并对数组中每一个元素执行闭包中定义的操作。 相当于对数组中的所有元素做了一个映射。 比如咱们这个例子里面的闭包是讲所有元素都加 2 。 这样它产生的结果数据就是 [3,4,5,6]。</p>    <p>初步了解之后,我们来看一下 map 的定义:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func map  (@noescape transform: (Self.Generator.Element) throws -> T) rethrows -> [T]</code></pre>    <p>咱们抛开一些和关键逻辑无关的修饰符 @noescape,throws 这些,在整理一下就是这样:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func map  (transform: (Self.Generator.Element) -> T) rethrows -> [T]</code></pre>    <p>map 函数接受一个闭包, 这个闭包的定义是这样的:</p>    <pre>  <code class="language-swift">(Self.Generator.Element) -> T</code></pre>    <p>它接受 Self.Generator.Element 类型的参数, 这个类型代表数组中当前元素的类型。 而这个闭包的返回值,是可以和传递进来的值不同的。 比如我们可以这样:</p>    <pre>  <code class="language-swift">let stringResult = numbers.map { "No. \($0)" }  // ["No. 1", "No. 2", "No. 3", "No. 4"]</code></pre>    <p>这次我们在闭包装把传递进来的数字拼接到一个字符串中, 然后返回一个组数, 这个数组中包含的数据类型,就是我们拼接好的字符串。</p>    <p>这就是关于 map 的初步了解, 我们继续来看 flatMap。</p>    <p>flatMap</p>    <p>map 可以对一个集合类型的所有元素做一个映射操作。 那么 flatMap 呢?</p>    <p>让我们来看一个 flatMap 的例子:</p>    <pre>  <code class="language-swift">result = numbers.flatMap { $0 + 2 }  // [3,4,5,6]</code></pre>    <p>我们对同样的数组使用 flatMap 进行处理, 得到了同样的结果。 那 flatMap 和 map 到底有什么区别呢?</p>    <p>咱们再来看另一个例子:</p>    <pre>  <code class="language-swift">let numbersCompound = [[1,2,3],[4,5,6]];  var res = numbersCompound.map { $0.map{ $0 + 2 } }  // [[3, 4, 5], [6, 7, 8]]  var flatRes = numbersCompound.flatMap { $0.map{ $0 + 2 } }  // [3, 4, 5, 6, 7, 8]</code></pre>    <p>这里就看出差别了。 对于二维数组, map 和 flatMap 的结果就不同了。 我们先来看第一个调用:</p>    <pre>  <code class="language-swift">var res = numbersCompound.map { $0.map{ $0 + 2 } }  // [[3, 4, 5], [6, 7, 8]]</code></pre>    <p>numbersCompound.map { ... } 这个调用实际上是遍历了这里两个数组元素 [1,2,3] 和 [4,5,6]。 因为这两个元素依然是数组,所以我们可以对他们再次调用 map 函数:$0.map{ $0 + 2 }。 这个内部的调用最终将数组中所有的元素加 2。</p>    <p>再来看看 flatMap 的调用:</p>    <pre>  <code class="language-swift">var flatRes = numbersCompound.flatMap { $0.map{ $0 + 2 } }  // [3, 4, 5, 6, 7, 8]</code></pre>    <p>flatMap 依然会遍历数组的元素,并对这些元素执行闭包中定义的操作。 但唯一不同的是,它对最终的结果进行了所谓的 “降维” 操作。 本来原始数组是一个二维的, 但经过 flatMap 之后,它变成一维的了。</p>    <p>flatMap 是如何做到的呢,它的原理是什么,为什么会存在这样一个函数呢? 相信此时你脑海中肯定会浮现出类似的问题。</p>    <p>下面咱们再来看一下 flatMap 的定义, 还是抛去 @noescape, rethrows 这些无关逻辑的关键字:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func flatMap(transform: (Self.Generator.Element) throws -> T?) -> [T]  func flatMap(transform: (Self.Generator.Element) -> S) -> [S.Generator.Element]</code></pre>    <p>和 map 不同, flatMap 有两个重载。 参照我们刚才的示例, 我们调用的其实是第二个重载:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func flatMa  p(transform: (Self.Generator.Element) -> S) -> [S.Generator.Element]</code></pre>    <p>flatMap 的闭包接受的是数组的元素,但返回的是一个 SequenceType 类型,也就是另外一个数组。 这从我们刚才这个调用中不难看出:</p>    <pre>  <code class="language-swift">numbersCompound.flatMap { $0.map{ $0 + 2 } }</code></pre>    <p>我们传入给 flatMap 一个闭包 $0.map{ $0 + 2 } , 这个闭包中,又对 $0 调用了 map 方法, 从 map 方法的定义中我们能够知道,它返回的还是一个集合类型,也就是 SequenceType。 所以我们这个 flatMap 的调用对应的就是第二个重载形式。</p>    <p>那么为什么 flatMap 调用后会对数组降维呢? 我们可以从它的源码中窥探一二(Swift 不是开源了吗~)。</p>    <p>文件位置: swift/stdlib/public/core/SequenceAlgorithms.swift.gyb</p>    <pre>  <code class="language-swift">extension Sequence {  //...  public func flatMap(  @noescape transform: (${GElement}) throws -> S  ) rethrows -> [S.${GElement}] {  var result: [S.${GElement}] = []  for element in self {  result.append(contentsOf: try transform(element))  }  return result  }  //...  }</code></pre>    <p>这就是 flatMap 的完整源码了, 它的源码也很简单, 对遍历的每一个元素调用 try transform(element)。 transform 函数就是我们传递进来的闭包。</p>    <p>然后将闭包的返回值通过 result.append(contentsOf:) 函数添加到 result 数组中。</p>    <p>那我们再来看一下 result.append(contentsOf:) 都做了什么, 它的文档定义是这样:</p>    <p>Append the elements of newElements to self.</p>    <p>简单说就是将一个集合中的所有元素,添加到另一个集合。 还以我们刚才这个二维数组为例:</p>    <pre>  <code class="language-swift">let numbersCompound = [[1,2,3],[4,5,6]];  var flatRes = numbersCompound.flatMap { $0.map{ $0 + 2 } }  // [3, 4, 5, 6, 7, 8]</code></pre>    <p>flatMap 首先会遍历这个数组的两个元素 [1,2,3] 和 [4,5,6], 因为这两个元素依然是数组, 所以我们可以对他们再进行 map 操作: $0.map{ $0 + 2 }。</p>    <p>这样, 内部的 $0.map{ $0 + 2 } 调用返回值类型还是数组, 它会返回 [3,4,5] 和 [6,7,8]。</p>    <p>然后, flatMap 接收到内部闭包的这两个返回结果, 进而调用 result.append(contentsOf:) 将它们的数组中的内容添加到结果集中,而不是数组本身。</p>    <p>那么我们最终的调用结果理所当然就应该是 [3, 4, 5, 6, 7, 8] 了。</p>    <p>仔细想想是不是这样呢~</p>    <p>flatMap 的另一个重载</p>    <p>我们刚才分析了半天, 其实只分析到 flatMap 的一种重载情况, 那么另外一种重载又是怎么回事呢:</p>    <pre>  <code class="language-swift">func flatMap  (transform: (Self.Generator.Element) -> T?) -> [T]</code></pre>    <p>从定义中我们看出, 它的闭包接收的是 Self.Generator.Element 类型, 返回的是一个 T? 。 我们都知道,在 Swift 中类型后面跟随一个 ?, 代表的是 Optional 值。 也就是说这个重载中接收的闭包返回的是一个 Optional 值。 更进一步来说,就是闭包可以返回 nil。</p>    <p>我们来看一个例子:</p>    <pre>  <code class="language-swift">let optionalArray: [String?] = ["AA", nil, "BB", "CC"];  var optionalResult = optionalArray.flatMap{ $0 }  // ["AA", "BB", "CC"]</code></pre>    <p>这样竟然没有报错, 并且 flatMap 的返回结果中, 成功的将原数组中的 nil 值过滤掉了。 再仔细观察,你会发现更多。 使用 flatMap 调用之后, 数组中的所有元素都被解包了, 如果同样使用 print 函数输出原始数组的话, 大概会得到这样的结果:</p>    <pre>  <code class="language-swift">[Optional("AA"), nil, Optional("BB"), Optional("CC")]  ```  而使用 `print` 函数输出 flatMap 的结果集时,会得到这样的输出:  ``` swift  ["AA", "BB", "CC"]</code></pre>    <p>也就是说原始数组的类型是 [String?] 而 flatMap 调用后变成了 [String]。 这也是 flatMap 和 map 的一个重大区别。 如果同样的数组,我们使用 map 来调用, 得到的是这样的输出:</p>    <pre>  <code class="language-swift">[Optional("AA"), nil, Optional("BB"), Optional("CC")]</code></pre>    <p>这就和原始数组一样了。 这两者的区别就是这样。 map 函数值对元素进行变换操作。 但不会对数组的结构造成影响。 而 flatMap 会影响数组的结构。再进一步分析之前,我们暂且这样理解。</p>    <p>flatMap 的这种机制,而已帮助我们方便的对数据进行验证,比如我们有一组图片文件名, 我们可以使用 flatMap 将无效的图片过滤掉:</p>    <pre>  <code class="language-swift">var imageNames = ["test.png", "aa.png", "icon.png"];  imageNames.flatMap{ UIImage(named: $0) }</code></pre>    <p>那么 flatMap 是如何实现过滤掉 nil 值的呢? 我们还是来看一下源码:</p>    <pre>  <code class="language-swift">extension Sequence {  // ...  public func flatMap(  @noescape transform: (${GElement}) throws -> T?  ) rethrows -> [T] {  var result: [T] = []  for element in self {  if let newElement = try transform(element) {  result.append(newElement)  }  }  return result  }  // ...  }</code></pre>    <p>依然是遍历所有元素,并应用 try transform(element) 闭包的调用, 但关键一点是,这里面用到了 if let 语句, 对那些只有解包成功的元素,才会添加到结果集中:</p>    <pre>  <code class="language-swift">if let newElement = try transform(element) {  result.append(newElement)  }</code></pre>    <p>这样, 就实现了我们刚才看到的自动去掉 nil 值的效果了。</p>    <p>关于 Optional 和 if let 语句可以参看: 浅谈 Swift 中的 Optionals</p>    <p>结尾</p>    <p>关于 Swift 中的 map 和 flatMap, 看完这篇内容是不会会对你有所启发呢。 当然, 关于这两个函数我们这里并没有完全讨论完。 它们背后还有着更多的思想。 关于本篇文章的代码,大家还可以来 Github 上面参看 <a href="/misc/goto?guid=4959673811254104038" rel="nofollow,noindex">https://github.com/swiftcafex/mapAndFlatmap</a></p>    <p><a href="/misc/goto?guid=4959673811254104038" rel="nofollow,noindex"><strong>小练习</strong> </a></p>    <p>从这期开始,每篇内容会给大家出一两个小小的练习, 大家可以在留言中直接回复你的答案,与大家一起交流, 让大家的阅读过程更加有趣。</p>    <p>将类型为 [Int] 的数组 [1,2,3,4] 中所有的元素乘以 2。</p>    <p>将类型为 [String?] 的数组 [“ab”, “cc” , nil, “dd”] 中的 nil 元素过滤掉。 分别用 map, filter 与 flatMap 的方式都实现一遍。</p>    <p> </p>    <p>来自: <a href="/misc/goto?guid=4959673811356446585" rel="nofollow">http://www.cocoachina.com/swift/20160527/16467.html</a></p>    <p> </p>