Collections in Swift 4

浏览: 25 发布日期: 2017-12-27 分类: swift

在Swift 4中,对原有的Collection体系做了一些简化。为此,通过这个系列,我们重新过一遍和Collection相关的内容。在这个系列里,我们抛开Swift中那些具体的Array,Set,Dictionary不谈,单纯从表达一系列元素这个概念出发,来回顾Swift Collections设计的前前后后,为什么需要Iterator?Index和Iterator的关系和区别是什么?为什么需要Sequence?Collection和Sequence的差别是什么?如何为不同的集合类型设计接口?。通过对这些问题的讨论,你不仅能够通这个系列的内容更好的使用集合类型。还能以一个标准库库设计者的视角,来理解一些你可能平时不太会注意到的细节。


从迭代一系列元素开始

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在Swift 4中,对原有的Collection体系做了一些简化。为此,通过这个系列,我们重新过一遍和Collection相关的内容。

抛开Swift中那些具体的ArraySetDictionary不谈,单纯从为了表达一堆数字这个角度来看,其中最基础的动作,就是要能逐个访问到它们。因此,我们关于集合这个抽象概念本身的话题,不妨就从这个动作开始。

这里我们用“一堆数字”这个形式举例便于理解,实际上,作为集合,它表达的是任意一堆对象。

从约束一个最基本的遍历动作开始

为了用最简单的形式描述“逐个访问”这个动作,我们可以定义一个Protocol

  protocol IteratorProtocol {
        associatedtype Element
        mutating func next() -> Element?
    }
    

其中,Element定义了我们逐个访问到的元素类型,而next方法则不断给我们返回下一个元素,所有元素都访问完了,next返回nil。另外,为什么我们要用mutating修饰next呢?大家先不用在意这个事情,在后面的内容里,就明白了。

用IteratorProtocol表示无穷序列

有了IteratorProtocol,怎么用呢?来看个最简单的例子:

struct Ones: IteratorProtocol {
    mutating func next() -> Int? {
        return 1
    }
}

这里,One表示一个包含无穷多个数字1的序列,为了逐个访问到这些数字,我们只要不断调用next就好了:

var ones = Ones()

ones.next() // Optional(1)
ones.next() // Optional(1)
ones.next() // Optional(1)

虽然例子很简单,但有两点还是值得说一下:

  • 第一,我们无需显式指定Element的类型,编译器可以从next()的签名中推导出来;
  • 第二,这个例子要表达的重点是,我们无需关心ones这个序列的内部构成,只要知道调用next就可以得到下一个元素,或者得到nil,表示结束就好了;

当然,除了这种为了演示而编写的代码之外,我们也可以定义一些有用的Iterator,例如一个Fibonacci序列:

struct Fibonacci: IteratorProtocol {
    private var state = (0, 1)

    mutating func next() -> Int? {
        let nextNumber = state.0
        self.state = (state.1, state.0 + state.1)

        return nextNumber
    }
}

而用法,和ones如出一辙:

var fibs = Fibonacci()

fibs.next() // Optional(0)
fibs.next() // Optional(1)
fibs.next() // Optional(1)
fibs.next() // Optional(2)

看到这,你就明白为什么我们要让next是一个mutating方法了。为了遍历序列,我们几乎总是需要一些用于记录状态的属性,为了让next可以修改这些属性,必须用mutating来修饰它。

使用IteratorProtocol表达序列的局限性

但是,使用遵从IteratorProtocol的类型来表达序列,有一个让人困惑的地方。当我们要反复从头遍历一个序列的时候,该怎么办呢?显然,复制一个fibs并不行,它会从当前遍历的状态继续下去。我们唯一能做的,就是重新创建一个Fibonacci对象。

当然,由于Fibonacci是我们自己实现的,因此,我们了解这前前后后的所有细节。但是,当我们拿着Fibonacci给别人使用的时候,这种诡异的用法一定不会为你赢得同事的好评。

之所以会有这种问题,是因为我们借用了遍历的当前状态作为了序列的本身。ones也好,fibs也好,都如此。每一次调用next,我们用于记录当前遍历状态的值,恰好生成了我们期望的整个序列。

What's next?

为了解决这个问题,我们应该削弱遵循IteratorProtocol的类型表达的语意,让它在大多时候都只承载遍历的含义,而对于我们要表达的序列本身,再用一类约束来表达,这就是为什么Swift要提供protocol Sequence的原因。下一节,我们就来了解这个protocol

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