这是Swift编程思想的系列文章：

[Swift 编程思想（三）面向范型编程（待完成）]

[Swift 编程思想（四）面向响应式编程（待完成）]

Swift编程思想 - 函数式编程

Swift 的函数式编程是一种编程范式，它强调使用函数来处理数据和表达程序逻辑。

Swift 的函数式编程核心思想是使用一等函数(first-class functions)和不可变性(immutability)来编写代码，这样可以更容易地推理和测试。

函数式编程鼓励使用纯函数（输入完全决定输出，无副作用）和高阶函数（可以接受其他函数作为参数或返回函数的函数）。

swift 复制代码

 let numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
 
 // 使用 map 函数将每个数字乘以 2
 let doubledNumbers = numbers.map { $0 * 2 }
 
 // 使用 filter 函数筛选出偶数
 let evenNumbers = numbers.filter { $0 % 2 == 0 }
 
 // 使用 reduce 函数计算所有数字的总和
 let sumOfNumbers = numbers.reduce(0, +)
 
 print(doubledNumbers) // 输出 [2, 4, 6, 8, 10]
 print(evenNumbers)     // 输出 [2, 4]
 print(sumOfNumbers)   // 输出 15

在这个例子中，map, filter, 和 reduce 都是以不可变的方式工作的，每个都返回一个新的数组，原始数组 numbers 保持不变。这使得函数式编程在 Swift 中非常有力且易于理解。

Swift 适合函数式编程的原因

因为它在设计上融入了许多函数式编程的特性和原则。以下是一些关键原因：

一等函数（First-Class Functions） ：在Swift中，函数是"一等公民"。这意味着你可以将函数赋给变量、作为参数传递给其他函数，或者作为其他函数的返回结果。
不可变性（Immutability） ：Swift鼓励使用常量（let）而不是变量（var），这有助于创建不可变的数据结构，减少副作用，提高代码安全性。
高阶函数（Higher-Order Functions） ：Swift提供了map、filter、reduce等高阶函数，允许你以简洁、声明式的方式处理集合。
闭包（Closures） ：Swift中的闭包是无名的闭包函数，可以捕获和存储其所在上下文中的任何常量和变量的引用。这一点对于创建函数式接口非常有用。
可选链（Optional Chaining） ：Swift的可选链语法允许以非常简洁的方式处理可选类型，这与函数式编程中处理可能为空（null）的值的方式相呼应。
模式匹配（Pattern Matching） ：通过switch语句和guard语句，Swift支持高级模式匹配，这在函数式编程中经常使用。
类型推断（Type Inference） ：Swift强大的类型推断使得代码更加简洁，减少了样板代码的需要，这符合函数式编程的精神。
值类型（Value Types） ：Swift中的结构体（Struct）和枚举（Enum）是值类型，当它们被传递时，其值会被拷贝，这有助于避免共享状态和副作用，是函数式编程常见的实践。
尾递归优化（Tail Call Optimization） ：Swift编译器对尾递归进行优化，这使得在Swift中编写递归函数更为高效，这是函数式编程中常用的一种技术。

因此，Swift的这些特性和设计理念使其成为实现函数式编程概念的理想选择，既保留了传统命令式编程的优势，又引入了函数式编程的表达力和安全性。

函数式编程的特点

1. 一等函数

函数在 Swift 中被当作一等公民，意味着它们可以被赋给变量，可以作为参数传递给其他函数，也可以作为其他函数的返回值。

swift 复制代码

 func add(_ a: Int, _ b: In
 t) -> Int {
    return a + b
 }
 
 func subtract(_ a: Int, _ b: Int) -> Int {
    return a - b
 }
 
 // 将函数作为变量
 let operation: (Int, Int) -> Int = add
 print(operation(3, 2)) // 输出 5
 
 // 将函数作为另一个函数的参数
 func applyOperation(_ a: Int, _ b: Int, operation: (Int, Int) -> Int) -> Int {
    return operation(a, b)
 }
 
 print(applyOperation(5, 3, operation: subtract)) // 输出 2

2. 不可变性

函数式编程鼓励使用不可变数据。这意味着你创建的数据结构（如数组、字典等）在创建后不应被修改。这有助于减少副作用和状态改变的相关问题。通常通过使用常量(let)。

ini 复制代码

 let numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
 // 尽管我们对数组进行处理，但原始数组保持不变
 let squaredNumbers = numbers.map { $0 * $0 }
 print(squaredNumbers) // 输出 [1, 4, 9, 16, 25]

3. 纯函数

纯函数是其输出值仅由其输入值决定且不产生副作用（如修改全局变量、进行输入/输出操作等）的函数。在 Swift 中，纯函数有助于提高代码的可测试性和可预测性。

swift 复制代码

 func multiply(_ a: Int, _ b: Int) -> Int {
    return a * b
 }
 // 无论调用多少次，相同的输入总是得到相同的输出
 print(multiply(2, 3)) // 输出 6

4. 高阶函数

Swift 提供了高阶函数的支持，比如 map、filter、reduce 等。这些函数可以接受其他函数作为参数，或者将函数作为返回值。

ini 复制代码

 let numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
 
 let doubled = numbers.map { $0 * 2 }
 let even = numbers.filter { $0 % 2 == 0 }
 let sum = numbers.reduce(0, +)
 
 print(doubled) // 输出 [2, 4, 6, 8, 10]
 print(even)   // 输出 [2, 4]
 print(sum)     // 输出 15

更多关于高阶函数的使用请移步： Swift的高阶函数

5. 闭包

Swift 的闭包是可以捕获和存储其上下文中的常量和变量的代码块。闭包特别适合创建快速的回调和自定义操作，是函数式编程的重要组成部分。

bash 复制代码

 let names = ["Chris", "Alex", "Ewa", "Barry", "Daniella"]
 
 let reversed = names.sorted { $0 > $1 }
 print(reversed) // 输出 ["Ewa", "Daniella", "Chris", "Barry", "Alex"]

6. 链式调用

Swift 允许你将多个函数调用链接在一起，这样可以写出更简洁和表达力强的代码。

swift 复制代码

let scores = [60, 85, 95, 70, 80]
let formattedScores = scores
    .filter {
        $0 > 75
    }
    .map {
        "Score: \($0)"
    }
    .joined(separator: ", ")
print(formattedScores)
// 输出 "Score: 85, Score: 95, Score: 80"

更多关于Swift链式表达请移步： Swift 链式编程思想

7. 强类型系统

Swift 的强类型系统与函数式编程之间的协作主要体现在以下几个方面：

类型安全和清晰的 API 设计

Swift 的强类型系统要求你在编写代码时明确指定变量和函数的类型。这增加了代码的清晰度和可维护性。在函数式编程中，这意味着你可以很清楚地了解每个函数接受什么类型的参数，以及它返回什么类型的结果。

swift 复制代码

func square(of number: Int) -> Int {
    return number * number
}

let squaredNumber = square(of: 5)
// 明确知道返回值是 Int 类型

错误预防

由于类型的严格性，很多可能的错误（如类型不匹配）会在编译时被捕捉，而不是在运行时。这对于函数式编程特别重要，因为函数式编程强调无副作用和不可变性，任何类型错误都可能导致意料之外的副作用。

javascript 复制代码

let result: String = square(of: 5)
// 编译错误，因为 square 返回的是 Int 而不是 String

泛型

Swift 的强类型系统支持泛型编程。泛型让你可以编写灵活、可重用的函数，这些函数可以工作于任何兼容的类型。这是函数式编程中常见的模式，例如在处理集合类型时。

swift 复制代码

func swapValues<T>(_ a: inout T, _ b: inout T) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

var number1 = 100
var number2 = 200
swapValues(&number1, &number2) // 正确，类型匹配

var string1 = "Hello"
var string2 = "World"
swapValues(&string1, &string2) // 也正确，泛型函数适用于任何类型

类型推断

Swift 的类型推断减少了声明变量和编写函数时的工作量。尽管它是一个强类型语言，但在很多情况下你不需要明确指定类型。这使得代码更加简洁，同时保持了类型安全。

ini 复制代码

let numbers = [1, 2, 3, 4, 5] // Swift 推断 numbers 是 [Int] 类型
let doubledNumbers = numbers.map { $0 * 2 } // 推断出 map 的结果是 [Int] 类型

函数类型

在 Swift 中，函数本身也有类型。这意味着你可以像处理其他值一样处理函数，将函数作为参数传递，或者作为返回值，这对于函数式编程风格至关重要。

sql 复制代码

func add(_ a: Int, _ b: Int) -> Int {
    return a + b
}

let function: (Int, Int) -> Int = add
let result = function(2, 3) // 使用函数类型的变量

总结

Swift 的强类型系统为函数式编程提供了结构和安全性，同时其现代化的语言特性，如类型推断和泛型，使得编写函数式代码既灵活又易于理解。这种类型系统与函数式编程理念的结合，使 Swift 成为一个既强大又易于维护代码的编程语言。

8. 惰性求值

Swift 提供了惰性集合，允许你延迟耗时计算，直到真正需要结果时才进行，这在处理大型数据集时特别有用。

swift 复制代码

 let numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
 
 let lazySquared = numbers.lazy.map { $0 * $0 }
 print(lazySquared) // 这里仅创建了一个映射，但没有执行任何操作
 
 for number in lazySquared {
    print(number) // 真正的计算发生在这里
 }

以上示例体现了 Swift 中函数式编程的各种特点，通过这些特性，可以写出更清晰、更简洁且更可维护的代码。

函数式编程的实际运用

假设你有一个用户列表，每个用户有姓名、年龄和一系列兴趣。你的任务是找出年龄在特定范围内，并且对某个特定兴趣感兴趣的所有用户。

传统方法 vs 函数式方法

在非函数式编程中，你可能会用循环和条件语句来实现这个功能。而在函数式编程中，你可以使用filter和map等高阶函数来实现更简洁、更易读的代码。

代码示例

先定义一个用户模型：

javascript 复制代码

struct User {
    var name: String
    var age: Int
    var interests: [String]
}

然后是用户数据：

php 复制代码

let users = [
    User(name: "小明", age: 30, interests: ["篮球", "足球", "排球"]),
    User(name: "大黄", age: 22, interests: ["电影", "编程"]),
    User(name: "小李", age: 35, interests: ["做饭", "睡觉", "篮球"]),
    User(name: "小花", age: 55, interests: ["做饭", "睡觉", "篮球"]),
 ]

现在，使用函数式方法筛选用户：

ini 复制代码

let selectedInterest = "篮球"
let ageRange = 25...35

let filteredUsers = users.filter { user in
    ageRange.contains(user.age) && user.interests.contains(selectedInterest)
}.map { user in
    user.name
}

// 输出符合条件的用户姓名
print(filteredUsers)

在这个例子中：

filter 函数被用来筛选出符合特定年龄范围和兴趣的用户。
map 函数将筛选出的用户转换成他们的姓名。

这个示例展示了函数式编程的几个优点：

可读性：代码更清晰和简洁，逻辑一目了然。
不可变性 ：没有修改原始users数组，而是创建了一个新的filteredUsers数组。
链式调用 ：通过链式调用filter和map，使得代码流畅易懂。

这样的代码更容易理解和维护，也减少了出错的可能性。当然，这只是一个简单的例子。在复杂的应用中，函数式编程的优势会更加明显。

Swift编程思想(二) - 面向函数式编程

Swift编程思想 - 函数式编程

Swift 适合函数式编程的原因

函数式编程的特点

1. 一等函数

2. 不可变性

3. 纯函数

4. 高阶函数

5. 闭包

6. 链式调用

7. 强类型系统

类型安全和清晰的 API 设计

错误预防

泛型

类型推断

函数类型

总结

8. 惰性求值

函数式编程的实际运用

传统方法 vs 函数式方法

代码示例