map、filter、reduce的用法

Swift中的map、filter、reduce可以对Array、Dictionary等集合进行操作。如果你没有函数式编程经验，你可能更习惯于使用for-in遍历。这一篇文章将介绍map、filter、reduce、flatMap和compactMap的用法。

Swift中的map、reduce和filter函数来自于函数式编程（functional programming），被称为高阶函数（high-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
• 输出一个函数

在数学中，也叫做算子。微积分中的导数就是常见的例子，它会映射一个函数到另一个函数。

1. Map

func map<T>(_ transform: (Self.Element) throws -> T) rethrows -> [T]

map用于遍历序列（sequence），并对每个元素执行相同操作。map函数对所有元素执行完映射或转换后，返回一个包含所有元素的数组，元素类型可以是原来的类型，也可以是新类型。

我们可以使用for-in循环计算数组元素的平方，如下：

let values = [2.0, 4.0, 5.0, 7.0]
var squares: [Double] = []
for value in values {
    squares.append(value*value)
}

for-in可以解决问题，但代码有些冗余。需要声明指定类型的数组，以便在循环时添加元素；数组还需为变量。使用map实现如下：

let squares2 = values.map {$0 * $0}

与for-in相比，map有了很大的提升。squares2是一个常量，Swift可以自动推断其类型。

刚接触简写的闭包语法时，可能不易理解。map函数只有一个参数，即尾随闭包（一个函数）。map遍历集合元素时调用闭包，闭包接收传入的元素，并返回一个结果。map函数以数组的形式返回最终结果。

map函数完整格式如下：

let squares3 = values.map({
    (value: Double) -> Double in
    return value * value
})

闭包包含一个参数：(value: Double)，返回一个Double类型的值，Swift的自动推断可以推断出这些。由于map只包含一个参数，且是闭包，( )也可以省略。闭包内只有一行代码时，return也可以省略。更新后如下：

let squares4 = values.map {value in value * value}

in关键字将闭包的参数和主体分开，这里可以进一步将参数省略，使用带编号的参数：

let squares5 = values.map { $0 * $0 }

map返回数组数据类型可以和原数组不一致。下面将数值类型转换为字符串类型：

let scores = [0, 28, 648]
let words = scores.map { NumberFormatter.localizedString(from: $0 as NSNumber, number: .spellOut) }
// ["zero", "twenty-eight", "six hundred forty-eight"]

map函数除了用于数组，还可用于其他集合类型，例如字典、Set，但返回结果永远是数组。如下所示：

let milesToPoint = ["point1":120.0,"point2":50.0,"point3":70.0]
let kmToPoint = milesToPoint.map { $1 * 1.6093 }
// [193.11599999999999, 80.465, 112.651]

上面遍历字典时，闭包的两个参数分别为key和value。如果无法区分出参数类型，可以查看Xcode自动补全的提示：

2. Filter

func filter(_ isIncluded: (Self.Element) throws -> Bool) rethrows -> [Self.Element]

filter函数返回符合指定条件的有序数组。isIncluded是一个闭包，接收序列的元素，返回Bool类型值，以指示该元素是否应包含在返回的数组中。filter复杂度为O(n)，n为序列的长度。

filter函数只包含一个参数，即闭包。在闭包内添加需满足的条件，返回值为Bool类型。true表示会把元素添加到结果的数组中；false表示不会添加。

下面使用filter过滤奇数，只把偶数添加到数组中：

let digits = [1,4,10,15]
let even = digits.filter { $0 % 2 == 0 }
// [4, 10]

3. Reduce

reduce将集合中的所有元素合并为一个新的值。

reduce函数声明如下：

func reduce<Result>(_ initialResult: Result, _ nextPartialResult: (Result, Element) throws -> Result) rethrows -> Result

• initialResult：作为初始值，首次调用闭包时传递给nextPartialResult。
• nextPartialResult：闭包内将已经组合的值与新的元素合并，并在下一次调用nextPartialResult闭包时使用，最后返回给调用方。如果集合没有元素，返回结果为initialResult。

reduce(_:_:)复杂度为O(n)。

下面将数组元素值与初始值10相加：

let items = [2.0, 4.0, 5.0, 7.0]
let total = items.reduce(10.0) { partialResult, value in
    partialResult + value
}
// 28.0

闭包可以进一步简化：

let total = items.reduce(10.0, +)

reduce也可用于拼接数组中的字符串：

let codes = ["abc","def","ghi"]
let text = codes.reduce("1", +)
1abcdefghi

4. FlatMap和CompactMap

flatMap和compactMap是map的变体，适用于以下三种场景：

4.1 flatMap用于处理序列，并返回序列

Sequence.flatMap<S>(_ transform: (Element) -> S)
    -> [S.Element] where S : Sequence

序列调用flatMap后，每个元素都会执行闭包逻辑，并返回 flatten 结果：

let results = [[5,2,7], [4,8], [9,1,3]]
let allResults = results.flatMap { $0 }
// [5, 2, 7, 4, 8, 9, 1, 3]

let passMarks = results.flatMap { $0.filter { $0 > 5} }
// [7, 8, 9]

4.2 flatMap处理可选项

闭包接收可选类型中的非nil值，返回可选类型：

Optional.flatMap<U>(_ transform: (Wrapped) -> U?) -> U?

如果可选类型为nil，flatMap也会返回nil：

let input: Int? = Int("8")
let passMark: Int? = input.flatMap { $0 > 5 ? $0 : nil }
// Optional(8)

4.3 compactMap处理序列，返回可选类型

Sequence.compactMap<U>(_ transform: (Element) -> U?) -> U?

这种用途的flatmap在Swift 4.1（Xcode 9.3）被重命名为compactMap。为移除数组中的nil元素提供了一种简便操作：

let keys: [String?] = ["Tom", nil, "Peter", nil, "Harry"]
let validNames = keys.compactMap { $0 }
validNames
// ["Tom", "Peter", "Harry"]

let counts = keys.compactMap { $0?.count }
counts
// [3, 5, 5]

5. 链式使用

可以将map、filter和reduce组合使用。例如，计算数组中元素值大于等于5之和，可以先filter，再reduce。如下所示：

let marks = [6, 4, 8, 2, 9, 7]
let totalPass = marks.filter{$0 >= 5}.reduce(0, +)
// 30

计算数组元素值平方，并返回偶数。因为奇数的平方仍然是奇数，可以先过滤掉奇数，再做转换：

let numbers = [648, 17, 35, 4, 12]
let evenSquares = numbers.filter{$0 % 2 == 0}.map{$0 * $0}
// [419904, 16, 144]

总结

以后遇到for-in遍历集合时，可以考虑是否可以使用map、filter、reduce替换：

• map：将sequence元素转换后，以数组形式返回。
• filter：只有满足条件的元素会被放到数组返回。
• reduce：每个元素都会调用 combine closure，首次调用时与initialResult组合。

参考资料：

1. Swift Guide to Map Filter Reduce
2. Map, Reduce and Filter in Swift

欢迎更多指正：https://github.com/pro648/tips

本文地址：https://github.com/pro648/tips/blob/master/sources/map、filter、reduce的用法.md