Swift 2.0 ：揭秘 Map 和 FlatMap

作者：uraimo，原文链接，原文日期：2015-10-08
译者：靛青K；校对：Channe；定稿：shanks

这是一篇 Swift 2.0 的文章，本文源码在 GitHub ，你也可以直接下载 zipped。

Swift 依然是一个有些不稳定的语言，每次发布新版本，都带来新的功能和特性。许多人都已经写了 Swift 的函数的相关内容以及如何用更“纯”的函数式的方法处理问题。

考虑到 Swift 语言依然在初期状态，往往在尝试去理解一些特定的话题时，最后你会发现许多文章都是用 Swift 2.0 之前的语法，或者更糟糕的一些，内容混杂着多个版本语法。有时，搜索 flatMap 的文章，你发现不止一篇好文章都会在 Swift 中解释 Monads。

相关概念缺乏全面介绍的新文章，现在的许多文章常常用一些不是通俗易懂的例子和生硬的隐喻，一些人甚至使用一些难以理解的方式思考问题。

在这篇简短的文章中（这是 Swift与函数式系列文章中的一篇），我将通过引用当前库的头文件，试着对【如何在 Swift 2.0 中对不同的类型使用 map 和 flatMap】，给出一个清晰全面的解释。

Map

map 和 flatmap 方法中， map 有着更清晰的行为，它简单的对输入执行一个闭包，和 flatMap 一样，它可以用在 Optionals 和 SequenceTypes 上（如：数组、词典等）。

在 Optionals 上使用 Map

下面是 Optionals 上 map 方法的原型：

public enum Optional<Wrapped> : ... {
	...
    /*
		如果 `self == nil` ，直接返回 `nil` 。否则返回 `f(self!)` 。
	*/
    public func map<U>(f: (Wrapped) throws -> U) rethrows -> U?
	...
}

这个 map 方法期望一个签名为 (Wrapped) -> U的闭包，如果这个可选值有值，那就解包并执行这个函数，之后再用一个可选值包裹这个结果并返回这个可选值（言外之意是指这是一个隐式可选解包，但这并没有引入什么不同的行为，只需要知道 map 并没有真的返回一个可选值）。

注意到输出类型可以和输入类型不同，这就带来了大量有用的特性。

老实说，这里不需要多余的解释了，让我们直接看这篇文章 Playground 上的代码吧：

var o1:Int? = nil

var o1m = o1.map({$0 * 2})
o1m /* Int? 类型，结果为 nil */

o1 = 1

o1m = o1.map({$0 * 2})
o1m /* Int? 类型，结果为 2 */

var os1m = o1.map({ (value) -> String in
    String(value * 2)
})
os1m /* String? 类型，结果为 2 */

os1m = o1.map({ (value) -> String in
    String(value * 2)
}).map({"number "+$0})
os1m /* String? 类型，结果为 "number 2" */

如果我们总是需要修改原始的可选值，使用 map 就可以保留原始的值，（map 只是在可选值有值的时候才执行这个闭包，否则就只是返回 nil）。但最令人兴奋的特性是我们可以自由的连接多个 map 操作，他们会有序的执行，这多亏了调用 map 总是会返回一个可选值。这样，我们就能够进行可选值的链式调用了。

在 SequenceTypes 上使用 Map

但是在 SequenceTypes 上，比如数组和字典，使用 map 方法就很难跳过为空的可选值：


var a1 = [1,2,3,4,5,6]

var a1m = a1.map({$0 * 2})
a1m /* [Int] 类型，结果为 [2, 4, 6, 8, 10, 12] */

let ao1:[Int?] = [1,2,3,4,5,6]

var ao1m = ao1.map({$0! * 2})
ao1m /* [Int] 类型，结果为 [2, 4, 6, 8, 10, 12]  */

var a1ms = a1.map({ (value) -> String in
    String(value * 2)
}).map { (stringValue) -> Int? in
    Int(stringValue)
}
a1ms /* [Int?] 类型，结果为 [.Some(2),.Some(4),.Some(6),.Some(8),.Some(10),.Some(12)] */

这时我们调用的 map 方法在 SequenceTypes 下定义成这个样子：

/* 
   返回一个对 `self` 每个元素进行变换后的结果数组

   - 复杂度: O(N).
*/
func map<T>(@noescape transform: (Self.Generator.Element) throws -> T) rethrows -> [T]

这个变换的闭包类型 (Self.Generator.Element) throws -> T ，会应用到集合中的每个成员，之后用一个相同的类型打包进一个数组中。和上文可选值的例子一样，有序的操作可以像管道（pipeline）一样在上一个 map 操作返回的结果上调用 map。

这些基本就是你可以用 map 做的事情了，但在开始 flatMap 前，我们再看三个例子：

var s1:String? = "1"
var i1 = s1.map {
    Int($0)
}
i1 /* Int?? 类型，结果为 1 */

var ar1 = ["1","2","3","a"]
var ar1m = ar1.map {
    Int($0)
}
ar1m /* [Int?] 类型，结果为 [.Some(1),.Some(2),.Some(3),nil] */

ar1m = ar1.map {
    Int($0)
    }
    .filter({$0 != nil})
    .map {$0! * 2}
ar1m /* [Int?] 类型，结果为 [.Some(2),.Some(4),.Some(6)] */

并不是每个 String 都可以转成 Int ，所以我们的整数转换闭包总是返回一个 Int? 类型。那在第一个例子中发生了什么？为什么返回的是 Int?? ，也就是结尾为什么是一个可选值的可选值，在执行 map 后多了一个可选包裹。解包两次才可以得到真正包含的值，虽然不是什么大问题。但当我们需要链式添加 map 操作符时就会显得很麻烦。我们即将看到， flatMap 会帮我们解决这个问题。

在这个数组的例子中，如果一个 String 不能转换成 Int ，就像 ar1 的第四个值返回的就是 nil 。但是再想一下，如果我们希望在第一个 map 操作再链式添加一个 map 操作，这个操作后能获得一个更短的、只有数字没有 nil 的数组，该怎么办呢？

好了，我们只需要在中间过滤出可用的元素，并且为下一个 map 操作准备好数据流。把这些行为嵌入到一个 map 中是不是很麻烦？我们来看看另一种使用 flatMap 的方法。

FlatMap

map 和 flatMap 的差别看起来不大，但它们是有明显区别的。

虽然 flatMap 依然是一个类似 map 的操作，但它在 mapping 解析后额外调用了 flatten 。让我们用类似上一节的代码来分析 flatMap 的功能。

在 Optionals 上使用 FlatMap

这个方法的定义有一些不同，但功能是相似的，只是改写了一下注释的含义：

public enum Optional<Wrapped> : ... {
	...
    /*
		如果 `self` 是 nil ，直接返回 `nil` ，否则返回 `f(self!)` 。
	*/
    public func flatMap<U>(f: (Wrapped) throws -> U?) rethrows -> U?
	...
}

就闭包而言，这里有一个明显的不同，这次 flatMap 期望一个 (Wrapped) -> U?) 闭包。

对于可选值， flatMap 对于输入一个可选值时应用闭包返回一个可选值，之后这个结果会被压平，也就是返回一个解包后的结果。

本质上，相比 map ， flatMap 也就是在可选值层做了一个解包。

var fo1:Int? = nil

var fo1m = fo1.flatMap({$0 * 2})
fo1m /* Int? 类型，结果是 nil */

fo1 = 1

fo1m = fo1.flatMap({$0 * 2})
fo1m /* Int? 类型，结果是 2 */

var fos1m = fo1.flatMap({ (value) -> String? in
    String(value * 2)
})
fos1m /* String? 类型，结果是 "2" */

var fs1:String? = "1"

var fi1 = fs1.flatMap {
    Int($0)
}
fi1 /* Int? 类型，结果是 1 */

var fi2 = fs1.flatMap {
    Int($0)
    }.map {$0*2}

fi2 /* Int? 类型，结果是 2 */

最后一段代码包含了一个链式调用的例子，使用 flatMap 就不需要额外的解包。

接下来我们再来看一看在 SequenceType 下的操作，这是一个将结果压平的步骤。

flatten 操作只有一个对嵌套的容器进行 (拆箱)unboxing 功能。容器可以是一个数组，一个可选值或者是其他能包含一个的值的容器类型。考虑一个可选值包含另一个可选值，这和我们将在下一小节遇到的数组包含数组的情况类似。

这个行为附带着单子（Monad）上的 (装订)bind 操作，要了解更多可以阅读这篇以及这篇。

在 SequenceType 上使用 FlatMap

SequenceType 提供了下面默认的 flatMap 实现：

/// 返回一个将变换结果连接起来的数组
///
///     s.flatMap(transform)
///
/// 等价于
///
///     Array(s.map(transform).flatten())
///
/// - 复杂度: O(*M* + *N*), 这里的 *M* 是指 `self` 的长度
///    *N* 是变换结果的长度
func flatMap<S : SequenceType>(transform: (Self.Generator.Element) throws -> S) rethrows -> [S.Generator.Element]

/// 返回一个包含非空值的映射变换结果
///
/// - 复杂度: O(*M* + *N*), 这里的 *M* 是指 `self` 的长度
///   *N* 是变换结果的长度
func flatMap<T>(transform: (Self.Generator.Element) throws -> T?) rethrows -> [T]

flatMap 对序列中的每个值应用这些转换的闭包，然后将他们打包到一个和输入值类型相同新的数组。

这两个注释的闭包描述了两个 flatMap 功能：序列压平和可选过滤。

我们来看看是什么意思：

var fa1 = [1,2,3,4,5,6]

var fa1m = fa1.flatMap({$0 * 2})
fa1m /*[Int] 类型，结果是 [2, 4, 6, 8, 10, 12] */

var fao1:[Int?] = [1,2,3,4,nil,6]

var fao1m = fao1.flatMap({$0})
fao1m /*[Int] 类型，结果是 [1, 2, 3, 4, 6] */

var fa2 = [[1,2],[3],[4,5,6]]

var fa2m = fa2.flatMap({$0})
fa2m /*[Int] 类型，结果是 [1, 2, 3, 4, 6] */

虽然第一个例子和之前使用 map 没什么区别，但这很清晰的让后面两个代码片段表明出它的实用性，不需要再手动的使用压平或者过滤。

实际上，有许多使用 flatMap 的场景会提高你的代码可读性，并且出错更少。

对于上一个部分最后的代码片段的一个例子，我们现在可以使用flatMap 改进一下代码：

var far1 = ["1","2","3","a"]
var far1m = far1.flatMap {
    Int($0)
}
far1m /* [Int] 类型，结果是 [1, 2, 3] */

far1m = far1.flatMap {
        Int($0)
    }
    .map {$0 * 2}
far1m /* [Int] 类型，结果是 [2, 4, 6] */

在这个场景看起来只是一点点的改进，但随着更长的链式，使用 flatMap 会极大的提高可读性。

让我重申一遍，也是在这个情况下， Swift 中的 flatMap 行为与 Monads 的 bind 是一致的（并且通常 “flatMap” 和 “bind” 是一个意思），你可以从这篇以及这篇中了解到更多。

在这个系列的下篇文章（SwiftGG 译文）你可以学到更多关于 SequenceType 和 GeneratorType 协议的知识。

译者注：事实上从源码理解 map 和 flatMap 效果可能更好一些，推荐一篇文章：Swift 烧脑体操（四） - map 和 flatMap 。
本文由 SwiftGG 翻译组翻译，已经获得作者翻译授权，最新文章请访问 http://swift.gg。

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