将 Swift 序列切分为头部和尾部

SwiftGG翻译组
815 阅读3分钟

作者：Ole Begemann，原文链接，原文日期：2018-11-29

译者：WAMaker；校对：numbbbbb，BigNerdCoding；定稿：Forelax

函数式编程语言的一个常用范式是把一个列表切分为头部（第一个元素）和尾部（其余元素）。在 Haskell 中，x:xs 会匹配非空列表，将头部绑定给变量 x，尾部绑定给 xs。

Swift 不是一门函数式编程语言。既没有内置的 List 类型，也没有集合的特定匹配语法。[1]

集合（Collections）

尽管如此，将 Sequence 或 Collection 切分成头部和尾部偶尔很有用。对于集合来说这很容易：

extension Collection {
    var headAndTail: (head: Element, tail: SubSequence)? {
        guard let head = first else { return nil }
        return (head, dropFirst())
    }
}

if let (firstLetter, remainder) = "Hello".headAndTail {
    // firstLetter: Character == "H"
    // remainder: Substring == "ello"
}

序列（Sequence）

对于序列来说却很困难，因为它们可以是单向（single-pass）的：一些序列只能被迭代一次，迭代器会消耗其中的元素。以网络流为例，一旦你从缓冲区里读取了一个字节，操作系统便将它抛弃了。你无法让它重新来一遍。

一个可能的解决方案是 创建一个迭代器 读取第一个元素，并把当前的迭代器状态包裹进一个新的 AnySequence 实例：

extension Sequence {
var headAndTail: (head: Element, tail: AnySequence<Element>)? {
    var iterator = makeIterator()
    guard let head = iterator.next() else { return nil }
    let tail = AnySequence { iterator }
    return (head, tail)
}
}

以上代码能够实现功能，但不是一个好的通用解决方案，尤其是对满足 Collection 的类型而言。将尾部包进 AnySequence 会是一个 性能杀手，也不可以使用合适的集合类型 SubSequence。

为了保护集合的 SubSequence 类型，最好给 Collection 和 Sequence 分别写扩展。（我们也将会看到，这是 Swift 5 所推崇的方案，这点会在后面谈到。）

保护 SubSequence 类型

我没有找到一个通用的方案，能够让尾部的 SubSequence 类型完好，也同时能让单向序列正常工作。很感谢 Dennis Vennink 能够找出一个解决方案并 分享给我。下面是 他的代码（我略微对格式进行了修改）：

extension Sequence {
var headAndTail: (head: Element, tail: SubSequence)? {
    var first: Element? = nil
    let tail = drop(while: { element in
        if first == nil {
            first = element
            return true
        } else {
            return false
        }
    })
    guard let head = first else {
        return nil
    }
    return (head, tail)
}
}

Dennis 的窍门是调用 Sequence.drop(while:)，为尾部保留了 SubSequence 类型，同时在 drop(while:) 内部“捕获”了第一个元素。干得漂亮！

Swift 5

上面的代码使用 Swift 4.2。在 Swift 5 中由于序列不再会有关联 SubSequence 类型，只存在于集合中（Swift Evolution proposal SE-0234），以上代码会崩溃。[2]

这个改变有很多优势，但同样意味着不可能有一种通用的方法能够让 SubSequence 同时对 Sequence 和 Collection 有效。

相对的，我们把那个简单的解决方案添加给 Collection：

extension Collection {
var headAndTail: (head: Element, tail: SubSequence)? {
    guard let head = first else { return nil }
    return (head, dropFirst())
}
}

如果我们需要让 Sequence 拥有同样的功能，就需要添加一个独立的扩展，使用新的 DropWhileSequence 作为返回类型的尾部：

extension Sequence {
var headAndTail: (head: Element, tail: DropWhileSequence<Self>)? {
    var first: Element? = nil
    let tail = drop(while: { element in
        if first == nil {
            first = element
            return true
        } else {
            return false
        }
    })
    guard let head = first else {
        return nil
    }
    return (head, tail)
}
}

（实现和之前的代码一样，仅仅改变了返回的类型。）

[1]为集合添加一种模式匹配结构作为一个 可行 的特性已经在论坛多次被 提及。有了它，你可以像下面这样将一个有序集合解构成头部和尾部：

let numbers = 1...10
let [head, tail...] = numbers
// head == 1
// tail == 2...10

在 switch 表达式中会很有用。

[2]很遗憾我们被误导性的名字 Sequence 给束缚住了。要将 Collection.SubSequence 重命名成更合适的 Slice 会造成 严重的代码破坏。

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 swift.gg。

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