3-7.【函数式编程】什么是不可变数据结构？在 Swift 中如何实现？

1️⃣ 什么是不可变数据结构？

定义：不可变数据结构是指一旦创建，其内容 不能被修改 的数据结构。

• 所有对数据的“修改”操作都会返回一个 新副本，而原数据保持不变。
• 不可变结构在函数式编程中非常常见，因为它 避免了共享状态的副作用，更安全、线程安全。

特点：

1. 数据一旦创建就不可变
2. 修改操作返回新对象
3. 易于并发使用，无需加锁

示例对比：

// 可变数组
var arr = [1, 2, 3]
arr.append(4) // arr 变成 [1, 2, 3, 4]

// 不可变数组
let arr2 = [1, 2, 3]
// arr2.append(4) // ❌ 编译错误，无法修改

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2️⃣ 在 Swift 中实现不可变数据结构

方法 1：使用 let 声明

最简单的不可变结构就是使用 let：

let numbers = [1, 2, 3]
let newNumbers = numbers + [4] // 返回新数组
print(numbers)    // [1, 2, 3] 原数组未变
print(newNumbers) // [1, 2, 3, 4]

• 原数组 numbers 保持不变
• 新数组 newNumbers 是修改后的副本

说明：Swift 的 Array、Dictionary、Set 在 let 声明时就不可变。

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方法 2：使用 struct 和只读属性

Swift 的 struct 默认是值类型（Value Type），每次修改都会创建副本：

struct Person {
    let name: String
    let age: Int
    
    func birthday() -> Person {
        return Person(name: name, age: age + 1)
    }
}

let alice = Person(name: "Alice", age: 25)
let olderAlice = alice.birthday()

print(alice.age)       // 25
print(olderAlice.age)  // 26

• 原对象 alice 不变
• birthday() 返回新对象 olderAlice

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方法 3：函数式集合库（第三方）

如果需要高性能的不可变数据结构（比如大数组、高频更新），可以使用第三方库，例如：

• Swift Collections 提供 OrderedSet、Deque 等不可变版本
• swift-immutable 提供持久化不可变数组、字典等

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3️⃣ 不可变数据结构的优点

1. 线程安全 → 不会被其他线程修改
2. 易于调试 → 状态不可改变，减少隐藏 bug
3. 函数式编程友好 → 可组合、可预测

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4️⃣ 小结

• 不可变数据结构 = 数据不可直接修改，每次“修改”都生成新副本

• Swift 实现方式：

  1. let + 值类型数组/字典/集合
  2. 自定义 struct + 只读属性 + 返回新对象的方法
  3. 使用第三方函数式不可变集合库

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