Functions
第一節(jié)討論的都是函數(shù)爹橱！我們將會(huì)進(jìn)行一波“是什么讓函數(shù)特別”须妻、“函數(shù)式編程與我們?nèi)粘５木幋a方式的差異”以及一些關(guān)于操作符及其結(jié)合方式的探索式討論。
Introduction
歡迎加入Point-Free! Point-Free將會(huì)囊括許多函數(shù)式編程的概念澜薄，所以讓我們從定義一個(gè)計(jì)算輸入輸出的函數(shù)開始吧侣滩。
定義對(duì)Int類型數(shù)值進(jìn)行加1操作的一個(gè)函數(shù)：
func incr(_ x: Int) -> Int {
return x + 1
}
調(diào)用這個(gè)函數(shù)初烘，入?yún)?
incr(2) // 3
定義一個(gè)求平方的函數(shù)：
func square(_ x: Int) -> Int {
return x * x
}
同樣調(diào)用這個(gè)函數(shù)：
square(2) // 4
現(xiàn)在我們將這兩個(gè)函數(shù)進(jìn)行組合調(diào)用:
square(incr(2)) // 9
很簡(jiǎn)單涡真，但是在Swift中并不常見分俯。在設(shè)計(jì)最外層、可使用的純函數(shù)時(shí)通常會(huì)避免“方法“的調(diào)用(注: 翻譯不準(zhǔn)確哆料，請(qǐng)移步原始內(nèi)容)缸剪。
我們可以通過(guò)給Int進(jìn)行擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)方法：
extension Int {
func incr() -> Int {
return self + 1
}
func square() -> Int {
return self * self
}
}
想使用incr()方法時(shí)，我們可以直接調(diào)用
2.incr() // 3
后面還能讓這個(gè)函數(shù)的結(jié)果再進(jìn)行平方：
2.incr().square()
這樣使用純函數(shù)后從左至右讀起來(lái)更加的漂亮和流暢东亦，比起之前的調(diào)用方法杏节，在調(diào)用square()函數(shù)之前去看看incr()函數(shù)做了什么更加節(jié)省思考時(shí)間。這也許是純函數(shù)在Swift中并不常見的原因典阵。一個(gè)簡(jiǎn)答的表達(dá)式在使用傳統(tǒng)的方法調(diào)用時(shí)閱讀起來(lái)會(huì)更加困難奋渔。可以想象壮啊，如果使用嵌套函數(shù)結(jié)合起來(lái)嫉鲸，那讀起來(lái)基本就GG了。單純的方法調(diào)用則不會(huì)有這個(gè)問(wèn)題歹啼。
Introduction |> 操作符
其他的某些編程語(yǔ)言通過(guò)一些前綴操作符實(shí)現(xiàn)了純函數(shù)并且保持了代碼的可讀性玄渗。Swift允許我們自定義操作符，讓我們來(lái)試試：
infix operator |>
這里我們定義了一個(gè)“管道傳遞”操作符狸眼，F(xiàn)#藤树，Elixir以及Elm中都用來(lái)進(jìn)行函數(shù)的組合操作。
func |> <A, B>(a: A, f: (A) -> B) -> B {
return f(a)
}
這個(gè)函數(shù)中有兩個(gè)泛型：A和B拓萌。左側(cè)是我們的輸入值岁钓，類型為A孤紧，右側(cè)是我們的操作函數(shù)f: (A) -> B凌受。我們最終通過(guò)函數(shù)f操作輸入A來(lái)得到返回值B距芬。
現(xiàn)在我們能將一個(gè)輸入值加入到純函數(shù)的管道中：
2 |> incr // 3
我們應(yīng)該也能將管道上端的輸入加入管道并調(diào)用下一個(gè)函數(shù)：
2 |> incr |> square
但是我們會(huì)得到一個(gè)編譯錯(cuò)誤：
adjacent operators are in non-associative precedence group 'DefaultPrecedence'
2 |> incr |> square
當(dāng)我們?cè)谝恍写a中多次使用|>操作符時(shí)汇恤，Swift并不知道這個(gè)操作符應(yīng)該先計(jì)算哪一邊囚玫。在左邊：
2 |> incr
將2加入到管道中當(dāng)然是可以的趣避，因?yàn)閕ncr函數(shù)的入?yún)⒕托枰粋€(gè)Int瞧省。在右邊：
incr |> square
將incr函數(shù)傳遞給square函數(shù)當(dāng)然是不行的巢音，因?yàn)閟quare函數(shù)入?yún)⑿枰氖且粋€(gè)Int類型激才，而不是一個(gè) (Int) -> Int 類型的函數(shù)拓型。
我們需要給Swfit加上一些提示，讓編譯器知道|>操作符的結(jié)合順序：
(2 |> incr) |> square // 9
工作正常瘸恼，但是看起來(lái)有點(diǎn)凌亂劣挫。這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的操作結(jié)合，試想如果有非常多的操作時(shí)东帅，將會(huì)有非常非常的括號(hào)压固，難以閱讀。所以讓我們給Swift加上一個(gè)更加有效的提示靠闭。
Swift允許我們通過(guò)使用優(yōu)先級(jí)組來(lái)定義操作符的結(jié)合順序：
precedencegroup ForwardApplication {
associativity: left
}
我們讓操作符具有左結(jié)合性帐我，使其優(yōu)先求得操作符左側(cè)的值坎炼。
現(xiàn)在讓我們定義的|>操作符遵守這個(gè)ForwardApplication優(yōu)先級(jí)組
infix operator |>: ForwardApplication
然后就可以將括號(hào)給移除了：
2 |> incr |> square
看起來(lái)非常像之前的鏈?zhǔn)秸{(diào)用：
2.incr().square()
操作符插曲
我們已經(jīng)解決了函數(shù)嵌套的可讀性問(wèn)題，但是又碰到了一個(gè)新的問(wèn)題：自定義操作符拦键。自定義操作符并不常用谣光。事實(shí)上大多數(shù)人因?yàn)槠潆y以預(yù)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)而避免使用自定義操作符。一個(gè)典型的例子就是重載操作符芬为。
比如在C++中萄金，我們無(wú)法定義新的操作符，但是可以重載已有的操作符媚朦。如果我們打算寫一個(gè)矢量庫(kù)氧敢，我們可以重載+操作符用于求得兩個(gè)矢量相加的結(jié)果，重載操作符求得兩個(gè)矢量點(diǎn)乘的結(jié)果莲镣。然而福稳，也可以表示兩個(gè)矢量叉乘的操作，這樣就使得*操作符的使用變得有些混淆和迷惑瑞侮。
我們絕不建議在函數(shù)的實(shí)際應(yīng)用中重載乘法操作符:
2 * incr // 這是什么鬼的圆？
如果我們定義了這樣一個(gè)操作符，將很難知道它到底是什么意思半火。
但是很幸運(yùn)越妈，我們這里沒有這樣的問(wèn)題。我們是重新定義的操作符|>钮糖，Swift并沒有預(yù)置它梅掠。也許有人會(huì)反駁說(shuō)既然Swift沒有這個(gè)操作符，那么Swift開發(fā)人員也沒有必要知道和使用它店归，然而在其他語(yǔ)言比如F#阎抒，Elixir和Elm，都在使用它消痛。熟悉這些編程語(yǔ)言的Swift開發(fā)者應(yīng)該也很熟悉這個(gè)操作符且叁。而且它看起來(lái)非常簡(jiǎn)潔美觀。管道標(biāo)識(shí)(|)的靈感來(lái)自Unix秩伞，意思是一個(gè)程序的輸出作為另一個(gè)程序輸入逞带。箭頭(>)也指向右側(cè)，給我們直觀地從左至右的閱讀體驗(yàn)纱新，
即使我們現(xiàn)在對(duì)這個(gè)操作符不太熟悉展氓，也讓我們繼續(xù)下去，看看接下來(lái)的內(nèi)容脸爱。
由于在Point-Free中我們會(huì)用到非常多的操作符遇汞，所以有必要給出這些操作符的規(guī)范和使用。下列是我們覺得在介紹新操作符之前必須了解的規(guī)則：
- 不能重載已有確定意義的操作符
- 操作符應(yīng)該擁有簡(jiǎn)潔、直觀的符號(hào)來(lái)表示其意義
- 不能為特定操作定義操作符勺疼，而只是應(yīng)該抽象出非常通用教寂，可復(fù)用的操作符
自動(dòng)補(bǔ)全呢？
雖然操作符賦予了代碼良好的可讀性执庐，但我們?nèi)匀缓鲆暳舜a編寫時(shí)一個(gè)非常重要的特性：自動(dòng)補(bǔ)全。
在Xcode中导梆，我們可以輸入一個(gè)值轨淌，隨后就可以使用"."號(hào)來(lái)喚出其所有可調(diào)用的方法。甚至可以再輸入一些字符讓方法補(bǔ)全的范圍縮小到想要使用的范圍看尼。
這是代碼可查找性非常好的地方递鹉，但自動(dòng)補(bǔ)全對(duì)方法的實(shí)現(xiàn)本身來(lái)說(shuō)并不重要。純函數(shù)也會(huì)有代碼補(bǔ)全藏斩。
但這是頂層設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的問(wèn)題躏结，所以我們現(xiàn)在缺失了自定義操作時(shí)的代碼補(bǔ)全功能，畢竟這些新的操作符并不會(huì)阻礙我們的開發(fā)環(huán)境理解它們狰域，輸入一個(gè)值媳拴，然后調(diào)用|>方法，應(yīng)該有一個(gè)自動(dòng)補(bǔ)全|>讓這個(gè)值作為入?yún)⒄桌馈ＯＭ@個(gè)問(wèn)題可以再新版本的Xcode中得到解決屈溉。
>>>操作符
與此同時(shí)，純函數(shù)的某些特性在普通方法的范圍內(nèi)也有無(wú)法解決的地方：函數(shù)的結(jié)合抬探。兩個(gè)函數(shù)中子巾，如果一個(gè)函數(shù)的輸出和另一個(gè)函數(shù)的輸入匹配，就可以將兩個(gè)函數(shù)粘連在一起形成一個(gè)新的函數(shù)小压，這里我們要介紹一個(gè)新的操作符 >>>：
infix operator >>>
很明顯它看起來(lái)就是左結(jié)合或者右輸出的操作符线梗。我們來(lái)定義它的實(shí)現(xiàn)：
func >>> <A, B, C>(f: @escaping (A) -> B, g: @escaping (B) -> C) -> ((A) -> C) {
return { a in
return g(f(a))
}
}
這個(gè)函數(shù)有3個(gè)泛型約束，A, B, C怠益。入?yún)⑹莾蓚€(gè)函數(shù)f:(A) -> B仪搔，g:(B) -> C。f的入?yún)⑹茿類型溉痢，輸出是B類型僻造；g的入?yún)⑹荁類型，輸出是C類型孩饼。將這兩個(gè)函數(shù)結(jié)合在一起髓削，形成一個(gè)新的入?yún)锳類型的函數(shù)，并且將輸出的B類型參數(shù)傳遞給函數(shù)g镀娶，返回值為C類型的新的函數(shù)立膛。
現(xiàn)在我們將incr函數(shù)和square函數(shù)結(jié)合起來(lái)：
incr >>> square
也可以
現(xiàn)在有了一個(gè)新的Int -> Int類型的函數(shù)，先進(jìn)行加1再平方。
也可以反轉(zhuǎn)結(jié)合順序：
square >>> incr
我們可以用常用的方法調(diào)用這個(gè)新的函數(shù)：
(square >>> incr)(3) // 10
上面的代碼讀起來(lái)可能不太流暢宝泵，可以使用之前的|>操作符增加可讀性：
2 |> square >>> incr
不幸的是這時(shí)我們會(huì)得到一個(gè)錯(cuò)誤：
Adjacent operators are in unordered precedence groups 'ForwardApplication' and 'DefaultPrecedence'
由于我們混用了兩個(gè)操作符好啰，Swift并不知道哪個(gè)操作符應(yīng)該先使用。我們的想法是先將square和incr操作結(jié)合起來(lái)得到一個(gè)新的函數(shù)儿奶，再由2來(lái)調(diào)用框往。如果按照當(dāng)前的順序，2先調(diào)用square方法闯捎，得到Int型的返回值椰弊，再調(diào)用操作符>>>，顯然類型不匹配瓤鼻，無(wú)法調(diào)用成功秉版。
此時(shí)我們?cè)偈褂胮recedencegroup來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：
precedencegroup ForwardComposition {
associativity: left
higherThan: ForwardApplication
}
infix operator >>>: ForwardComposition
上面的代碼可以看出，F(xiàn)orwardComposition比ForwardApplication擁有更高的優(yōu)先級(jí)茬祷，在它們同時(shí)出現(xiàn)的時(shí)候會(huì)優(yōu)先調(diào)用∏寤溃現(xiàn)在我們的運(yùn)算看起來(lái)會(huì)非常直觀了：
2 |> incr >>> square // 9
但先別高興得太早，我們還需要驗(yàn)證這個(gè)新的操作符是否符合之前我們提出的3個(gè)規(guī)則：
- 不能重載已有確定意義的操作符
- 操作符應(yīng)該擁有簡(jiǎn)潔祭犯、直觀的符號(hào)來(lái)表示其意義
- 不能為特定操作定義操作符秸妥，而只是應(yīng)該抽象出非常通用，可復(fù)用的操作符
看起來(lái)全部滿足盹憎！
方法的結(jié)合
在方法調(diào)用的世界中函數(shù)的結(jié)合是什么樣呢筛峭？如果我們想要用函數(shù)式結(jié)合它們，除了為Int添加一個(gè)結(jié)合了兩個(gè)方法的新的犯法外別無(wú)選擇：
extension Int {
func incrAndSquare() -> Int {
return self.incr().square()
}
}
調(diào)用這個(gè)新的方法：
2.incrAndSquare()
工作正常陪每，但是我們另外寫了好幾行代碼影晓，規(guī)定了調(diào)用的類型，在看看incr()和square()方法檩禾，只是整個(gè)場(chǎng)景中非常小的功能挂签。如果這樣的結(jié)合需要這么多的工作，我們是不是應(yīng)該問(wèn)問(wèn)這是否值得呢盼产？
與此同時(shí)饵婆，看看我們沒有任何其他影響，即開即用的新操作符
incr >>> square
你可以進(jìn)一步看看最小的有效組件的重用情況戏售。即使我們刪去部分的函數(shù)調(diào)用侨核，整個(gè)程序依然工作正常。
2 |> incr
2 |> square
2 |> incr >>> square
如果只使用方法的形式灌灾，在沒有輸入的情況下卻無(wú)法得到可編譯的程序：
// 有效
2.incr().square()
// 無(wú)效
.incr().square()
.incrAndSquare()
正因如此搓译，它們的復(fù)用性就沒有那么好了！
也許在Swift的日常使用中我們感覺一直在使用方法而不是函數(shù)锋喜，但其實(shí)函數(shù)無(wú)處不在只是我們沒有意識(shí)到而已些己。
一個(gè)日常使用中我們經(jīng)常使用的便是初始化豌鸡！它是一個(gè)返回當(dāng)前類型值的全局函數(shù)。而且所有的初始化方法在我們的函數(shù)結(jié)合操作中無(wú)縫使用段标。我們可以將之前的操作和String的初始化方法結(jié)合使用來(lái)一窺管豹：
incr >>> square >>> String.init
調(diào)用：
2 |> incr >>> square >>> String.init // "9"
與此同時(shí)涯冠，在方法的世界中，無(wú)法將每個(gè)方法的調(diào)用結(jié)果鏈?zhǔn)絺鬟f到下一個(gè)方法逼庞，而必須調(diào)整方法的調(diào)用順序蛇更。
String(2.incr().square())
除了初始化方法是純函數(shù)的，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中還有大量操作函數(shù)將純函數(shù)作為輸入赛糟。比如Array械荷，我們有一個(gè)map方法：
[1, 2, 3].map // (transform: (Int) throws -> T) rethrows -> T
map方法使用一個(gè)純函數(shù)作為入?yún)ⅲrray中的每個(gè)元素都在這個(gè)純函數(shù)的映射作用下輸出T類型的新元素虑灰，這些新元素組成的新數(shù)組作為map方法整個(gè)的返回值。
一個(gè)典型的操作痹兜，將數(shù)組中的每個(gè)元素加1后再平方：
[1, 2, 3].map { ($0 + 1) * ($0 + 1) } // [4, 9, 16]
當(dāng)我們這樣操作時(shí)穆咐，已經(jīng)失去了復(fù)用性。但我們使用的是函數(shù)字旭，所以可以這樣寫：
[1, 2, 3]
.map(incr)
.map(square) // [4, 9, 16]
我們沒有新增任何新的函數(shù)或者參數(shù)对湃，這樣的調(diào)用方式稱為"point-free"風(fēng)格。當(dāng)我們定義函數(shù)遗淳，規(guī)定參數(shù)時(shí)拍柒，即使是用$0表示，這些參數(shù)也被視作"points"屈暗。在"point-free"編程風(fēng)格中強(qiáng)調(diào)函數(shù)以及函數(shù)間的結(jié)合拆讯，所以我們幾乎都不用關(guān)心所操作的數(shù)據(jù)。這也是我們這個(gè)討論系列叫做"point-free"的原因!
在使用incr函數(shù)映射我們的數(shù)組后养叛，再用square函數(shù)繼續(xù)映射得到的結(jié)果和我們之前談到的函數(shù)的結(jié)合是完全等價(jià)的种呐。我們可以使用一次操作完成這個(gè)任務(wù)：
[1, 2, 3].map(incr >>> square) // [4, 9, 16]
這看起來(lái)酷極了！我們看到使用方法進(jìn)行map時(shí)難以直觀了解的操作如何在函數(shù)結(jié)合中得到清晰的展現(xiàn)弃甥。在這里我們可以看到map操作將兩步操作合并成一個(gè)結(jié)合起來(lái)的函數(shù)爽室，分發(fā)到各個(gè)元素。之后我們將會(huì)探索更多類似的操作淆攻！
目的何在阔墩？
讓我們放慢腳步，問(wèn)問(wèn)自己：這樣做的目的何在瓶珊？我們?yōu)槭裁匆鲞@些啸箫？這一節(jié)我們自定義了兩個(gè)操作符，使用純函數(shù)污染了全局命名空間艰毒，為什么不繼續(xù)使用我們熟悉并且喜愛的方法式調(diào)用呢筐高？
希望我們今天編寫的代碼為將函數(shù)引入日常工作提供了一個(gè)強(qiáng)力的佐證：函數(shù)可以在方法式調(diào)用無(wú)法完成的方式下結(jié)合起來(lái)。使用方法式調(diào)用將這些函數(shù)結(jié)合起來(lái)會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且結(jié)合之后給閱讀代碼造成困難柑土。僅僅構(gòu)造出幾個(gè)操作符蜀肘，我們解鎖了之前不曾看到的新的由小及大的結(jié)合型的世界，并且得到了我們所期望的代碼可讀性稽屏！
Swift也沒有我們所擔(dān)心的真正意義上的全局命名空間扮宠。我們可以為我們定義的函數(shù)定制多種使用范圍：
- 可以為一個(gè)文件定義私有的函數(shù)
- 可以將函數(shù)定義為結(jié)構(gòu)體或者枚舉的靜態(tài)成員
- 可以為模塊定制函數(shù)。甚至可以在不同模塊間定義同名的函數(shù)狐榔，并在不同的模塊中定制這些函數(shù)坛增。
一句話：“不必害怕函數(shù)”
我們?cè)?Point-Free"中將大量使用函數(shù)。幾乎很難找到我們某一節(jié)內(nèi)容中不使用純函數(shù)薄腻。我們將會(huì)在僅僅使用函數(shù)及其結(jié)合的情況下構(gòu)造出復(fù)雜應(yīng)用收捣。在實(shí)踐它們?nèi)绾问褂靡约敖Y(jié)合時(shí)，將會(huì)非常美妙庵楷、有趣罢艾。函數(shù)的結(jié)合將會(huì)幫助我們看到以前未知的世界。
這就是這節(jié)的內(nèi)容尽纽，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注我們咐蚯！
