Swift中的map 和 flatMap 原理及用法

map 和 flatMap 是 Swift 中两个常用的函数，它们体现了 Swift 中很多的特性。对于简单的使用来说，它们的接口并不复杂，但它们内部的机制还是非常值得研究的，能够帮助我们够好的理解 Swift 语言。

map 简介

首先，咱们说说 map 函数如何使用。
let numbers = [1,2,3,4] let result = numbers.map { $0 + 2 } print(result) // [3,4,5,6]

map 方法接受一个闭包作为参数，然后它会遍历整个 numbers 数组，并对数组中每一个元素执行闭包中定义的操作。相当于对数组中的所有元素做了一个映射。比如咱们这个例子里面的闭包是讲所有元素都加 2 。这样它产生的结果数据就是 [3,6]。

初步了解之后，我们来看一下 map 的定义：

func map
(@noescape transform: (Self.Generator.Element) throws -> T) rethrows -> [T]

咱们抛开一些和关键逻辑无关的修饰符 @noescape,throws 这些，在整理一下就是这样：

func map
(transform: (Self.Generator.Element) -> T) rethrows -> [T]
 ``` map 函数接受一个闭包， 这个闭包的定义是这样的：

(Self.Generator.Element) -> T
“`

它接受 Self.Generator.Element 类型的参数，这个类型代表数组中当前元素的类型。而这个闭包的返回值，是可以和传递进来的值不同的。比如我们可以这样：

let stringResult = numbers.map { "No. \($0)" }
// ["No. 1","No. 2","No. 3","No. 4"]

这次我们在闭包装把传递进来的数字拼接到一个字符串中，然后返回一个组数，这个数组中包含的数据类型，就是我们拼接好的字符串。

这就是关于 map 的初步了解，我们继续来看 flatMap。

flatMap

map 可以对一个集合类型的所有元素做一个映射操作。那么 flatMap 呢？

让我们来看一个 flatMap 的例子：

result = numbers.flatMap { $0 + 2 } // [3,6]

我们对同样的数组使用 flatMap 进行处理，得到了同样的结果。那 flatMap 和 map 到底有什么区别呢？

咱们再来看另一个例子：

let numbersCompound = [[1,3],[4,6]];
var res = numbersCompound.map { $0.map{ $0 + 2 } }
// [[3,5],[6,7,8]]
var flatRes = numbersCompound.flatMap { $0.map{ $0 + 2 } }
// [3,4,5,6,7,8]

这里就看出差别了。对于二维数组， map 和 flatMap 的结果就不同了。我们先来看第一个调用：
` var res = numbersCompound.map { $0.map{ $0 + 2 } } // [[3,8]]

numbersCompound.map { … } 这个调用实际上是遍历了这里两个数组元素 [1,3] 和 [4,6]。因为这两个元素依然是数组，所以我们可以对他们再次调用 map 函数：$0.map{ $0 + 2 }。这个内部的调用最终将数组中所有的元素加 2。

再来看看 flatMap 的调用：

var flatRes = numbersCompound.flatMap { $0.map{ $0 + 2 } }
// [3,8]

flatMap 依然会遍历数组的元素，并对这些元素执行闭包中定义的操作。但唯一不同的是，它对最终的结果进行了所谓的 “降维” 操作。本来原始数组是一个二维的，但经过 flatMap 之后，它变成一维的了。

flatMap 是如何做到的呢，它的原理是什么，为什么会存在这样一个函数呢？相信此时你脑海中肯定会浮现出类似的问题。

下面咱们再来看一下 flatMap 的定义,还是抛去 @noescape,rethrows 这些无关逻辑的关键字：

func flatMap(transform: (Self.Generator.Element) throws -> T?) -> [T]
func flatMap(transform: (Self.Generator.Element) -> S) -> [S.Generator.Element]

和 map 不同， flatMap 有两个重载。参照我们刚才的示例，我们调用的其实是第二个重载：

func flatMa
p(transform: (Self.Generator.Element) -> S) -> [S.Generator.Element]

flatMap 的闭包接受的是数组的元素，但返回的是一个 SequenceType 类型，也就是另外一个数组。这从我们刚才这个调用中不难看出：

numbersCompound.flatMap { $0.map{ $0 + 2 } }

我们传入给 flatMap 一个闭包$0.map{ $0 + 2 },这个闭包中，又对 $0 调用了 map 方法，从 map 方法的定义中我们能够知道，它返回的还是一个集合类型，也就是 SequenceType。所以我们这个 flatMap 的调用对应的就是第二个重载形式。

那么为什么 flatMap 调用后会对数组降维呢？我们可以从它的源码中窥探一二（Swift 不是开源了吗~）。

文件位置： swift/stdlib/public/core/SequenceAlgorithms.swift.gyb

extension Sequence {
//...
public func flatMap(
@noescape transform: (${GElement}) throws -> S
) rethrows -> [S.${GElement}] {
var result: [S.${GElement}] = []
for element in self {
result.append(contentsOf: try transform(element))
}
return result
}
//...
}

这就是 flatMap 的完整源码了，它的源码也很简单，对遍历的每一个元素调用 try transform(element)。 transform 函数就是我们传递进来的闭包。

然后将闭包的返回值通过 result.append(contentsOf:) 函数添加到 result 数组中。

那我们再来看一下 result.append(contentsOf:) 都做了什么，它的文档定义是这样：

Append the elements of newElements to self.

简单说就是将一个集合中的所有元素，添加到另一个集合。还以我们刚才这个二维数组为例：

let numbersCompound = [[1,6]];
var flatRes = numbersCompound.flatMap { $0.map{ $0 + 2 } }
// [3,8]

flatMap 首先会遍历这个数组的两个元素 [1,6]，因为这两个元素依然是数组，所以我们可以对他们再进行 map 操作：$0.map{ $0 + 2 }。

这样，内部的$0.map{ $0 + 2 }调用返回值类型还是数组，它会返回 [3,5] 和 [6,8]。

然后， flatMap 接收到内部闭包的这两个返回结果，进而调用 result.append(contentsOf:) 将它们的数组中的内容添加到结果集中，而不是数组本身。

那么我们最终的调用结果理所当然就应该是 [3,6,8] 了。

仔细想想是不是这样呢~

flatMap 的另一个重载

我们刚才分析了半天，其实只分析到 flatMap 的一种重载情况，那么另外一种重载又是怎么回事呢：

func flatMap
(transform: (Self.Generator.Element) -> T?) -> [T]

从定义中我们看出，它的闭包接收的是 Self.Generator.Element 类型，返回的是一个 T? 。我们都知道，在 Swift 中类型后面跟随一个 ?，代表的是 Optional 值。也就是说这个重载中接收的闭包返回的是一个 Optional 值。更进一步来说，就是闭包可以返回 nil。

我们来看一个例子：

let optionalArray: [String?] = ["AA",nil,"BB","CC"];
var optionalResult = optionalArray.flatMap{ $0 }
// ["AA","CC"]

这样竟然没有报错，并且 flatMap 的返回结果中，成功的将原数组中的 nil 值过滤掉了。再仔细观察，你会发现更多。使用 flatMap 调用之后，数组中的所有元素都被解包了，如果同样使用 print 函数输出原始数组的话，大概会得到这样的结果:

[Optional("AA"),Optional("BB"),Optional("CC")]

而使用 print 函数输出 flatMap 的结果集时，会得到这样的输出：

["AA","CC"]

也就是说原始数组的类型是 [String?] 而 flatMap 调用后变成了 [String]。这也是 flatMap 和 map 的一个重大区别。如果同样的数组，我们使用 map 来调用，得到的是这样的输出：

[Optional("AA"),Optional("CC")]

这就和原始数组一样了。这两者的区别就是这样。 map 函数值对元素进行变换操作。但不会对数组的结构造成影响。而 flatMap 会影响数组的结构。再进一步分析之前，我们暂且这样理解。

flatMap 的这种机制，而已帮助我们方便的对数据进行验证，比如我们有一组图片文件名，我们可以使用 flatMap 将无效的图片过滤掉：

var imageNames = ["test.png","aa.png","icon.png"];
imageNames.flatMap{ UIImage(named: $0) }

那么 flatMap 是如何实现过滤掉 nil 值的呢？我们还是来看一下源码：

extension Sequence {
// ...
public func flatMap(
@noescape transform: (${GElement}) throws -> T?
) rethrows -> [T] {
var result: [T] = []
for element in self {
if let newElement = try transform(element) {
result.append(newElement)
}
}
return result
}
// ...
}

依然是遍历所有元素，并应用 try transform(element) 闭包的调用，但关键一点是，这里面用到了 if let 语句，对那些只有解包成功的元素，才会添加到结果集中:

if let newElement = try transform(element) {
result.append(newElement)
}

这样，就实现了我们刚才看到的自动去掉 nil 值的效果了。

关于 Optional 和 if let 语句可以参看：浅谈 Swift 中的 Optionals

结尾

关于 Swift 中的 map 和 flatMap，看完这篇内容是不会会对你有所启发呢。当然，关于这两个函数我们这里并没有完全讨论完。它们背后还有着更多的思想。关于本篇文章的代码，大家还可以来 Github 上面参看

Swift中的map 和 flatMap 原理及用法

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