聊一聊单子（Monad）

作者：Olivier Halligon，原文链接，原文日期：2015-10-17
译者：ray16897188；校对：小袋子；定稿：numbbbbb

之前的一篇文章中，我们用map、flatMap这两种基于Optional和Array类型的方法做了很多好玩儿的事情。但你可能并没有意识到，你已经在不自知的情况下使用了单子(单子，即 Monad：一个函数式编程的术语 - 译者注)。那么什么是单子？

什么是函子（Functors）和单子

我们在之前的一篇文章中得知了map和flatMap对于Array和Optional来说有着相似的作用，甚至连函数签名都十分相似。

实际上这并不是一个特例：很多类型都有类似map和flatMap的方法，而这些方法都有那种类型的签名。这是一种十分常见的模式，这种模式的名字叫做单子。

你可能之前在网上看过单子这个术语(也可能叫做函子)，还看过尝试解释该术语的各种比喻。但是大部分比喻都让它更加复杂难懂。

事实上，单子和函子是非常简单的概念。它可以最终归结为：

一个函子是一种表示为Type<T>的类型，它：

• 封装了另一种类型（类似于封装了某个T类型的Array<T>或Optional<T>）
• 有一个具有(T->U) -> Type<U>签名的map方法

一个单子是一种类型，它：

• 是一个函子（所以它封装了一个T类型，拥有一个map方法）
• 还有一个具有(T->Type<U>) -> Type<U>签名的flatMap方法

这就是对单子和函子所需要了解的一切！一个单子就是一种带有flatMap方法的类型，一个函子就是一种带有一个map方法的类型。**很简单，不是么？

各种类型的单子

你已经学过两种既是函子又是单子的类型，它们是：Array<T>和Optional<T>。当然，这样的类型还有很多。

实际上这些类型的方法会有其他的名字，不限于map和flatMap。例如一个Promise也是一个单子，而它的相对应的map和flatMap方法叫做then。

仔细看一下Promise<T>的then方法签名，思考一下：它拿到未来返回的值T，进行处理，然后要么返回一个新类型U，要么返回一个封装了这个新类型的、新的Promise<U>... 没错，我们又一次得到了相同的方法签名，所以Promise实际上也是一个单子！

有很多类型都符合单子的定义。比如Result，Signal，... 你还可以想到更多（如果需要的话你甚至可以创建你自己的单子）。

看出相似性了吗？（为方便对比加了空格）

// Array, Optional, Promise, Result 都是函子
   anArray     .map( transform: T ->          U  ) ->    Array<U>
anOptional     .map( transform: T ->          U  ) -> Optional<U>
 aPromise     .then( transform: T ->          U  ) ->  Promise<U>
   aResult     .map( transform: T ->          U  ) ->   Result<U>

// Array, Optional, Promise, Result 都是单子
   anArray .flatMap( transform: T ->    Array<U> ) ->    Array<U>
anOptional .flatMap( transform: T -> Optional<U> ) -> Optional<U>
  aPromise    .then( transform: T ->  Promise<U> ) ->  Promise<U>
   aResult .flatMap( transform: T ->   Result<U> ) ->   Result<U>

把map()和flatMap()级联起来

通常你还可以把这两个方法级联，这会使它们更加强大。例如，最开始你有一个Array<T>，通过使用map来对它做转换操作，得到一个Array<U>，然后对这个Array<U>再级联上一个map，对它做另一个转换操作将其转换成一个Array<Z>，等等。这会让你的代码看起来就像是在生产线上一样：把一个初始值拿来，让他经过一系列的黑盒子处理，然后得到一个最终的结果。这时你就可以说你实际上是在做函数式编程了！

下面是一个示范如何将map和flatMap的调用级联起来去做多次转换的例子。我们从一个字符串开始，把它按单词分开，然后依次做如下转换：

1. 统计每个单词的字符个数，做计数
2. 把每个计数转换成一个相对应的单词
3. 给每个结果加个后缀
4. 对每个字符串结果做%转义
5. 把每个字符串结果转换成一个NSURL

let formatter = NSNumberFormatter()
formatter.numberStyle = .SpellOutStyle
let string = "This is Functional Programming"
let translateURLs = string
    // Split the characters into words
    .characters.split(" ")
    // Count the number of characters on each word
    .map { $0.count }
     // Spell out this number of chars (`stringFromNumber` can return nil)
    .flatMap { (n: Int) -> String? in formatter.stringFromNumber(n) }
     // add " letters" suffix
    .map { "\($0) letters" }
    // encode the string so it can be used in an NSURL framgment after the # (the stringByAdding… method can return nil)
    .flatMap { $0.stringByAddingPercentEncodingWithAllowedCharacters(.URLFragmentAllowedCharacterSet()) }
    // Build an NSURL using that string (`NSURL(string: …)` is failable: it can return nil)
    .flatMap { NSURL(string: "https://translate.google.com/#auto/fr/\($0)") }

print(translateURLs)
// [https://translate.google.com/#auto/fr/four%20letters, https://translate.google.com/#auto/fr/two%20letters, https://translate.google.com/#auto/fr/ten%20letters, https://translate.google.com/#auto/fr/eleven%20letters]

上面这段代码可能需要你研究一会儿，尝试去理解每一个中间阶段的map和flatMap的签名是什么，并搞清楚每一步都发生了什么事。

但无论如何，你能看出来对于描述一系列处理流程来说，这是一种很好的方式。这种方式可以被看做是一条生产线，从原材料开始，然后对它做多种转换，最终在生产线的尽头拿到成品。

结论

尽管看起来很吓人，但单子很简单。

但实际上，你怎么叫它们都没关系。只要你知道如果你想把一种封装类型转换成另一种，而某些类型的map和flatMap方法着实能帮到你，这就够了。

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这篇文章是"Swift编程思想"系列的后记。别担心，我还会写很多文章，论述 Swift 在其他应用场景下的美妙之处，不过我不会再拿这些和 ObjC 比较了（因为 Swift 真的好太多了，你现在应该完全把 ObjC 忘掉了 😄）。