数组

数组是最基本的数据结构。在Swift中，以前OC时代中将NSMutableArray和NSArray分开的做法，被统一到了唯一的数据结构--Array。虽然看上去就一种数据结构，其实它的实现有3种：
1.ContiguousArray：效率最高，元素分配在连续的内存上。如果数组是值类型（栈上操作），则Swift会自动调用Array的这种实现；如果注重效率，推荐声明这种类型，尤其是在大量元素是类时，这样做效果会很好。
2.Array：会自动桥接到OC中的NSArray上，如果是值类型，其性能与ContiguousArray无差别。
3.ArraySlice：它不是一个新的数组，只是一个片段，在内存上与原属组享用同一区域。
下面是数组最基本的一些运用：
声明一个不可修改的数组

let nums = [1, 2, 3]
let nums = [Int](repeating: 0, count: 5)

// 声明一个可以修改的数组
var nums = [3, 1, 2]
// 增加一个元素
nums.append(4)
// 对原数组进行升序排序
nums.sort()
// 对原数组进行降序排序
nums.sort(by: >)
// 将原数组除了最后一个以外的所有元素赋值给另一个数组
// 注意：nums[0..<nums.count - 1] 返回的是 ArraySlice，不是 Array
let anotherNums = Array(nums[0 ..< nums.count - 1])

数组可以依靠他们实现更多的数据结构，Swift不像Java中有现成的队列和栈，但我们可以用数组配合最简单的操作实现这些数据结构，下面就是栈示例代码：

// 用数组实现栈
struct Stack<Element> {
  private var stack: [Element]
  var isEmpty: Bool { return stack.isEmpty }
  var peek: AnyObject? { return stack.last }

  init() {
    stack = [Element]()
  }

  mutating func push(_ element: Element) {
    stack.append(object)
  }

  mutating func pop() -> Element? {
    return stack.popLast()
  }
}

// 初始化一个栈
let stack = Stack<String>()

要特别强调reserveCapacity()，它用于为原数组预留空间，防止数组在增加、删除元素时反复申请内存空间或是创建新数组，特别适用于创建和 removeAll() 时候进行调用，为整段代码起到提高性能的作用。

字典和集合

字典和集合（此处专指HashSet）经常被使用的原因在于，查找数据的时间复杂度维O(1)。一般字典和集合要求他们的Key都必须遵守Hashable协议，Cocoa中的基本数据类型都满足这一点，自定义的class需要实现Hashable，而又因为Hashable是对Equable的扩展，所以还需要重载==运算符。
下面是字典和集合的一些实用操作：

let primeNums: Set = [3, 5, 7, 11, 13]
let oddNums: Set = [1, 3, 5, 7, 9]

// 交集、并集、差集
let primeAndOddNum = primeNums.intersection(oddNums)
let primeOrOddNum = primeNums.union(oddNums)
let oddNotPrimNum = oddNums.subtracting(primeNums)

// 用字典和高阶函数计算字符串中每个字符的出现频率，结果 [“h”:1, “e”:1, “l”:2, “o”:1]
Dictionary("hello".map { ($0, 1) }, uniquingKeysWith: +)

集合和字典在实战中经常与数组配合使用，请看下面这道算法题：

给一个整型数组和一个目标值，判断数组中是否有两个数字之和等于目标值

这道题是传说中经典的 “2Sum”，我们已经有一个数组记为 nums，也有一个目标值记为 target，最后要返回一个 Bool 值。

最粗暴的方法就是每次选中一个数，然后遍历整个数组，判断是否有另一个数使两者之和为 target。这种做法时间复杂度为 O(n^2)。

采用集合可以优化时间复杂度。在遍历数组的过程中，用集合每次保存当前值。假如集合中已经有了目标值减去当前值，则证明在之前的遍历中一定有一个数与当前值之和等于目标值。这种做法时间复杂度为 O(n)，代码如下。

func twoSum(nums: [Int], _ target: Int) -> Bool {
  var set = Set<Int>()

  for num in nums {
    if set.contains(target - num) {
      return true
    }

    set.insert(num)
  }

  return false
}

如果把题目稍微修改下，变为

给定一个整型数组中有且仅有两个数字之和等于目标值，求两个数字在数组中的序号

思路与上题基本类似，但是为了方便拿到序列号，我们采用字典，时间复杂度依然是 O(n)。代码如下。

func twoSum(nums: [Int], _ target: Int) -> [Int] {
  var dict = [Int: Int]()

  for (i, num) in nums.enumerated() {
    if let lastIndex = dict[target - num] {
      return [lastIndex, i]  
    } else {
      dict[num] = i
    }
  }

  fatalError("No valid output!")
}

字符串和字符

字符串在算法实战中极其常见。在 Swift 中，字符串不同于其他语言（包括 Objective-C），它是值类型而非引用类型，它是多个字符构成的序列（并非数组）。首先还是列举一下字符串的通常用法。

// 字符串和数字之间的转换
let str = "3"
let num = Int(str)
let number = 3
let string = String(num)

// 字符串长度
let len = str.count

// 访问字符串中的单个字符，时间复杂度为O(1)
let char = str[str.index(str.startIndex, offsetBy: n)]

// 修改字符串
str.remove(at: n)
str.append("c")
str += "hello world"

// 检测字符串是否是由数字构成
func isStrNum(str: String) -> Bool {
  return Int(str) != nil
}

// 将字符串按字母排序(不考虑大小写)
func sortStr(str: String) -> String {
  return String(str.sorted())
}

// 判断字符是否为字母
char.isLetter

// 判断字符是否为数字
char.isNumber

// 得到字符的 ASCII 数值
char.asciiValue

以下面试题

给一个字符串，将其按照单词顺序进行反转。比如说 s 是 "the sky is blue",
那么反转就是 "blue is sky the"。

先实现一个字符串翻转的方法。

fileprivate func reverse<T>(_ chars: inout [T], _ start: Int, _ end: Int) {
  var start = start, end = end

  while start < end {
    swap(&chars, start, end)
    start += 1
    end -= 1
  }
}

fileprivate func swap<T>(_ chars: inout [T], _ p: Int, _ q: Int) {
  (chars[p], chars[q]) = (chars[q], chars[p])
}

有了这个方法，我们就可以实行下面两种字符串翻转：

• 整个字符串翻转，"the sky is blue" -> "eulb si yks eht"
• 每个单词作为一个字符串单独翻转，"eulb si yks eht" -> "blue is sky the"
  整体思路有了，我们就可以解决这道问题了

func reverseWords(s: String?) -> String? {
  guard let s = s else {
    return nil
  }

  var chars = Array(s), start = 0
  reverse(&chars, 0, chars.count - 1)

  for i in 0 ..< chars.count {
    if i == chars.count - 1 || chars[i + 1] == " " {
      reverse(&chars, start, i)
      start = i + 2
    }
  }

  return String(chars)
}

时间复杂度还是 O(n)，整体思路和代码简单很多。

总结

在 Swift 中，数组、字符串、集合以及字典是最基本的数据结构，使用起来也非常高效（栈上运行）和安全（无需顾虑线程问题），因为他们都是值类型。