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函数和Closure真的是不同的类型么?

函数和Closure真的是不同的类型么?

作者: 醉看红尘这场梦 | 来源:发表于2020-08-19 17:32 被阅读0次

    提起closure,如果你有过其他编程语言的经历,你可能会立即联想起一些类似的事物,例如:匿名函数、或者可以捕获变量的一对{},等等。但实际上,我们很容易搞混两个概念:Closure expression和Closure。它们究竟是什么呢?我们先从closure expression开始。

    理解Closure Expressions

    简单来说,closure expression就是函数的一种简写形式。例如,对于下面这个计算参数平方的函数:

    func square(n: Int) -> Int {
        return n * n
    }
    
    

    我们也可以这样来定义:

    let squareExpression = { (n: Int) -> Int in 
        return n * n
    }
    
    

    而调用squaresquareExpression的方法,是完全相同的:

    square(2) // 4
    squareExpression(2) // 4
    
    

    并且,它们也都可以当作函数参数来使用:

    let numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
    numbers.map(square) // [1, 4, 9, 16, 25]
    numbers.map(squareExpressions) // [1, 4, 9, 16, 25]
    
    

    在我们这个例子里,用于定义squareExpression{}就叫做closure expression,它只是把函数参数、返回值以及实现统统写在了一个{}里。

    没错,此时的{}以及squareExpression并不能叫closure,它只是一个closure expression。那么,为什么要有两种不同的方式来定义函数呢?最直接的理由就是,为了写起来更简单。Closure expression可以在定义它的上下文里,被不断简化,让代码尽可能呈现出最自然的语义形态。

    例如,当我们把一个完整的closure expression定义在map参数里,是这样的:

    numbers.map({ (n: Int) -> Int in 
        return n * n
    })
    
    

    首先,Swift可以根据numbers的类型,自动推导出map中的函数参数以及返回值的类型,因此,我们可以在closure expression中去掉它:

    numbers.map({ n in return n * n })
    
    

    其次,如果closure expression中只有一条语句,Swift可以自动把这个语句的值作为整个expression的值返回,因此,我们还可以去掉return关键字:

    numbers.map({ n in n * n })
    
    

    第三,如果你觉得在closure expression中为参数起名字是个意义不大的事情,我们还可以使用Swift内置的$0/1/2/3/4这样的形式作为closure expression的参数替代符,这样,我们连参数声明和in关键字也都可以省略了:

    numbers.map({ $0 * $0 })
    
    

    第四,如果函数类型的参数在参数列表的最后一个,我们还可以把closure expression写在()外面,让它和其它普通参数更明显的区分开:

    numbers.map() { $0 * $0 }
    
    

    最后,如果函数只有一个函数类型的参数,我们甚至可以在调用的时候,去掉()

    numbers.map { $0 * $0 }
    
    

    看到这里,你就应该知道当我们把closure expression用在它的上下文里,究竟有多方便了,相比一开始的定义,或者单独定义一个函数,然后传递给它,都好太多。但事情至此还没结束,相比这样:

    numbers.sorted(by: { $0 > $1 }) // [5, 4, 3, 2, 1]
    
    

    Closure expression还有一种更简单的形式:

    numbers.sorted(by: >) // [5, 4, 3, 2, 1]
    
    

    这是因为,numbers.sorted(by:)的函数参数是这样的:(Int, Int) -> Bool,而Swift为Int类型定义的>操作符也正好和这个类型相同,这样,我们就可以直接把操作符传递给它,本质上,这和我们传递函数名是一样的。

    另外,除了写起来更简单之外,closure expression还有一个副作用,就是默认情况下,我们无法忽略它的参数,编译器会对这种情况报错。来看个例子,如果我们要得到一个包含10个随机数的Array,最简单的方法,就是对一个CountableRange调用map方法:

    (0...9).map { arc4random() } // !!! Error in swift !!!
    
    

    这样看似很好,但是由于map的函数参数默认是带有一个参数的,在我们的例子里,表示range中的每个值,因此,如果我们在整个closure expression里都没有使用这个参数,Swift编译器就会提示我们下面的错误:

    cannot ignore closure expression parameter

    我们不能默认忽略closure expression中的参数,如果坚持如此,我们必须用_明确表明这个意图:

    (0...9).map { _ in arc4random() }
    
    

    这也算是Swift为了类型和代码安全,利用编译器,为我们提供的一层保障。以上,就是和closure expression有关的内容,如你看到的一样,它就是函数的另外一种在上下文中更简单的写法,和用func定义的函数没有任何区别。

    那么,究竟什么是closure呢?

    究竟什么是Closure?

    如果我们翻翻Wikipedia,就能找到下面的定义:a closure is a record storing a function together with an environment

    说的通俗一点,一个函数加上它捕获的变量一起,才算一个closure。来看个例子:

    func makeCounter() -> () -> Int {
        var value = 0
    
        return {
            value += 1
    
            return value
        }
    }
    
    

    makeCounter()返回一个函数,用来返回它被调用的次数。然后,我们分别定义两个计数器,并各自调用几次:

    let counter1 = makeCounter()
    let counter2 = makeCounter()
    
    (0...2).forEach { _ in print(counter1()) } // 1 2 3
    (0...5).forEach { _ in print(counter2()) } // 1 2 3 4 5 6
    
    

    这样,三次调用counter1()会在控制台打印“123”,6次调用counter2()会打印“123456”。这说明什么呢?

    首先,尽管从makeCounter返回后,value已经离开了它的作用域,但我们多次调用counter1counter2时,value的值还是各自进行了累加。这就说明,makeCounter返回的函数,捕获了makeCounter的内部变量value

    此时,counter1counter2就叫做closure,它们既有要执行的逻辑(把value加1),还带有其执行的上下文(捕获的value变量)。

    其次,counter1counter2分别有其各自捕获的value,也就是其各自的上下文环境,它们并不共享任何内容。

    理解了closure的含义之后,我们就知道了,closure expression和closure并不是一回事儿。然而,捕获变量是{}的专利么?实际上也不是,函数也可以捕获变量。

    函数同样可以是一个Closure

    还是之前makeCounter的例子,我们把返回的closure expression改成一个local function:

    func makeCounter() -> () -> Int {
        var value = 0
        func increment() -> Int {
            value += 1
            return value
        }
    
        return increment
    }
    
    

    然后,就会发现,之前counter1counter2的例子的执行结果,和之前是一样的:

    (0...2).forEach { _ in print(counter1()) } // 1 2 3
    (0...5).forEach { _ in print(counter2()) } // 1 2 3 4 5 6
    
    

    所以,捕获变量这种行为,实际上,跟用{}定义函数也没关系。

    至此,我们应该对函数在Swift中的地位有更进一步的认识了。一方面,func和closure expression都可以用来定义函数,它们只是形式上的不同;另一方面,无论是用哪种方式定义了函数,一旦其捕获了变量,函数和它捕获变量的上下文环境一起,就形成了一个closure。在我们通过几节了解了函数和Closure的基本用法之后。下一节,我们将看到内嵌函数捕获变量的另外一种用法:如何在多次函数调用之间,共享资源。

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