内容简介:作者:terhechte,译者:可选值(Optional)是 Swift 语言最基础的内容。我想每个人都同意它带来了巨大的福音,因为它迫使开发者妥善处理边缘情况。可选值的语言特性能让发者在开发阶段发现并处理整个类别的 bug。
作者:terhechte, 原文链接 ,原文日期:2018-01-10
译者: rsenjoyer ;校对: numbbbbb , Yousanflics ;定稿: Forelax
可选值(Optional)是 Swift 语言最基础的内容。我想每个人都同意它带来了巨大的福音,因为它迫使开发者妥善处理边缘情况。可选值的语言特性能让发者在开发阶段发现并处理整个类别的 bug。
然而,Swift 标准库中可选值的 API 相当的有限。如果忽略 customMirror
和 debugDescription
属性, Swift 文档
仅仅列出了几个方法/属性:
var unsafelyUnwrapped: Wrapped { get } func map<U>(_ transform: (Wrapped) throws -> U) rethrows -> U? func flatMap<U>(_ transform: (Wrapped) throws -> U?) rethrows -> U?
即使方法如此少,可选值仍然非常有用,这是因为 Swift 在语法上通过 可选链
、 模式匹配
、 if let
或 guard let
等功能来弥补它。但在某些情况下,可选值容易造成多分支条件。有时,一个非常简洁的方法通常允许你用一行代码表达某个概念,而不是用多行组合的 if let
语句。
我筛选了 Github 上的 Swift 项目以及 Rust、Scala 或 C# 等其他语言的可选实现,目的是为 Optional 找一些有用的补充。以下 14 个可选扩展,我将分类逐一解释,同时给每个类别举几个例子。最后,我将编写一个更复杂的示例,它同时使用多个可选扩展。
判空(Emptiness)
extension Optional { /// 可选值为空的时候返回 true var isNone: Bool { switch self { case .none: return true case .some: return false } } /// 可选值非空返回 true var isSome: Bool { return !isNone } }
这是对可选类型最基础的补充。我很喜欢这些补充,因为它们将可选项为空的概念从代码中移除了。在使用的细节上, 使用 optional.isSome
比 if optional == nil
更简洁明了。
// 使用前 guard leftButton != nil, rightButton != nil else { fatalError("Missing Interface Builder connections") } // 使用后 guard leftButton.isSome, rightButton.isSome else { fatalError("Missing Interface Builder connections") }
或(Or)
extension Optional { /// 返回可选值或默认值 /// - 参数: 如果可选值为空,将会默认值 func or(_ default: Wrapped) -> Wrapped { return self ?? `default` } /// 返回可选值或 `else` 表达式返回的值 /// 例如. optional.or(else: print("Arrr")) func or(else: @autoclosure () -> Wrapped) -> Wrapped { return self ?? `else`() } /// 返回可选值或者 `else` 闭包返回的值 // 例如. optional.or(else: { /// ... do a lot of stuff /// }) func or(else: () -> Wrapped) -> Wrapped { return self ?? `else`() } /// 当可选值不为空时,返回可选值 /// 如果为空,抛出异常 func or(throw exception: Error) throws -> Wrapped { guard let unwrapped = self else { throw exception } return unwrapped } } extension Optional where Wrapped == Error { /// 当可选值不为空时,执行 `else` func or(_ else: (Error) -> Void) { guard let error = self else { return } `else`(error) } }
isNone / isSome
的另一个抽象概念是能够指定当变量不成立的时需要执行的指令。这能让我们避免编写 if
或 guard
分支,而是将逻辑封装为一个易于理解的方法。
这个概念非常的有用,它可在四个不同功能中被定义。
默认值(Default Value)
第一个扩展方法是返回可选值或者默认值:
let optional: Int? = nil print(optional.or(10)) // 打印 10
默认闭包(Default Closure)
默认闭包和默认值非常的相似,但它允许从闭包中返回默认值。
let optional: Int? = nil optional.or(else: secretValue * 32)
由于使用了 @autoclosure
参数, 我们实际上使用的是默认闭包。使用默认值将会自动转换为返回值的闭包。然而,我倾向于将两个实现单独分开,因为它可以让用户用更加复杂的逻辑编写闭包。
let cachedUserCount: Int? = nil ... return cachedUserCount.or(else: { let db = database() db.prefetch() guard db.failures.isEmpty else { return 0 } return db.amountOfUsers })
当你对一个为空的可选值赋值的时候,使用 or
就是一个不错的选择。
if databaseController == nil { databaseController = DatabaseController(config: config) }
上面的代码可以写的更加优雅:
databaseController = databaseController.or(DatabaseController(config: config)
抛出异常(Throw an error)
这也是一个非常有用的补充,因为它将 Swift 中可选值与错误处理连接起来。根据项目中的代码,方法或函数通过返回一个为空的可选值(例如访问字典中不存在的键)时,抛出错误来表述这一无效的行为。将两者连接起来能够使代码更加清晰:
func buildCar() throws -> Car { let tires = try machine1.createTires() let windows = try machine2.createWindows() guard let motor = externalMachine.deliverMotor() else { throw MachineError.motor } let trunk = try machine3.createTrunk() if let car = manufacturer.buildCar(tires, windows, motor, trunk) { return car } else { throw MachineError.manufacturer } }
在这个例子中,我们通过调用内部及外部代码共同构建汽车对象,外部代码( external_machine
和 manufacturer
)选择使用可选值而不是错误处理。这使得代码变得很复杂,我们可使用 or(throw:)
使函数可读性更高。
func build_car() throws -> Car { let tires = try machine1.createTires() let windows = try machine2.createWindows() let motor = try externalMachine.deliverMotor().or(throw: MachineError.motor) let trunk = try machine3.createTrunk() return try manufacturer.buildCar(tires, windows, motor, trunk).or(throw: MachineError.manufacturer) }
错误处理(Handling Errors)
当代码中包含 Stijn Willems 在 Github 自由函数,上面抛出异常部分的代码变更加有用。感谢 Stijn Willems 的建议。
func should(_ do: () throws -> Void) -> Error? { do { try `do`() return nil } catch let error { return error } }
这个自由函数(可选的,可将它当做一个可选项的类方法)使用 do {} catch {}
块并返回一个错误。当且仅当 do
代码块捕捉到异常。以下面 Swift 代码为例:
do { try throwingFunction() } catch let error { print(error) }
这是 Swift 中错误处理的基本原则之一,但它不够简单明了。使用上面的提供的函数,你可以使代码变得足够简单。
should { try throwingFunction) }.or(print($0))
我觉得在很多情况下,这样进行错误处理效果更好。
变换(Map)
正如上面所见, map
和 flatMap
是 Swift 标准库在可选项上面提供的的全部方法。然而,在多数情况下,也可以对它们稍微改进使得更加通用。这有两个扩展 map
允许定义一个默认值,类似于上面 or
的实现方式:
extension Optional { /// 可选值变换返回,如果可选值为空,则返回默认值 /// - 参数 fn: 映射值的闭包 /// - 参数 default: 可选值为空时,将作为返回值 func map<T>(_ fn: (Wrapped) throws -> T, default: T) rethrows -> T { return try map(fn) ?? `default` } /// 可选值变换返回,如果可选值为空,则调用 `else` 闭包 /// - 参数 fn: 映射值的闭包 /// - 参数 else: The function to call if the optional is empty func map<T>(_ fn: (Wrapped) throws -> T, else: () throws -> T) rethrows -> T { return try map(fn) ?? `else`() } }
第一个方法允许你将可选值 map
成一个新的类型 T
. 如果可选值为空,你可以提供一个 T
类型的默认值:
let optional1: String? = "appventure" let optional2: String? = nil // 使用前 print(optional1.map({ $0.count }) ?? 0) print(optional2.map({ $0.count }) ?? 0) // 使用后 print(optional1.map({ $0.count }, default: 0)) // prints 10 print(optional2.map({ $0.count }, default: 0)) // prints 0
这里改动很小,我们再也不需要使用 ??
操作符,取而代之的是更能表达意图的 default
值。
第二个方法也与第一个很相似,主要区别在于它接受(再次)返回 T
类型的闭包,而不是使用一个默认值。这里有个简单的例子:
let optional: String? = nil print(optional.map({ $0.count }, else: { "default".count })
组合可选项(Combining Optionals)
这个类别包含了四个函数,允许你定义多个可选项之间的关系。
extension Optional { /// 当可选值不为空时,解包并返回参数 `optional` func and<B>(_ optional: B?) -> B? { guard self != nil else { return nil } return optional } /// 解包可选值,当可选值不为空时,执行 `then` 闭包,并返回执行结果 /// 允许你将多个可选项连接在一起 func and<T>(then: (Wrapped) throws -> T?) rethrows -> T? { guard let unwrapped = self else { return nil } return try then(unwrapped) } /// 将当前可选值与其他可选值组合在一起 /// 当且仅当两个可选值都不为空时组合成功,否则返回空 func zip2<A>(with other: Optional<A>) -> (Wrapped, A)? { guard let first = self, let second = other else { return nil } return (first, second) } /// 将当前可选值与其他可选值组合在一起 /// 当且仅当三个可选值都不为空时组合成功,否则返回空 func zip3<A, B>(with other: Optional<A>, another: Optional<B>) -> (Wrapped, A, B)? { guard let first = self, let second = other, let third = another else { return nil } return (first, second, third) } }
上面的四个函数都以传入可选值当做参数,最终都返回一个可选值,然而,他们的实现方式完全不同。
依赖(Dependencies)
若一个可选值的解包仅作为另一可选值解包的前提, and<B>(_ optional)
就显得非常使用:
// 使用前 if user != nil, let account = userAccount() ... // 使用后 if let account = user.and(userAccount()) ...
在上面的例子中,我们对 user
的具体内容不感兴趣,但是要求在调用 userAccount
函数前保证它非空。虽然这种关系也可以使用 user != nil
,但我觉得 and
使它们的意图更加清晰。
链式调用(Chaining)
and<T>(then:)
是另一个非常有用的函数, 它将多个可选项链接起来,以便将可选项 A
的解包值当做可选项 B
的输入。我们从一个简单的例子开始:
protocol UserDatabase { func current() -> User? func spouse(of user: User) -> User? func father(of user: User) -> User? func childrenCount(of user: User) -> Int } let database: UserDatabase = ... // 思考如下关系该如何表达: // Man -> Spouse -> Father -> Father -> Spouse -> children // 使用前 let childrenCount: Int if let user = database.current(), let father1 = database.father(user), let father2 = database.father(father1), let spouse = database.spouse(father2), let children = database.childrenCount(father2) { childrenCount = children } else { childrenCount = 0 } // 使用后 let children = database.current().and(then: { database.spouse($0) }) .and(then: { database.father($0) }) .and(then: { database.spouse($0) }) .and(then: { database.childrenCount($0) }) .or(0)
使用 and(then)
函数对代码有很大的提升。首先,你没必要声明临时变量名(user, father1, father2, spouse, children),其次,代码更加的简洁。而且,使用 or(0)
比 let childrenCount
可读性更好。
最后,原来的 Swift 代码很容易导致逻辑错误。也许你还没有注意到,但示例中存在一个 bug。在写那样的代码时,就很容易地引入复制粘贴错误。你观察到了么?
是的, children
属性应该由调用 database.childrenCount(spouse)
创建,但我写成了 database.childrenCount(father2)
。很难发现这样的错误。使用 and(then:)
就容易发现这个错误,因为它使用的是变量 $0
。
组合(Zipping)
这是现有 Swift 概念的另一个扩展, zip
可以组合多个可选值,它们一起解包成功或解包失败。在上面的代码片段中,我提供了 zip2
与 zip3
函数,但你也可以命名为 zip22
(好吧,也许对合理性和编译速度有一点点影响)。
// 正常示例 func buildProduct() -> Product? { if let var1 = machine1.makeSomething(), let var2 = machine2.makeAnotherThing(), let var3 = machine3.createThing() { return finalMachine.produce(var1, var2, var3) } else { return nil } } // 使用扩展 func buildProduct() -> Product? { return machine1.makeSomething() .zip3(machine2.makeAnotherThing(), machine3.createThing()) .map { finalMachine.produce($0.1, $0.2, $0.3) } }
代码量更少,代码更清晰,更优雅。然而,也存一个缺点,就是更复杂了。读者必须了解并理解 zip
才能完全掌握它。
On
extension Optional { /// 当可选值不为空时,执行 `some` 闭包 func on(some: () throws -> Void) rethrows { if self != nil { try some() } } /// 当可选值为空时,执行 `none` 闭包 func on(none: () throws -> Void) rethrows { if self == nil { try none() } } }
不论可选值是否为空,上面两个扩展都允许你执行一些额外的操作。与上面讨论过的方法相反,这两个方法忽略可选值。 on(some:)
会在可选值不为空的时候执行闭包 some
,但是闭包 some
不会获取可选项的值。
/// 如果用户不存在将登出 self.user.on(none: { AppCoordinator.shared.logout() }) /// 当用户不为空时,连接网络 self.user.on(some: { AppCoordinator.shared.unlock() })
Various
extension Optional { /// 可选值不为空且可选值满足 `predicate` 条件才返回,否则返回 `nil` func filter(_ predicate: (Wrapped) -> Bool) -> Wrapped? { guard let unwrapped = self, predicate(unwrapped) else { return nil } return self } /// 可选值不为空时返回,否则 crash func expect(_ message: String) -> Wrapped { guard let value = self else { fatalError(message) } return value } }
过滤(Filter)
这个方法类似于一个守护者一样,只有可选值满足 predicate
条件时才进行解包。比如说,我们希望所有的老用户都升级为高级账户,以便与我们保持更长久的联系。
// 仅会影响 id < 1000 的用户 // 正常写法 if let aUser = user, user.id < 1000 { aUser.upgradeToPremium() } // 使用 `filter` user.filter({ $0.id < 1000 })?.upgradeToPremium()
在这里, user.filter
使用起来更加自然。此外,它的实现类似于 Swift 集合中的功能。
期望(Expect)
这是我最喜欢的功能之一。这是我从 Rush
语言中借鉴而来的。我试图避免强行解包代码库中的任何东西。类似于隐式解包可选项。
然而,当在项目中使用可视化界面构建 UI 时,下面的这种方式很常见:
func updateLabel() { guard let label = valueLabel else { fatalError("valueLabel not connected in IB") } label.text = state.title }
显然,另一种方式是强制解包 label
, 这么做可能会造成应用程序崩溃类似于 fatalError
。 然而,我必须插入 !
, 当造成程序崩溃后, !
并不能给明确的错误信息。在这里,使用上面实现的 expect
函数就是一个更好的选择:
func updateLabel() { valueLabel.expect("valueLabel not connected in IB").text = state.title }
示例(Example)
至此我们已经实现了一系列非常有用的可选项扩展。我将会给出个综合示例,以便更好的了解如何组合使用这些扩展。首先,我们需要先说明一下这个示例,原谅我使用这个不太恰当的例子:
假如你是为 80 年代的软件商工作。每个月都有很多的人为你编写应用软件和游戏。你需要追踪销售量,你从会计那里收到一个 XML 文件,你需要进行解析并将结果存入到数据库中(如果在 80 年代就有 Swift 语言 以及 XML,这将是多么奇妙)。你的软件系统有一个XML解析器和一个数据库(当然都是用6502 ASM编写的),它们实现了以下协议:
protocol XMLImportNode { func firstChild(with tag: String) -> XMLImportNode? func children(with tag: String) -> [XMLImportNode] func attribute(with name: String) -> String? } typealias DatabaseUser = String typealias DatabaseSoftware = String protocol Database { func user(for id: String) throws -> DatabaseUser func software(for id: String) throws -> DatabaseSoftware func insertSoftware(user: DatabaseUser, name: String, id: String, type: String, amount: Int) throws func updateSoftware(software: DatabaseSoftware, amount: Int) throws }
XML 文件可能看起来像这样:
<users> <user name="" id="158"> <software> <package type="game" name="Maniac Mansion" id="4332" amount="30" /> <package type="game" name="Doom" id="1337" amount="50" /> <package type="game" name="Warcraft 2" id="1000" amount="10" /> </software> </user> </users>
解析 XML 的代码如下:
enum ParseError: Error { case msg(String) } func parseGamesFromXML(from root: XMLImportNode, into database: Database) throws { guard let users = root.firstChild(with: "users")?.children(with: "user") else { throw ParseError.msg("No Users") } for user in users { guard let software = user.firstChild(with: "software")? .children(with: "package"), let userId = user.attribute(with: "id"), let dbUser = try? database.user(for: userId) else { throw ParseError.msg("Invalid User") } for package in software { guard let type = package.attribute(with: "type"), type == "game", let name = package.attribute(with: "name"), let softwareId = package.attribute(with: "id"), let amountString = package.attribute(with: "amount") else { throw ParseError.msg("Invalid Package") } if let existing = try? database.software(for: softwareId) { try database.updateSoftware(software: existing, amount: Int(amountString) ?? 0) } else { try database.insertSoftware(user: dbUser, name: name, id: softwareId, type: type, amount: Int(amountString) ?? 0) } } } }
让我们运用下上面学到的内容:
func parseGamesFromXML(from root: XMLImportNode, into database: Database) throws { for user in try root.firstChild(with: "users") .or(throw: ParseError.msg("No Users")).children(with: "user") { let dbUser = try user.attribute(with: "id") .and(then: { try? database.user(for: $0) }) .or(throw: ParseError.msg("Invalid User")) for package in (user.firstChild(with: "software")? .children(with: "package")).or([]) { guard (package.attribute(with: "type")).filter({ $0 == "game" }).isSome else { continue } try package.attribute(with: "name") .zip3(with: package.attribute(with: "id"), another: package.attribute(with: "amount")) .map({ (tuple) -> Void in switch try? database.software(for: tuple.1) { case let e?: try database.updateSoftware(software: e, amount: Int(tuple.2).or(0)) default: try database.insertSoftware(user: dbUser, name: tuple.0, id: tuple.1, type: "game", amount: Int(tuple.2).or(0)) } }, or: { throw ParseError.msg("Invalid Package") }) } } }
如果我们对比下,至少会有两点映入眼帘:
- 代码量更少
- 代码看起来更复杂了
在组合使用可选扩展时,我故意造成一种过载状态。其中的一部分使用很恰当,但是另一部分却不那么合适。然而,使用扩展的关键不在于过度依赖(正如我上面做的那样),而在于这些扩展是否使语义更加清晰明了。比较上面的两个实现方式,
在第二个实现中,考虑下是使用 Swift 本身提供的功能好还是使用可选扩展更佳。
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