Swift 中范围和区间如何使用？

虽然现在swift语言已经发展到了2.0版了，但是相信很多学习iOS开发的童鞋仍对swift语言存在各种各样的疑问，今天小编将为大家详细介绍swift中的范围和区间，下面我们一起来看看吧。

Ranges

在swift语言中，范围是用 Range 类型表达的，一个范围就是一个索引集合。

其中，值得注意的是Range在标准库中使用很频繁，特别是处在集合的上下文当中时。当我们查看 Range 定义时，范围和集合之间的紧密关系一目了然：

struct Range<Element : ForwardIndexType> : CollectionType, Indexable, ... {

...

}

在一个范围中的元素必需遵守 ForwardIndexType 协议，同时 CollecitonType 协议中的大量功能也是基于它实现的。有一个特殊的类型用来表示集合索引的范围，对于获取一个集合的子集是相当有意义的。例如，我们可以使用范围获取一个数组的部分:

let numbers = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]

// 1..<5 等价于 Range(start: 1, end: 5)

numbers[1..<5] // [2,3,4,5]

正如类型定义中所看到的， Range 自身遵循 CollectionType 协议，所以几乎所有数组可以做的事情，范围也能够适用。比如用 for 循环遍历元素，或者使用 contains(_:) 检查一个值是否在这个范围内。

虽然范围主要适用于与其他集合配合使用，但谁也无法阻止你创建一个用于表示数字区间的 Range<Int> 。毕竟 Int 已经实现了 ForwardIndexType 协议。现在回到模式匹配问题。

我们可以用一个范围 (Int.min..<0).contains(x) 表示 x < 0 的情况，这是完全等价的，不过执行速度巨慢。毕竟默认需要遍历整个集合，最糟糕的情况下，将执行 9,223,372,036,854,775,808次 ，这相当耗费资源。我们可以为 Comparable （比如 Int ）类型的索引提供一个更好实现：

extension Range where Element : Comparable {

func contains(element: Element) -> Bool {

return element >= startIndex && element < endIndex

}

}

(Int.min..<0).contains(-1) // true

(Int.min..<0).contains(0) // false

(Int.min..<0).contains(1) // false

这是一个非常好的练习，不过在我们案例中可有可无，因为 ~= 操作符为 Range 实现的匹配足够高效（就像我们的 contains(_:) ， Comparable 只是在索引中工作）。所以我们可以这样的做：

Int.min..<0 ~= -1 // true

Int.min..<0 ~= 0 // false

Int.min..<0 ~= 1 // false

在这基础上，可以写一个 switch 语句，使用范围查询判断一个数字是否大于，小于还是等于 0，对吗？不幸地是，这并不适用。这段代码会崩溃：

let x = 10

switch x {

case 1...Int.max: // EXC_BAD_INSTRUCTION

print("positive")

case Int.min..<0:

print("negative")

case 0:

print("zero")

default:

fatalError("Should be unreachable")

}

我们会在 case 1...Int.max 这一行中得到一个 EXC_BAD_INSTRUCTION 错误信息表明“fatal error: Range end index has no valid successor”。导致错误的原因在于: range 中的 endIndex 总是指向范围中最后一个元素的后面。这对于半开区间（用 ..< 操作符创建）和闭合区间（用 … 操作符创建）都是一样的，因为二者的内部实现是一样的， a...b 事实上就是 a..<b.successor() 。

这里需要提醒大家的是，一个 Range<Int> 永远都不能有 Int.max，这也意味着 Int.max 永远都不会成为一个 Range<Int> 的成员，这同样适用于其他有最大值的类型。这个限制使范围不能满足我们所要的需求。所以接下来让我们来看看区间能不能满足我们的要求。

区间

其实，在swift中，范围和区间的是基本相同的概念构建的（一个连续元素的系列，有开始有结尾），但使用了不同的方法。范围基于索引，因此可以是个集合，他们的大多数功能都是基本这个特性的。区间不是集合，他们的实现是依赖 Comparable 协议的。我们只可以为服从 Comparable 协议的类型创建区间类型：

protocol IntervalType {

typealias Bound : Comparable

...

}

有别于范围的定义，区间使用 IntervalType 协议呈现，这个协议有两个具体的实现， HalfOpenInterval 和 ClosedInterval 。两个范围操作符也为区间提供了重载：..< 创建一个 HalfOpenInterval 和 … 创建一个 ClosedInterval 。由于默认是重载了 Range ，所以你必须明确变量为区间类型(IntervalType)：

let int1: HalfOpenInterval = 1..<5

int1.contains(5) // false

let int2: ClosedInterval = 1...5

int2.contains(5) // true

而需要注意的是 ClosedInterval 不可以为空，x…x 总是会包含 x，而 x…(x-1) 会造成运行时错误。

然而闭合区间可以包含一个类型的最大值。这意味着我们现在可以写我们的 switch 语句了。重复一遍，一定要明确类型，告诉编译器我们想要的是区间而不是范围：

let x = 10

switch x {

case 1...Int.max as ClosedInterval:

print("positive")

case Int.min..<0 as HalfOpenInterval:

print("negative")

case 0:

print("zero")

default:

fatalError("Should be unreachable")

}

为开区间定制操作符

如果想摆脱 Int.min 和 Int.max怎么办？这个时候，可以为开区间和闭区间自定义前缀操作符和后缀操作符，用于表示所有小于一个上边界的值，或者大于一个下边界的值。这样不仅在语法上要更友善；理想情况下，这些操作符不仅适用于 Int 类型，也可以适合于其它拥有最小和最大值的类型。实现看起来应该是这个样子：

switch x {

case 1...: // an interval from 1 to Int.max (inclusive)

print("positive")

case ..<0: // an interval from Int.min to 0 (exclusive)

print("negative")

...

}

我们需要为 ..< 和 ... 分别定义前缀和后缀的实现方式 。下面这段代码基本是基于 Nate Cook 写的 gist片段 。

首先，我们必须声明需要解释的操作符：

prefix operator ..< { }

prefix operator ... { }

postfix operator ..< { }

postfix operator ... { }

紧接着，为 Int 实现第一个运算符的方法：

/// Forms a half-open interval from `Int.min` to `upperBound`

prefix func ..< (upperBound: Int) -> HalfOpenInterval<Int> {

return Int.min..<upperBound

}

还可以让它更通用。区间要求它的底层类型都遵循 Comparable 协议，所以使用相同的条件约束是一个很自然的选择。但在这里我们会碰到一个问题：我们需要知道 T 类型的最小值来创建区间，但这并没有一个通用的方法：

prefix func ..< <T : Comparable>(upperBound: T) -> HalfOpenInterval<T> {

return T.min..<upperBound // error: type 'T' has no member 'min'

}

甚至是在标准库中的其他协议都没有为数字（就比如 IntegerType ）提供这些–定义在数字类型中的 min 和 max 属性。

这个时候，我们可以试试这个解决方案：定义一个 MinMaxType 的自定义协议，这个协议定义了 min 和 max 两个属性。因为所有整数类型都有这两个属性，让他们遵守新的协议就不用额外写代码了：

/// Conforming types provide static `max` and `min` constants.

protocol MinMaxType {

static var min: Self { get }

static var max: Self { get }

}

// Extend relevant types

extension Int : MinMaxType {}

extension Int8 : MinMaxType {}

extension Int16 : MinMaxType {}

extension Int32 : MinMaxType {}

extension Int64 : MinMaxType {}

extension UInt : MinMaxType {}

extension UInt8 : MinMaxType {}

extension UInt16 : MinMaxType {}

extension UInt32 : MinMaxType {}

extension UInt64 : MinMaxType {}

这里有一个值得牢记的技巧。任何时候，当你有几个不相关的类型，但它们具有相同类型的一个或多个方法、属性，你都可以创建一个新的协议给他们提供一个通用接口。

告诉我们的通用类型 T 遵守 MinMaxType 协议以使这个实现可以正常运行：

/// Forms a half-open interval from `T.min` to `upperBound`

prefix func ..< <T : Comparable where T : MinMaxType>

(upperBound: T) -> HalfOpenInterval<T> {

return T.min..<upperBound

}

这里是其他三个操作符的实现：

/// Forms a closed interval from `T.min` to `upperBound`

prefix func ... <T : Comparable where T : MinMaxType>

(upperBound: T) -> ClosedInterval<T> {

return T.min...upperBound

}

/// Forms a half-open interval from `lowerBound` to `T.max`

postfix func ..< <T : Comparable where T : MinMaxType>

(lowerBound: T) -> HalfOpenInterval<T> {

return lowerBound..<T.max

}

/// Forms a closed interval from `lowerBound` to `T.max`

postfix func ... <T : Comparable where T : MinMaxType>

(lowerBound: T) -> ClosedInterval<T> {

return lowerBound...T.max

}

添加一些测试：

(..<0).contains(Int.min) // true

(..<0).contains(-1) // true

(..<0).contains(0) // false

(...0).contains(Int.min) // true

(...0).contains(0) // true

(...0).contains(1) // false

(0..<).contains(-1) // false

(0..<).contains(0) // true

(0..<).contains(Int.max) // false

(0..<).contains(Int.max - 1) // true

(0...).contains(-1) // false

(0...).contains(0) // true

(0...).contains(Int.max) // true

回到我们的 switch 语句，现在很好地工作了：

switch x {

case 1...:

print("positive")

case ..<0:

print("negative")

case 0:

print("zero")

default:

fatalError("Should be unreachable")

}

结束语

Swift 中范围和区间都有相似的目的，但有着不同的实现和泛型约束。范围基于索引并且经常用于集合上下文中。这意味着范围不能包含一个类型最大值，这就不适合用在数字的区间上。区间兼容所有的 Comparable 类型，并且没有最大值的限制。

如果要用swift语言开发iOS应用的话，区间和范围这两个概念还是需要理清楚，明白什么时候用范围、什么时候用区间，提高开发效率，提升代码质量，一步一步迈入iOS大神行列。

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