Swift 递归枚举
Swift 递归枚举

Swift 递归枚举

递归枚举(Recursive Enumerations) 是一种可以在定义自身的情况下引用自身的枚举。这意味着枚举中的某些 case 可以包含该枚举类型的实例作为关联值。这种特性使得递归结构(如树结构或链表)在枚举中表示变得可能。

由于 Swift 需要知道内存布局,因此在定义递归枚举时需要使用 indirect 关键字。这告诉编译器使用间接方式(即引用类型)来存储关联值,以便支持递归。

使用 indirect 关键字

有两种方式定义递归枚举:

1、在整个枚举上使用 indirect

2、在单个 case 上使用 indirect

示例 1: 简单的递归枚举

假设我们要表示一个基本的数学表达式,可以是一个数字,也可以是两个表达式的加法:

enum ArithmeticExpression {
    case number(Int)
    indirect case addition(ArithmeticExpression, ArithmeticExpression)
    indirect case multiplication(ArithmeticExpression, ArithmeticExpression)
}

或者可以在枚举声明的最前面使用 indirect:

indirect enum ArithmeticExpression {
    case number(Int)
    case addition(ArithmeticExpression, ArithmeticExpression)
    case multiplication(ArithmeticExpression, ArithmeticExpression)
}

这两个递归枚举的定义在功能上是相同的,但它们在使用 indirect 关键字的方式上有所不同。

第一种定义:局部使用 indirect

在这个定义中,indirect 关键字只应用在具体的 case 上。也就是说,只有 addition 和 multiplication 这两个枚举成员是递归的,使用了间接存储。number 这个 case 不是递归的,因此它不需要 indirect。

第二种定义:在整个枚举上使用 indirect

在这个定义中,indirect 关键字应用在整个枚举上。这意味着所有的枚举成员,包括 number、addition 和 multiplication,都会使用间接存储方式。整个枚举都是递归的,允许 ArithmeticExpression 引用自身。

区别和影响

1、内存使用:

在第一种定义中,只有需要递归的 case 才会使用间接存储,因此在某些情况下可能会节省一些内存。例如,number 直接存储整数,不需要通过间接存储。

在第二种定义中,所有的 case 都使用间接存储,即使 number 只是简单地存储一个整数,这可能会略微增加内存消耗。

2、代码简洁性:

第一种定义更灵活,可以根据需要指定递归的 case,而不必在整个枚举中都使用间接存储。

第二种定义则更加简洁,因为不需要为每个递归的 case 单独添加 indirect 关键字。这在枚举中的递归 case 较多时显得更简洁。

示例 2: 计算递归枚举的值

以下代码定义了一个递归枚举,用于计算数学表达式的值:

enum ArithmeticExpression {
    case number(Int)
    indirect case addition(ArithmeticExpression, ArithmeticExpression)
    indirect case multiplication(ArithmeticExpression, ArithmeticExpression)

    // 递归计算表达式的值
    func evaluate() -> Int {
        switch self {
        case .number(let value):
            return value
        case .addition(let left, let right):
            return left.evaluate() + right.evaluate()
        case .multiplication(let left, let right):
            return left.evaluate() * right.evaluate()
        }
    }
}

// 构建表达式:(5 + 4) * 2
let five = ArithmeticExpression.number(5)
let four = ArithmeticExpression.number(4)
let sum = ArithmeticExpression.addition(five, four)
let two = ArithmeticExpression.number(2)
let product = ArithmeticExpression.multiplication(sum, two)

print(product.evaluate()) // 输出: 18

在上面的递归枚举当中,输出的内容为18,有人可能不理解为什么定义了evaluate(),但是没有使用并且输出了对应的值。

这是因为我们在输出product.evaluater()时,调用了evaluater()方法。因此看起来从five、four一直到product都没有使用evalute()方法,实际上是从product反向递归调用。

因此,当我们在print中输出product.evaluate ()时,我们调取了product的evaluate()方法:

1)在evaluater()方法中,因为product是.multiplication,因此进入case .multiplication,它包含了sum和two两个枚举。

2)调取sum和two的evaluater()方法,因为sum是.addition,因此进入case .addition,它包含了five和four两个枚举。

3)调取five和four的evaluater()方法,因为five和four对应的是.number,因此通过evaluater()分别返回5和4两个数值。

4)最后sum返回9(5+4),product返回18。

递归调用 evaluate() 是因为 ArithmeticExpression 枚举可以嵌套表达式。每个 addition 和 multiplication 可能包含更多的表达式,而递归调用能够一步步求解每一个子表达式的值,最终合成完整的结果。

递归枚举也是一种强大的工具,可以用于表示嵌套或递归数据结构。通过使用 indirect 关键字,Swift 可以处理引用自身的情况,这样就能够用简单的方式实现诸如树、链表和递归数学表达式等复杂结构。

使用场景

递归枚举适用于需要递归结构的场景,例如:

数学表达式解析:表达式可以递归地包含子表达式,如 (2 + 3) * 4。

树状结构:表示节点之间的递归关系,如文件系统、组织树。

链表:一个节点可以递归地引用下一个节点,直到结束。

相关文章

1、Swift科普文《枚举enum》:https://fangjunyu.com/2024/10/20/swift%e7%a7%91%e6%99%ae%e6%96%87%e3%80%8a%e6%9e%9a%e4%b8%beenum%e3%80%8b/

2、Swift生成枚举集合的CaseIterable协议:https://fangjunyu.com/2024/12/02/swift-%e7%94%9f%e6%88%90%e6%9e%9a%e4%b8%be%e9%9b%86%e5%90%88%e7%9a%84caseiterable%e5%8d%8f%e8%ae%ae/

   

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