给 String 实现一个安全的 subscript 方法

完整的实现：Gist

最近刚好接触了字符串的切片，原生的 API 各种麻烦，我就试着实现了几个语法糖，目标是：

let str = "Swift-Evolution"
str[3...]   // "ft-Evolution"
str[...3]   // "Swif"
str[..<3]   // "Swi"
str[3...11] // "ft-Evolut"

Swift 4 的字符串原生也是带 subscript 方法的，接收 Range<String.Index> 之类的范围类型作为参数，而我们需要的是使用 Range<Int> 进行调用，那我们只要构造一个过程，让 Range<Int> map 到 Range<String.Index> 就行了。

subscript(_ range: Range<Int>) -> String {
    let newStartIndex = index(startIndex, offsetBy: range.lowerBound)
    let newEndIndex   = index(startIndex, offsetBy: range.upperBound)
    let newRange      = [newStartIndex..<newEndIndex] // Range<String.Index>
    return String(self[newRange])
}

但这种方式其实是不安全的，可能会出现越界导致的崩溃：

str[(-22)...(-11)] // fatalError

我采取的是这样的检验方式，先检验索引值是否在合理的范围内，如果不合理的话，就拉回到最近的边界上，然后再检查它作为一个起始点和终止点是否合理，如果不合理就返回 nil：

private func validIndex(original: Int) -> String.Index {
    switch original {
    case ...startIndex.encodedOffset : return startIndex
    case endIndex.encodedOffset...   : return endIndex
    default                          : return index(startIndex, offsetBy: original)
    }
}
    
private func validStartIndex(original: Int) -> String.Index? {
    guard original <= endIndex.encodedOffset else { return nil }
    return validIndex(original:original)
}
    
private func validEndIndex(original: Int) -> String.Index? {
    guard original >= startIndex.encodedOffset else { return nil }
    return validIndex(original:original)
}

然后前面的那段代码就可以改写成这样：

subscript(_ range: CountableRange<Int>) -> String {
    guard
        let startIndex = validStartIndex(original: range.lowerBound),
        let endIndex   = validEndIndex(original: range.upperBound),
        startIndex < endIndex
    else {
        return ""
    }
    
    return String(self[startIndex..<endIndex])
}

这里的抽象，可以这么理解，字符串是无限长的，平躺在坐标轴上，它只有一小段是有意义的，我们有字符串从开头到结尾的一个范围 A，有要取值的范围 B，两个范围取交集就是我们取值的结果。如果没有交集，那么获取到的就是一个空集：

索引             0
------------------------------------
字符串           Swfit-Evolution
字符串范围       |--------------|
取值范围    |------------|
交集            |=======|        

而实际实现的时候，我们其实需要实现 8 个范围类型 Range / ClosedRange / CountableRange / CountableClosedRange / PartialRangeFrom/PartialRangeThrough / PartialRangeUpTo / CountablePartialRangeFrom。

原因是 Swift 的泛型系统还有没完善，需要实现 Condition Conformance 才可以更好地把范围抽象出来，类似于 Countable 的特性是可以通过泛型抽象出来的，而没必要使用那么多的类型，更具体的解释可以看 Ole Begemann 大神对于 Range 类型的解释。

如果实现了 Condition Comformance 的话，只要像文章开头说的那样，一个 map 就能解决了，而不需要像现在这样每个类型写一套。

到现在其实还是没有很懂为什么 Swift 要封装出一个 String.Index 的概念？编码吗？

最后献上一段有趣的代码：

extension Collection {
    // could choose to handle or fail on gaps, out-of-order ranges, overlapping ranges etc
    func fields<P: Collection>(at positions: P) -> [String: SubSequence]? 
        where P.Element == (key: String, value: CountableRange<IndexDistance>)
    { }
}

let barcodeSchema: DictionaryLiteral = [
    "name": 2..<22,
    "pnrCode": 23..<30,
    "fromCity": 30..<33,
    "toCity": 33..<36,
    "carrier": 36..<39,
    "flightNumber": 39..<44,
    "day": 45..<47,
    "seatNo": 47..<51,
]

let fields = barcode.fields(at: barcodeSchema)!