在Swift中获取第n个字符：如何不降低性能

Swift中字符串的魔力：为何“获取某个字符”成了一道难题

任何从Python、JavaScript或C++转到Swift的开发者，最终都会遇到一道坎。看似简单的任务：“给我字符串的第三个字符。”在Python中是str[2]，在JavaScript中是str[2]，但在Swift中……却要复杂得多。如果你曾搜索过“Swift中获取字符串第n个字符”的答案，就会知道Stack Overflow上简直泛滥着这个问题（成千上万的浏览量，数百个赞）。

为什么呢？因为Swift不把字符串当作字节数组，而是当作一种复杂的、符合Unicode标准的字素序列。如果直接处理这项任务——性能会下降，代码也会变得难以阅读。

在本文中，我们不仅会给出答案。我们将深入剖析优化Swift中第n个字符的获取，考察不同方法的性能，并选出最佳方案。开始吧！

为什么string[2]行不通？String.Index快速入门

在Swift中，String不是一个支持随机访问的Character集合。它是一个通过索引访问的集合，而这些索引不是整数。为什么呢？

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• Unicode和字素。一个“字符”可能由多个Unicode标量组成（例如，表情符号“🇷🇺”或带重音的“é”）。如果索引只是简单的Int，那么str[1]可能只返回半个表情符号。
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• 性能。将索引存储为Int对于Unicode字符串来说是一种妥协。Swift对开头和结尾的访问是O(1)的，但对于任意索引，你需要遍历字符串。
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因此，在Swift中获取第n个字符的标准方法如下：

let str = "Привет, Swift!"\nlet index = str.index(str.startIndex, offsetBy: 2)\nlet char = str[index] // "и"

这能工作吗？能。是最优的吗？不是。

性能问题：offsetBy隐藏了什么

每次调用str.index(startIndex, offsetBy: n)都是一个O(n)操作。想象一个10000个字符的字符串，你想获取第9999个字符。Swift需要遍历所有9999个字符才能找到正确的那个。在一个循环中做100次？你得到的是平方复杂度。

下面是一个初学者常写的低效代码示例：

let longString = "A" + String(repeating: "b", count: 10_000) + "C"\nfor i in 0..<longString.count {\n    let index = longString.index(longString.startIndex, offsetBy: i)\n    let char = longString[index]\n    // 对char进行操作\n}

这段代码运行起来会非常慢，因为每次offsetBy调用都从startIndex开始。实际复杂度是O(n²)。

优化方案 #1：使用递增索引

加速Swift获取第n个字符的最简单方法，就是不要每次都从头开始重新计算索引。使用index(after:)或formIndex(after:)。

let longString = "A" + String(repeating: "b", count: 10_000) + "C"\nvar index = longString.startIndex\nfor _ in 0..<longString.count {\n    let char = longString[index]\n    // 对char进行操作\n    index = longString.index(after: index) // O(1)!\n}

现在复杂度是线性的O(n)。但如果我们需要按索引随机访问，而不是顺序访问呢？

优化方案 #2：转换为字符数组（附带说明）

如果你需要频繁地按任意索引访问字符（第n个字符），且字符串不是特别大，最简单的方法是将其转换为[Character]。这样访问就是O(1)了。

let str = "Привет, Swift!"\nlet chars = Array(str)\nlet char = chars[2] // "и