7 函數(shù)式編程

函數(shù)是Python內(nèi)建支持的一種封裝，我們通過(guò)把大段代碼拆成函數(shù)，通過(guò)一層一層的函數(shù)調(diào)用，就可以 把復(fù)雜任務(wù)分解成簡(jiǎn)單的任務(wù)，這種分解可以稱之為面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì) 。函數(shù)就是面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)的基本單元。

函數(shù)式編程 （請(qǐng)注意多了一個(gè)“式”字）——Functional Programming，雖然也可以歸結(jié)到面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)，但其思想更接近數(shù)學(xué)計(jì)算。

計(jì)算機(jī)（Computer）和計(jì)算（Compute）的概念：

• 在計(jì)算機(jī)的層次上，CPU執(zhí)行的是加減乘除的指令代碼，以及各種條件判斷和跳轉(zhuǎn)指令，所以，匯編語(yǔ)言是最貼近計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言。
• 而計(jì)算則指數(shù)學(xué)意義上的計(jì)算，越是抽象的計(jì)算，離計(jì)算機(jī)硬件越遠(yuǎn)。

對(duì)應(yīng)到編程語(yǔ)言，就是越低級(jí)的語(yǔ)言，越貼近計(jì)算機(jī)，抽象程度低，執(zhí)行效率高，比如C語(yǔ)言；越高級(jí)的語(yǔ)言，越貼近計(jì)算，抽象程度高，執(zhí)行效率低，比如Lisp語(yǔ)言。

函數(shù)式編程就是一種抽象程度很高的編程范式，純粹的函數(shù)式編程語(yǔ)言編寫的函數(shù)沒(méi)有變量，因此，任意一個(gè)函數(shù)，只要輸入是確定的，輸出就是確定的，這種純函數(shù)我們稱之為沒(méi)有副作用。而允許使用變量的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，由于函數(shù)內(nèi)部的變量狀態(tài)不確定，同樣的輸入，可能得到不同的輸出，因此，這種函數(shù)是有副作用的。

函數(shù)式編程的一個(gè)特點(diǎn)就是，允許把函數(shù)本身作為參數(shù)傳入另一個(gè)函數(shù)，還允許返回一個(gè)函數(shù)！
由于Python允許使用變量，因此， Python不是純函數(shù)式編程語(yǔ)言。

高階函數(shù)

高階函數(shù)英文叫Higher-order function

函數(shù)本身也可以賦值給變量，即：變量可以指向函數(shù)。


如果一個(gè)變量指向了一個(gè)函數(shù)，那么，可否通過(guò)該變量來(lái)調(diào)用這個(gè)函數(shù)？用代碼驗(yàn)證一下：

對(duì)于abs()這個(gè)函數(shù)，完全可以把函數(shù)名abs看成變量，它指向一個(gè)可以計(jì)算絕對(duì)值的函數(shù)！

因?yàn)閍bs這個(gè)變量已經(jīng)不指向求絕對(duì)值函數(shù)而是指向一個(gè)整數(shù)10！

傳入函數(shù)
一個(gè)函數(shù)就可以接收另一個(gè)函數(shù)作為參數(shù)，這種函數(shù)就稱之為 高階函數(shù)。

一個(gè)最簡(jiǎn)單的高階函數(shù)：

map/reduce

Python內(nèi)建了map()和reduce()函數(shù)。
map()函數(shù)接收兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是函數(shù)，一個(gè)是Iterable，map將傳入的函數(shù)依次作用到序列的每個(gè)元素，并把結(jié)果作為新的Iterator返回。

map()作為高階函數(shù)，事實(shí)上它把運(yùn)算規(guī)則抽象了，因此，我們不但可以計(jì)算簡(jiǎn)單的f(x)=x2，還可以計(jì)算任意復(fù)雜的函數(shù)，比如，把這個(gè)list所有數(shù)字轉(zhuǎn)為字符串：

再看reduce的用法。reduce把一個(gè)函數(shù)作用在一個(gè)序列[x1, x2, x3, …]上，這個(gè)函數(shù)必須接收兩個(gè)參數(shù)，reduce把結(jié)果繼續(xù)和序列的下一個(gè)元素做累積計(jì)算，其效果就是



考慮到字符串str也是一個(gè)序列，對(duì)上面的例子稍加改動(dòng)，配合map()，我們就可以寫出把str轉(zhuǎn)換為int的函數(shù)：

還可以用lambda函數(shù)進(jìn)一步簡(jiǎn)化成：

假設(shè)Python沒(méi)有提供int()函數(shù)，你完全可以自己寫一個(gè)把字符串轉(zhuǎn)化為整數(shù)的函數(shù)，而且只需要幾行代碼！

filter：用于過(guò)濾序列。

filter()把傳入的函數(shù)依次作用于每個(gè)元素， 然后根據(jù)返回值是True還是False決定保留還是丟棄該元素。
例如，在一個(gè)list中，刪掉偶數(shù)，只保留奇數(shù)，可以這么寫：

把一個(gè)序列中的空字符串刪掉，可以這么寫：

sorted排序算法

如果是數(shù)字，我們可以直接比較，但如果是字符串或者兩個(gè)dict呢？直接比較數(shù)學(xué)上的大小是沒(méi)有意義的，因此，比較的過(guò)程必須通過(guò)函數(shù)抽象出來(lái)。

此外，sorted()函數(shù)也是一個(gè)高階函數(shù)，它還可以接收一個(gè)key函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自定義的排序，例如按絕對(duì)值大小排序：

key指定的函數(shù)將作用于list的每一個(gè)元素上，并根據(jù)key函數(shù)返回的結(jié)果進(jìn)行排序。對(duì)比原始的list和經(jīng)過(guò)key=abs處理過(guò)的list：

字符串排序的例子：

默認(rèn)情況下，對(duì)字符串排序，是按照ASCII的大小比較的，由于’Z’ < ‘a(chǎn)’，結(jié)果，大寫字母Z會(huì)排在小寫字母a的前面。

用sorted()排序的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)一個(gè)映射函數(shù)。

返回函數(shù)：

函數(shù)作為返回值：高階函數(shù)除了可以接受函數(shù)作為參數(shù)外，還可以把函數(shù)作為結(jié)果值返回。
實(shí)現(xiàn)一個(gè)可變參數(shù)的求和

但是，如果不需要立刻求和，而是在后面的代碼中，根據(jù)需要再計(jì)算怎么辦？可以不返回求和的結(jié)果，而是返回求和的函數(shù)：

當(dāng)我們調(diào)用lazy_sum()時(shí)，返回的并不是求和結(jié)果，而是求和函數(shù)：

調(diào)用函數(shù)f時(shí)，才真正計(jì)算求和的結(jié)果：

閉包
注意到返回的函數(shù)在其定義內(nèi)部引用了局部變量args，所以，當(dāng)一個(gè)函數(shù)返回了一個(gè)函數(shù)后，其內(nèi)部的局部變量還被新函數(shù)引用，所以，閉包用起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)可不容易。

匿名函數(shù)

當(dāng)我們?cè)趥魅牒瘮?shù)時(shí)，有些時(shí)候，不需要顯式地定義函數(shù)，直接傳入匿名函數(shù)更方便。

通過(guò)對(duì)比可以看出，匿名函數(shù)lambda x: x * x實(shí)際上就是：

關(guān)鍵字lambda表示匿名函數(shù)，冒號(hào)前面的x表示函數(shù)參數(shù)。
匿名函數(shù)有個(gè)限制，就是只能有一個(gè)表達(dá)式，不用寫return，返回值就是該表達(dá)式的結(jié)果。

用匿名函數(shù)有個(gè)好處，因?yàn)楹瘮?shù)沒(méi)有名字，不必?fù)?dān)心函數(shù)名沖突。此外，匿名函數(shù)也是一個(gè)函數(shù)對(duì)象，也可以把匿名函數(shù)賦值給一個(gè)變量，再利用變量來(lái)調(diào)用該函數(shù)

裝飾器

由于函數(shù)也是一個(gè)對(duì)象，而且函數(shù)對(duì)象可以被賦值給變量，所以，通過(guò)變量也能調(diào)用該函數(shù)。

函數(shù)對(duì)象有一個(gè)__name__屬性，可以拿到函數(shù)的名字：

現(xiàn)在，假設(shè)我們要增強(qiáng)now()函數(shù)的功能，比如，在函數(shù)調(diào)用前后自動(dòng)打印日志，但又不希望修改now()函數(shù)的定義，這種在代碼運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)增加功能的方式，稱之為“裝飾器”（Decorator）。

本質(zhì)上，decorator就是一個(gè)返回函數(shù)的高階函數(shù)。所以，我們要定義一個(gè)能打印日志的decorator，可以定義如下：

觀察上面的log，因?yàn)樗且粋€(gè)decorator，所以接受一個(gè)函數(shù)作為參數(shù)，并返回一個(gè)函數(shù)。我們要借助Python的@語(yǔ)法，把decorator置于函數(shù)的定義處：

調(diào)用now()函數(shù)，不僅會(huì)運(yùn)行now()函數(shù)本身，還會(huì)在運(yùn)行now()函數(shù)前打印一行日志：

把@log放到now()函數(shù)的定義處，相當(dāng)于執(zhí)行了語(yǔ)句：

由于log()是一個(gè)decorator，返回一個(gè)函數(shù)，所以，原來(lái)的now()函數(shù)仍然存在，只是現(xiàn)在同名的now變量指向了新的函數(shù)，于是調(diào)用now()將執(zhí)行新函數(shù)，即在log()函數(shù)中返回的wrapper()函數(shù)。

偏函數(shù)

Python的functools模塊提供了很多有用的功能，其中一個(gè)就是偏函數(shù)（Partial function）。要注意，這里的偏函數(shù)和數(shù)學(xué)意義上的偏函數(shù)不一樣。

int()函數(shù)還提供額外的base參數(shù)，默認(rèn)值為10。如果傳入base參數(shù)，就可以做N進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：

假設(shè)要轉(zhuǎn)換大量的二進(jìn)制字符串，每次都傳入int(x, base=2)非常麻煩，于是，我們想到，可以定義一個(gè)int2()的函數(shù)，默認(rèn)把base=2傳進(jìn)去：

這樣，我們轉(zhuǎn)換二進(jìn)制就非常方便了：

functools.partial就是幫助我們創(chuàng)建一個(gè)偏函數(shù)的，不需要我們自己定義int2()，可以直接使用下面的代碼創(chuàng)建一個(gè)新的函數(shù)int2：

所以，簡(jiǎn)單總結(jié)functools.partial的作用就是，把一個(gè)函數(shù)的某些參數(shù)給固定住（也就是設(shè)置默認(rèn)值），返回一個(gè)新的函數(shù)，調(diào)用這個(gè)新函數(shù)會(huì)更簡(jiǎn)單。

注意到上面的新的int2函數(shù)，僅僅是把base參數(shù)重新設(shè)定默認(rèn)值為2，但也可以在函數(shù)調(diào)用時(shí)傳入其他值：

最后，創(chuàng)建偏函數(shù)時(shí)，實(shí)際上可以接收函數(shù)對(duì)象、*args和**kw這3個(gè)參數(shù)，當(dāng)傳入：

實(shí)際上固定了int()函數(shù)的關(guān)鍵字參數(shù)base，也就是：


當(dāng)傳入：