Python 函數(shù)式編程

Python 不是純粹的函數(shù)式語言，但你可以使用 Python 進(jìn)行函數(shù)式編程

典型的聽君一席話，如聽一席話，說白了就是 Python 具備函數(shù)式編程的特性，

so，可以借用函數(shù)式語言的設(shè)計模式和編程技術(shù)，把代碼寫成函數(shù)式編程的樣子

一般此時我會吹噓一下，函數(shù)式代碼比較簡潔和優(yōu)雅~

好了，已經(jīng)吹噓完了。

以上內(nèi)容都屬于講道理的范圍，那在 Python 中有哪些適合函數(shù)式編程的技能點

又有哪些不適的點呢？

下述 2 點先有個印象就行

優(yōu)點：生成器表達(dá)式，這個后面咱會反復(fù)提及，具備很多高階函數(shù)，例如 reduce，map，filter 三巨頭。

缺點：沒有無限遞歸等~

如果你去百度 “什么是函數(shù)式編程”，很多地方會給出答案

函數(shù)式編程：允許把函數(shù)本身作為參數(shù)傳入另一個函數(shù)，還允許返回一個函數(shù)。

有道理！

其實函數(shù)式編程就是在函數(shù)中定義表達(dá)式和實現(xiàn)表達(dá)式的求職，說白了就是用函數(shù)落地你的代碼。

看起來好像是廢話，它還有一個補充的說明，在函數(shù)式編程中要避免狀態(tài)變化和使用可變對象。

其中避免狀態(tài)變化 重點要關(guān)注賦值語句以及它如何改變狀態(tài)，因此你在函數(shù)式編程中，不會看到 global，nolocal 等內(nèi)容。

同一案例的不同寫法，展示函數(shù)式編程

概念與原理都是比較抽象的，咱還是少說概念，這個留到未來你自己總結(jié)就好，直接展示源碼差異。

計算 1~100 內(nèi)，計算 5 與 7 的倍數(shù)之和

面向過程的寫法

count = 0
for num in range(1, 101):
    if num % 5 == 0 or num % 7 == 0:
        count += num
print(count)

在面向過程的寫法中，邏輯都是從上向下進(jìn)行運行的，例如 num 從 1 數(shù)到 100，如果對 5 或者對 7 取余等于 0，那表示可以整除，然后將 count 與對應(yīng)的 num 相加，得到最后的余數(shù)。

這種思路是純面向過程的寫法，一般我們學(xué)習(xí)編程時，首先學(xué)會的就是該類寫法。

面向?qū)ο蟮膶懛?/h3>

該類寫法有兩種，一種是使用 Python 內(nèi)置的列表實現(xiàn)，一種是自己聲明一個類來實現(xiàn)。

第一種寫法：

count = list()
for num in range(1, 101):
    if num % 5 == 0 or num % 7 == 0:
        count.append(num)
print(sum(count))

在上述寫法中，變量 count 聲明一個 list，即列表對象，但是整理看起來還是有些過程式編程語言的影子。

例如最后的 sum(count) 的使用就有些奇怪，看不出來面向?qū)ο蟮挠白印?/p>

接下來，咱們創(chuàng)建一個自定義的類，進(jìn)行邏輯實現(xiàn)。

class My_List_Sum(list):
    def sum(self):
        count = 0
        for n in self:
            count += n
        return count
count = My_List_Sum()
for num in range(1, 101):
    if num % 5 == 0 or num % 7 == 0:
        count.append(num)
print(count.sum())

上述代碼，我們自行實現(xiàn)了一個 My_List_Sum 類，讓它繼承自 list，此時你應(yīng)該明白，list 就是一個類名，然后在類的內(nèi)部實現(xiàn)了 sum 方法，再調(diào)用該對象的 sum 方法，完美的應(yīng)用了面向?qū)ο蟮膶懛ā?/p>

接下來進(jìn)入正題，函數(shù)式編程的落地實現(xiàn)

在正式編寫前，需要回憶一些基礎(chǔ)知識，例如 lambda 表達(dá)式以及列表相加。

判斷一個數(shù)字是 5 或者 7 的倍數(shù)， lambda 寫法如下：

multiple = lambda x: x % 5 == 0 or x % 7 == 0
a = multiple(3) # False
b = multiple(5) # True
c = multiple(7) # False
print(a, b, c)

列表相加代碼如下：

print([1]+[2]) # [1,2]

有了上述內(nèi)容，可以編寫一個遞歸函數(shù)，實現(xiàn)對應(yīng)的邏輯，代碼的說明已經(jīng)添加到注釋中。

def tool(n: int, end: int, filter_func) -> list:
    """返回一個篩選之后的列表
    :param n: 起始值
    :param end: 終止值
    :param filter_func: 判斷表達(dá)式
    """
    # 如果到達(dá)上限，直接返回空列表
    if n == end: return []
    # 如果滿足過濾條件，返回該值與下一個值組成的列表
    if filter_func(n):
        return [n] + tool(n + 1, end, filter_func)
    else:
        # 不滿足過濾條件，直接返回下一個值
        return tool(n + 1, end, filter_func)
# 測試代碼
ret = tool(1, 101, lambda x: x % 5 == 0 or x % 7 == 0)
print(ret)
print(sum(ret))

上述代碼即為求和的函數(shù)式實現(xiàn)，其中部分邏輯如下：

• 給定初始值與上限值，當(dāng)?shù)闹档扔谏舷拗禃r，返回空列表，即運行結(jié)束；
• 傳入一個判斷條件，本案例中為一個 lambda 表達(dá)式，用于判斷 5 和 7 的倍數(shù)；
• 當(dāng)滿足條件時，進(jìn)行的是相加+迭代工作，當(dāng)不滿足條件時，直接進(jìn)入下一次迭代。

當(dāng)然還有一種函數(shù)式編程的寫法，代碼如下：

print(sum(n for n in range(1, 101) if n % 5 == 0 or n % 7 == 0))

這里用到的生成器后文會進(jìn)行說明。

Python 函數(shù)式編程的特點

在 Python 中，函數(shù)即對象，例如聲明一個函數(shù)之后，你可以調(diào)用其屬性。

下述代碼展示的即為函數(shù)對象的屬性，其余內(nèi)容可以自行再做測試。

def my_func(var1, var2, **kw):
    return var1 + var2
print(type(my_func))  # <class 'function'>
print(my_func.__code__)
print(my_func.__dict__)
print(my_func.__code__.co_code)
print(my_func.__code__.co_filename)
print(my_func.__code__.co_argcount)

函數(shù)式編程之所以高效，其中一個很重要的原因就是延遲計算，也叫做惰性求值，這些在后面都將逐步展開，現(xiàn)在依舊是接收一下印象概念。

正是因為函數(shù)即對象，所有才有本文開篇那段對函數(shù)式編程的定義。

函數(shù)可以使用其它函數(shù)作為參數(shù)，或者返回另一個函數(shù)，所以在實際編碼過程中，我們將會把函數(shù)轉(zhuǎn)換成其它代碼中的 “對象”，從而實現(xiàn)函數(shù)式編程。

接下來咱們要接觸一下 Python 中的純函數(shù)概念以及應(yīng)用。

純函數(shù)

純函數(shù)是一個概念，也就是讓函數(shù)不會對函數(shù)外作用域產(chǎn)生影響，即作用域為本地。

說簡單點，就是在函數(shù)內(nèi)部避免賦值操作，當(dāng)然類似 global 等關(guān)鍵字也避免使用。

針對此，lambda 表達(dá)式就是純函數(shù)。

首先查看一個純函數(shù)的例子：

def my_func(num: int) -> int:
    return num * 100

上述代碼中函數(shù)的返回值僅與 num 有關(guān)，滿足下面兩個條件：

• 沒有改變?nèi)肿兞浚?/li>
• 沒有更新可變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如列表，字典。

接觸完畢純函數(shù)概念之后，下面了解一下函數(shù)作為對象的落地應(yīng)用。

在 Python 中聲明一個類，默認(rèn)會攜帶部分內(nèi)置的方法，例如：

from typing import Callable
# 聲明一個類，該類無意義，僅測試使用
class Ext:
    # 傳入的函數(shù)，可攜帶1~2個參數(shù)
    def __init__(self, test_demo: Callable[[int], int]) -> None:
        self.func = test_demo
    # 返回結(jié)果擴大2倍
    def __call__(self, arg: int) -> int:
        return self.func(arg) * 2
def one_func(var):
    return var + 1
def two_func(var):
    return var * 3
def three_func(var):
    return var
a = Ext(one_func)
print(a(3))  # 8
b = Ext(two_func)
print(b(3))  # 18
c = Ext(three_func)
print(c(3))  # 6

上述代碼使用了一個新的模塊 typing，該模塊是 Python 3.5 之后新增的模塊，主要為 Python 提供靜態(tài)類型的檢查 。

本案例中導(dǎo)入的是回調(diào)函數(shù) Callable，格式如下：

Callable[[Arg1Type, Arg2Type],ReturnType]

其中內(nèi)部中括號 Arg1Type 是參數(shù)類型，ReturnType 為返回值類型。

上述三個函數(shù)的簽名都與 Callable 定義的一致，所以都可以作為 test_demo 參數(shù)的值去傳遞。

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