Python does not promote functional programming even though it works fairly well.
Anonymous function
匿名函数是一种语法糖(syntactic sugar):所有使用匿名函数的地方,都可以用普通函数代替,少了它程序一样写,匿名函数只是让这一过程更加简便可读。我国程序员们为了给小函数起一个能准确描述功能的英文名称,做归纳、查字典,花的时间比实现函数本身还要长。匿名函数一出,问题迎刃而解。不过从简便可读的角度来讲,Python 的匿名函数,即 lambda 函数,真是有点名不副实。lambda
关键字包含6个字母,外加一个空格,本身就很长,写出来的匿名函数更长,严重影响阅读。比如下面这个:
map(lambda x: x * x, lst)
同样的功能,Scala 写出来就清晰了不少:
lst map (x => x * x)
另外,lambda 函数体只支持一条语句,这也限制了它的功能。不过从另一方面来说,需要两条以上语句实现的函数就不该再作为匿名函数了。
Currying & partial application
Python 并不原生支持柯里化(currying),如果你一定要,那也可以有。
举例来说,你有一个函数 f:
def f(a, b, c):
print(a, b, c)
如果要将其柯里化,你可以改写成这样:
def f(a):
def g(b):
def h(c):
print(a, b, c)
return h
return g
In [2]: f(1)(2)(3)
1 2 3
In [3]: g = f(4)
In [4]: g(5)(6)
4 5 6
得益于函数在 Python 中一等公民的地位,即所谓 first-class function,你可以在函数中返回另一个函数,柯里化也由此实现。《Currying in Python》一文提供了一种将普通函数柯里化的方法。
Partial application(偏函数)与柯里化是相关但不同的概念。你可以用 functools.partial 得到一个函数的偏函数:
In [1]: def f(a, b, c):
...: print(a, b, c)
...:
In [2]: from functools import partial
In [3]: g = partial(partial(f, 1), 2)
In [4]: g(3)
1 2 3
Recursion & tail recursion
Python 不支持对尾递归函数的优化(tail recursion elimination, TRE),也根本不建议程序员在生产代码中使用递归。
摘录一段 Python 领导核心 Guido van Rossum 关于尾递归的讲话,供大家学习领会:
So let me defend my position (which is that I don't want TRE in the language). If you want a short answer, it's simply unpythonic.
Lazy evaluation
生成器(generator)就是 Python 中惰性求值(lazy evaluation)的一个例子:一个值只有当请求到来时,才会被计算。生成器的使用,可以看我的另一篇文章《用 Python 写一个函数式编程风格的斐波那契序列生成器》。
但是 Python 没有一些函数式编程语言中那种精确到每个值的惰性计算。比如在 Scala 中,你可以用关键字 lazy
定义一个值:
scala> lazy val a = 2 * 2
a: Int = <lazy>
scala> a
res0: Int = 4
直到第一次调用,值 a 才会被计算出来。
Python 可以曲折地实现类似的惰性计算特性。Python Cookbook 第三版 8.10 节展示了如何利用描述符(descriptor)实现类属性的惰性计算:
class lazyproperty(object):
def __init__(self, func):
self.func = func
def __get__(self, instance, cls):
if instance is None:
return self
else:
value = self.func(instance)
setattr(instance, self.func.__name__, value)
return value
定义好的 lazyproperty 作为装饰器(decorator),被装饰的属性就只有在被调用时才会求值,求得的值会被缓存供以后使用:
class Circle(object):
def __init__(self, radius):
self.radius = radius
@lazyproperty
def area(self):
print('Computing area')
return math.pi * self.radius ** 2
@lazyproperty
def perimeter(self):
print('Computing perimeter')
return 2 * math.pi * self.radius
In [16]: import math
In [17]: c = Circle(4.0)
In [18]: c.area
Computing area
Out[18]: 50.26548245743669
In [19]: c.area
Out[19]: 50.26548245743669
map, reduce & filter
好消息是,Python 支持这些基本的操作;而坏消息是,Python 不建议你使用它们。
在 Python 2 中,map
、reduce
和 filter
都是 build-in functions(内置函数),返回的都是列表或计算结果,使用起来很方便;但到了 Python 3,reduce
不再是内置函数,而被放入 functools
,map
和 filter
返回的不再是列表,而是可迭代的对象。假如你需要的恰恰是列表,那么使用起来略显繁琐。
In [1]: from platform import python_version
In [2]: print('Python', python_version())
Python 3.5.2
In [3]: n1 = [1, 2, 3]
In [4]: n2 = [4, 5, 6]
In [5]: import operator
In [6]: map(operator.add, n1, n2)
Out[6]: <map at 0x104749748>
In [7]: list(map(operator.add, n1, n2))
Out[7]: [5, 7, 9]
In [8]: import functools
In [9]: functools.reduce(operator.add, n1)
Out[9]: 6
如果不拘泥于 map
、reduce
的形式,实际上,list comprehension (列表推导)和 generator expression(生成器表达式)可以优雅地代替 map
和 filter
:
In [10]: [i + j for i, j in zip(n1, n2)] # list(map(operator.add, n1, n2))
Out[10]: [5, 7, 9]
In [11]: [i for i in n1 if i > 1] # list(filter(lambda x: x > 1, n1))
Out[11]: [2, 3]
一个 for
循环也总是可以代替 reduce
,当然,你得多写几行代码,看上去也不那么 functional 了。
此外,itertools 中还提供了 takewhile
、dropwhile
、filterfalse
、groupby
、permutations
、combinations
等诸多函数式编程中常用的函数。
其他
另外,Python 不支持 pattern matching,return 语句怎么看怎么像 imperative programming (命令式编程)余孽,这些都限制了 Python 成为一种更好的函数式编程语言。
综上所述,相信你对于如何使用 Python 编写函数式代码已经入门,考虑到 Python 语言设计上对函数式编程的诸多限制,下一步就该考虑放弃了……
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