本节内容
一、函数式编程 |
函数是Python内建支持的一种封装,我们通过把大段代码拆成函数,通过一层一层的函数调用,就可以把复杂任务分解成简单的任务,
这种分解可以称之为面向过程的程序设计。函数就是面向过程的程序设计的基本单元。
我们首先要搞明白计算机(Computer)和计算(Compute)的概念。
在计算机的层次上,CPU执行的是加减乘除的指令代码,以及各种条件判断和跳转指令,所以,汇编语言是最贴近计算机的语言。
而计算则指数学意义上的计算,越是抽象的计算,离计算机硬件越远。
对应到编程语言,就是越低级的语言,越贴近计算机,抽象程度低,执行效率高,比如C语言;
越高级的语言,越贴近计算,抽象程度高,执行效率低,比如Lisp语言。
函数式编程就是一种抽象程度很高的编程范式,纯粹的函数式编程语言编写的函数没有变量,
因此,任意一个函数,只要输入是确定的,输出就是确定的,这种纯函数我们称之为没有副作用。
而允许使用变量的程序设计语言,由于函数内部的变量状态不确定,同样的输入,可能得到不同的输出,因此,这种函数是有副作用的。
函数式编程的一个特点就是,允许把函数本身作为参数传入另一个函数,还允许返回一个函数!
Python对函数式编程提供部分支持。由于Python允许使用变量,因此,Python不是纯函数式编程语言。
二、高阶函数 |
高阶函数 Higher-order function
1、变量可以指向函数
print(abs(-10)) # 调用绝对值函数 print(abs) # 函数本身 x = abs(-10) # 函数返回值 10 赋给变量 x, f = abs # 函数本身赋值给变量 f ,即变量可以指向函数 print(f(-10)) # 输出结果为 10 # 说明变量 f 已经指向了abs函数本身。直接调用abs()函数和调用变量f()完全相同
2、函数名也是变量
函数名其实就是指向函数的变量!对于abs()这个函数,完全可以把函数名abs看成变量,它指向一个可以计算绝对值的函数
abs = 10 print(abs) # 输出结果 10 print(abs(-10)) # 错误信息 TypeError: 'int' object is not callable
把abs指向10后,就无法通过abs(-10)调用该函数了!因为abs这个变量已经不指向求绝对值函数而是指向一个整数10!
3、传入函数
既然变量可以指向函数,函数的参数能就收变量,那么一个函数就可以接收另一个函数作为参数,这种函数就称之为高阶函数
def add(x, y, f): return f(x) + f(y) add_sum = add(-10, 10, abs) # x=-10 y=10 f=abs print(add_sum)
编写高阶函数,就是让函数的参数能够接收别的函数
三、返回函数 |
1、函数作为返回值
高阶函数除了可以接收函数作为参数外,还可以把函数作为结果值返回。
实现一个可变参数的求和。通常情况下,求和的参数是这样定义的:
def calc_sum(*args): ax = 0 for n in args: ax += n return ax
但是,如果不立刻求和,而是在后面的代码中,根据需要再计算,所以可以不返回求和的结果,而是返回求和的函数:
def lazy_sum(*args): def inner_sum(): ax = 0 for n in args: ax += n return ax return inner_sum # 定义时,返回相应函数 f1 = lazy_sum(1, 3, 5, 7, 9) # 调用函数lazy_sum,返回值为函数inner_sum f2 = lazy_sum(1, 3, 5, 7, 9) # 调用函数lazy_sum,返回值为函数inner_sum print(f1) # <function lazy_sum.<locals>.inner_sum at 0x000000B2C801C510>,返回值为函数 inner_sum print(f1 == f2) # False, 说明 f1和f2是独立的 print(f1()) # 调用函数f1,返回值为求和结果 print(f2()) # 调用函数f2,返回值为求和结果
在这个例子中,我们在函数lazy_sum中又定义了函数calc_sum,并且,内部函数calc_sum可以引用外部函数lazy_sum的参数和局部变量,
当lazy_sum返回函数calc_sum时,相关参数和变量都保存在返回的函数中,这种称为“闭包(Closure)”的程序结构拥有极大的威力。
请再注意一点,当我们调用lazy_sum()时,每次调用都会返回一个新的函数,即使传入相同的参数。
2、闭包特性
注意到返回的函数在其定义内部引用了局部变量args,所以,当一个函数返回了一个函数后,其内部的局部变量还被新函数引用
闭包用起来简单,实现起来可不容易。
另一个需要注意的问题是,返回的函数并没有立刻执行,而是直到调用了f()才执行。我们来看一个例子:
def count(): fs = [] for i in range(1, 4): def func(): return i*i fs.append(func) # 把函数名func,添加到列表fs return fs # 返回值为列表 print(count()) # 列表,其中元素为函数func f4, f5, f6 = count() # 把列表元素依次赋给f4,f5,f6 print("f4(): ", f4()) # 调用函数func(),返回 i*i,结果为9 print("f5(): ", f4()) # 调用函数func(),返回 i*i,结果为9 print("f4(): ", f4()) # 调用函数func(),返回 i*i,结果为9
在上面的例子中,每次循环,都创建了一个新的函数,然后,把创建的3个函数都返回了,实际的返回结果都为9。
原因在于返回的函数引用了变量i,但它并非立刻执行。等到3个函数都返回时,它们所引用的变量i已经变成了9,因此最终结果都为9
返回闭包时牢记的一点就是:返回函数不要引用任何循环变量,或者后续会发生变化的变量