python学习 函数式编程
2016-03-17 21:07
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一.定义:"函数式编程"是一种"编程范式"(programming
paradigm),也就是如何编写程序的方法论。
我们常见的编程范式有:命令式编程(Imperative
programming),函数式编程,逻辑式编程,常见的面向对象编程是也是一种命令式编程。
命令式编程是面向计算机硬件的抽象,有变量(对应着存储单元),赋值语句(获取,存储指令),表达式(内存引用和算术运算)和控制语句(跳转指令),一句话概括,命令式程序就是一个冯诺依曼机的指令序列。而函数式编程是面向数学的抽象,将计算描述为一种表达式求值,一句话概括,函数式程序就是一个表达式。
二.特点
1. 函数是"第一等公民"
指的是函数与其他数据类型一样,处于平等地位,可以赋值给其他变量,也可以作为参数,传入另一个函数,或者作为别的函数的返回值。
而高阶函数就是参数为函数或返回值为函数的函数。有了高阶函数,就可以将复用的粒度降低到函数级别,相对于面向对象语言,复用的粒度更低。
Pyhton的高级函数,如代码所示:
把函数abs作为另一个函数add的参数传入,那么函数add称为高阶函数,函数式编程就是指这种高度抽象的编程范式。
2. 只用"表达式",不用"语句"
"表达式"(expression)是一个单纯的运算过程,总是有返回值;"语句"(statement)是执行某种操作,没有返回值。函数式编程要求,只使用表达式,不使用语句。也就是说,每一步都是单纯的运算,而且都有返回值。
原因是函数式编程的开发动机,一开始就是为了处理运算(computation),不考虑系统的读写(I/O)。"语句"属于对系统的读写操作,所以就被排斥在外。
当然,实际应用中,不做I/O是不可能的。因此,编程过程中,函数式编程只要求把I/O限制到最小,不要有不必要的读写行为,保持计算过程的单纯性。
3. 没有"副作用"
指的是函数内部与外部互动(最典型的情况,就是修改全局变量的值),产生运算以外的其他结果。
函数式编程强调没有"副作用",意味着函数要保持独立,所有功能就是返回一个新的值,没有其他行为,尤其是不得修改外部变量的值。
4. 不修改状态
上一点已经提到,函数式编程只是返回新的值,不修改系统变量。因此,不修改变量,也是它的一个重要特点。
在其他类型的语言中,变量往往用来保存"状态"(state)。不修改变量,意味着状态不能保存在变量中。函数式编程使用参数保存状态,最好的例子就是递归。
5. 引用透明
引用透明(Referential transparency),指的是函数的运行不依赖于外部变量或"状态",只依赖于输入的参数,任何时候只要参数相同,引用函数所得到的返回值总是相同的。
有了前面的第三点和第四点,这点是很显然的。其他类型的语言,函数的返回值往往与系统状态有关,不同的状态之下,返回值是不一样的。这就叫"引用不透明",很不利于观察和理解程序的行为。
三、意义
1. 代码简洁,开发快速
函数式编程大量使用函数,减少了代码的重复,因此程序比较短,开发速度较快。
2. 接近自然语言,易于理解
函数式编程的自由度很高,可以写出很接近自然语言的代码。
3. 更方便的代码管理
函数式编程不依赖、也不会改变外界的状态,只要给定输入参数,返回的结果必定相同。因此,每一个函数都可以被看做独立单元,很有利于进行单元测试(unit testing)和除错(debugging),以及模块化组合。
4. 易于"并发编程"
函数式编程不需要考虑"死锁"(deadlock),因为它不修改变量,所以根本不存在"锁"线程的问题。不必担心一个线程的数据,被另一个线程修改,所以可以很放心地把工作分摊到多个线程,部署"并发编程"(concurrency)。
paradigm),也就是如何编写程序的方法论。
我们常见的编程范式有:命令式编程(Imperative
programming),函数式编程,逻辑式编程,常见的面向对象编程是也是一种命令式编程。
命令式编程是面向计算机硬件的抽象,有变量(对应着存储单元),赋值语句(获取,存储指令),表达式(内存引用和算术运算)和控制语句(跳转指令),一句话概括,命令式程序就是一个冯诺依曼机的指令序列。而函数式编程是面向数学的抽象,将计算描述为一种表达式求值,一句话概括,函数式程序就是一个表达式。
二.特点
1. 函数是"第一等公民"
指的是函数与其他数据类型一样,处于平等地位,可以赋值给其他变量,也可以作为参数,传入另一个函数,或者作为别的函数的返回值。
而高阶函数就是参数为函数或返回值为函数的函数。有了高阶函数,就可以将复用的粒度降低到函数级别,相对于面向对象语言,复用的粒度更低。
Pyhton的高级函数,如代码所示:
def add(x , y , f): return f(x) + f(y) print add(-5 , 6 , abs)
把函数abs作为另一个函数add的参数传入,那么函数add称为高阶函数,函数式编程就是指这种高度抽象的编程范式。
2. 只用"表达式",不用"语句"
"表达式"(expression)是一个单纯的运算过程,总是有返回值;"语句"(statement)是执行某种操作,没有返回值。函数式编程要求,只使用表达式,不使用语句。也就是说,每一步都是单纯的运算,而且都有返回值。
原因是函数式编程的开发动机,一开始就是为了处理运算(computation),不考虑系统的读写(I/O)。"语句"属于对系统的读写操作,所以就被排斥在外。
当然,实际应用中,不做I/O是不可能的。因此,编程过程中,函数式编程只要求把I/O限制到最小,不要有不必要的读写行为,保持计算过程的单纯性。
3. 没有"副作用"
指的是函数内部与外部互动(最典型的情况,就是修改全局变量的值),产生运算以外的其他结果。
函数式编程强调没有"副作用",意味着函数要保持独立,所有功能就是返回一个新的值,没有其他行为,尤其是不得修改外部变量的值。
4. 不修改状态
上一点已经提到,函数式编程只是返回新的值,不修改系统变量。因此,不修改变量,也是它的一个重要特点。
在其他类型的语言中,变量往往用来保存"状态"(state)。不修改变量,意味着状态不能保存在变量中。函数式编程使用参数保存状态,最好的例子就是递归。
5. 引用透明
引用透明(Referential transparency),指的是函数的运行不依赖于外部变量或"状态",只依赖于输入的参数,任何时候只要参数相同,引用函数所得到的返回值总是相同的。
有了前面的第三点和第四点,这点是很显然的。其他类型的语言,函数的返回值往往与系统状态有关,不同的状态之下,返回值是不一样的。这就叫"引用不透明",很不利于观察和理解程序的行为。
三、意义
1. 代码简洁,开发快速
函数式编程大量使用函数,减少了代码的重复,因此程序比较短,开发速度较快。
2. 接近自然语言,易于理解
函数式编程的自由度很高,可以写出很接近自然语言的代码。
3. 更方便的代码管理
函数式编程不依赖、也不会改变外界的状态,只要给定输入参数,返回的结果必定相同。因此,每一个函数都可以被看做独立单元,很有利于进行单元测试(unit testing)和除错(debugging),以及模块化组合。
4. 易于"并发编程"
函数式编程不需要考虑"死锁"(deadlock),因为它不修改变量,所以根本不存在"锁"线程的问题。不必担心一个线程的数据,被另一个线程修改,所以可以很放心地把工作分摊到多个线程,部署"并发编程"(concurrency)。
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