Python函數(shù)式編程實(shí)例詳解

本文實(shí)例講述了Python函數(shù)式編程。分享給大家供大家參考，具體如下：

函數(shù)式編程就是一種抽象程度很高的編程范式，從計(jì)算機(jī)硬件->匯編語(yǔ)言->C語(yǔ)言->Python抽象程度越高、越貼近于計(jì)算，但執(zhí)行效率也越低。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)！

Python對(duì)函數(shù)式編程提供部分支持，支持高階函數(shù)（函數(shù)可以作為變量傳入），支持閉包（返回一個(gè)函數(shù)），有限地支持匿名函數(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。

1、高階函數(shù)

即可以通過(guò)變量名指向函數(shù)，函數(shù)通過(guò)變量名作為參數(shù)傳給另一個(gè)函數(shù)，并通過(guò)變量名來(lái)使用。例如下面將開方函數(shù)math.sqrt作為參數(shù)傳遞給變量f，變量名f就指向了函數(shù)math.sqrt，再通過(guò)變量f使用該函數(shù)給x、y開方。

import math
def add(x, y, f):
  return f(x) + f(y) # 函數(shù)作為參數(shù)傳遞給f來(lái)調(diào)用
res = add(25, 9, math.sqrt)
print(res)

map函數(shù)接收一個(gè)函數(shù) f 和一個(gè) list，并把函數(shù) f 依次作用在 list 的每個(gè)元素上，得到一個(gè)iterators并返回。

def format_name(s):
  return s[0].upper()+s[1:].lower()  #將列表的每個(gè)元素首字母大寫，其他小寫
print(list(map(format_name, ['adam', 'LISA', 'barT'])))
#輸出：['Adam', 'Lisa', 'Bart']

filter()根據(jù)判斷函數(shù)f的結(jié)果自動(dòng)過(guò)濾掉不符合條件的元素，以iterators返回剩下的元素

def is_odd(x):
  return x % 2 == 1 # 過(guò)濾函數(shù)，x為奇返回True
f_res = filter(is_odd, [1, 4, 6, 7, 9, 12, 17])
print(list(f_res))  # 輸出過(guò)濾后的結(jié)果list：1 7 9 17

sorted()函數(shù)用于對(duì)可迭代的對(duì)象進(jìn)行排序，參數(shù)key=指定排序的關(guān)鍵字，這里可以借助functools.cmp_to_keys()將比較方法映射為自定義的方法。例如實(shí)現(xiàn)了降序排列，比較函數(shù)cmp返回值 -1 代表a 應(yīng)該排在 b 的前面，如果a排在b 的后面返回 1。如果 a、b相等返回 0。

import functools
def cmp(a, b):
  if b < a:
    return -1
  if a < b:
    return 1
  return 0
a = [1, 2, 5, 4]
print(sorted(a, key=functools.cmp_to_key(cmp)))

2、匿名函數(shù)和閉包

有時(shí)函數(shù)簡(jiǎn)單到只有一個(gè)表達(dá)式時(shí)，為了簡(jiǎn)化代碼可以使用匿名函數(shù)來(lái)代替，匿名函數(shù)一般形式為lambda 參數(shù):返回表達(dá)式，例如lambda x:x*x，就是傳入x參數(shù)并返回x的平方。例如在使用map()函數(shù)時(shí)需要傳入一個(gè)函數(shù)用于list的元素，此時(shí)可以使用匿名函數(shù)作為參數(shù)

lst = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
res = map(lambda x: x * x, lst)  # 將匿名函數(shù)作用于lst
print(list(res))

函數(shù)的閉包（Closure）是指內(nèi)層函數(shù)引用了外層函數(shù)的變量，然后將內(nèi)層函數(shù)像變量一樣返回的情況。例如函數(shù)calc_prod()接收一個(gè)list，在其內(nèi)部定義一個(gè)函數(shù)multiply，計(jì)算list元素的乘積并將multiply返回。用f接收calc_prod()的返回函數(shù)，并在之后調(diào)用該函數(shù)

def calc_prod(lst):
  def multiply():
    res=1
    for i in lst:
      res=res*i
    return res
  return multiply  # 將函數(shù)返回
f = calc_prod([1, 2, 3, 4])  # 接收返回函數(shù)
print(f())  # 調(diào)用返回函數(shù)

注意在函數(shù)閉包時(shí)要確保引用的局部變量在函數(shù)返回后不能變。例如下面的例子，當(dāng)count()函數(shù)返回3個(gè)函數(shù)時(shí)，由于f1、f2、f3并沒(méi)有被調(diào)用，所以并未計(jì)算 i*i。當(dāng) f1 被調(diào)用時(shí)，這3個(gè)函數(shù)所引用的變量 i 的值已經(jīng)變成了3，所以此時(shí)使用的變量i的值已經(jīng)發(fā)生了改變，三個(gè)函數(shù)的輸出都是9。

def count():
  fs = []
  for i in range(1, 4):
    def f():
      print(i)  # 函數(shù)f1()調(diào)用時(shí)i已經(jīng)變?yōu)?
      return i*i
    fs.append(f)
  return fs
f1, f2, f3 = count()
print(f1())      # 輸出9而不是1

3、函數(shù)裝飾器

函數(shù)裝飾器是指在原有函數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)函數(shù)作修改和裝飾操作。其基本思想是，既然函數(shù)可以像變量一樣作為參數(shù)傳入并且返回，那么我們可以將原來(lái)的函數(shù)傳入裝飾器函數(shù)，然后增加我們需要的操作，之后在將原函數(shù)返回出來(lái)。

例如下面定義了一個(gè)裝飾器log用于打印函數(shù)名稱，原函數(shù)作為參數(shù)f傳入。在裝飾器中定義新的函數(shù)fn，其中參數(shù)列*args和**kw代表自適應(yīng)參數(shù)個(gè)數(shù)，防止不同參數(shù)個(gè)數(shù)的函數(shù)在使用裝飾器時(shí)不匹配。在新函數(shù)fn中輸出原函數(shù)的名稱，之后將原函數(shù)原封不動(dòng)地調(diào)用一遍并返回出去。最后返回新函數(shù)。

在使用裝飾器時(shí)，只需要在函數(shù)的定義前加一行@裝飾器名

def log(f): # 定義裝飾器log
  def fn(*args, **kw): # 定義新函數(shù)
    print('函數(shù)名： ' + f.__name__)  # 打印函數(shù)名
    return f(*args, **kw) # 在新函數(shù)中調(diào)用原函數(shù)并返回結(jié)果
  return fn # 返回新函數(shù)
@log # 為函數(shù)add添加裝飾器
def add(x, y):
  return x + y
print(add(1, 2))

如果希望給裝飾器傳入一個(gè)參數(shù)，則需要定義三重嵌套的函數(shù)，在最外層增加一層函數(shù)用于接收參數(shù)。例如希望在打印函數(shù)名之前輸出傳入的參數(shù)“DEBUG”

def log(prefix):
  def log_decorator(f):
    def wrapper(*args, **kw):
      print '[%s] %s()...' % (prefix, f.__name__)
      return f(*args, **kw)
    return wrapper
  return log_decorator
@log('DEBUG')  # 為裝飾器傳入?yún)?shù)
def test():
  pass
test()

由于裝飾器實(shí)際上是創(chuàng)建了新的函數(shù)fn并替代了原函數(shù)，所以原函數(shù)的相關(guān)信息例如函數(shù)名會(huì)被覆蓋，可以用@functools.wraps(f)來(lái)復(fù)制原函數(shù)的信息以保留下來(lái)。

import functools
def log(f):
  @functools.wraps(f)
  def fn(*args, **kw):
    print 'call...'
    return f(*args, **kw)
  return fn

偏函數(shù)可以為函數(shù)填上一個(gè)固定的參數(shù)值，從而生成一個(gè)新的函數(shù)。例如原函數(shù)add需要兩個(gè)參數(shù)x、y，通過(guò)指定y=1得到偏函數(shù)add1，這個(gè)函數(shù)只需要輸入一個(gè)參數(shù)x，從而計(jì)算x+1的值。

import functools
def add(x, y):
  return x + y
add1 = functools.partial(add, y=1)
print(add2(3))  # 輸出結(jié)果為4

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希望本文所述對(duì)大家Python程序設(shè)計(jì)有所幫助。