前往小程序,Get更优阅读体验!
立即前往
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >《Kotlin 程序设计》第六章 Kotlin 函数式编程(FP)第六章 Kotlin 函数式编程(FP)1. 函数式编程概述2. Kotlin函数式编程参考资料

《Kotlin 程序设计》第六章 Kotlin 函数式编程(FP)第六章 Kotlin 函数式编程(FP)1. 函数式编程概述2. Kotlin函数式编程参考资料

作者头像
一个会写诗的程序员
发布2018-08-20 09:33:11
5590
发布2018-08-20 09:33:11
举报

第六章 Kotlin 函数式编程(FP)

正式上架:《Kotlin极简教程》Official on shelves: Kotlin Programming minimalist tutorial

1. 函数式编程概述

从本质上来说, 程序就是一系列有序执行的指令集合。 如何将指令集合组织成可靠可用可信赖的软件(美妙的逻辑之塔), 这是个问题。

首先,什么是函数式编程,这并没有唯一定义,它只是广泛聚合了一些编程风格的特性,我们可以将它与面向对象编程OOP进行对比, 两者区别是,OOP主要聚焦于数据的区别,而FP则注重数据结构的一致性。

函数编程(简称FP)不只代指Haskell Scala等之类的语言,还表示一种编程思维,软件思考方式,也称面向函数编程。

编程的本质是组合,组合的本质是范畴Category,而范畴是函数的组合。

面向对象编程OOP特征:

  • 数据和对数据的操作紧紧耦合
  • 对象隐藏它们操作的实现细节,其他对象调用这些操作只需要通过接口。
  • 核心抽象模型是数据自己
  • 核心活动是组合新对象和拓展已经存在的对象,通过加入新的方法实现。

函数式编程FP特征:

  • 数据与函数是松耦合的
  • 函数隐藏了它们的实现,语言的抽象是函数,以及将函数组合起来表达。
  • 核心抽象模型是函数,不是数据结构
  • 核心活动是编写新的函数。
  • 变量缺省是不变的,减少可变性变量的使用,并发性好[1]

如果说OOP还有很多人可能受静态数据思路影响,那么FP 带来完全是动态事件,FP让我们直接用动词思考,用函数解决问题。

面向对象和面向函数一直在争论,实际上纯粹的OOP和纯粹的FP都是极端的,对于OOP来讲:存在的并一定都是对象,函数就不是对象;对于FP来说:存在的并不总是纯粹的,副作用总是真实存在。

总之,面向对象侧重于自顶向下架构层层分解,函数编程侧重于自底向上层层组合。

2. Kotlin函数式编程

Kotlin对函数式编程的实现恰到好处。

2.1 函数是什么?

在数学中,我们这样定义一个函数:

给定一个集合A,对A施加对应法则f, 记作f(A), 得到另一集合B, 也就是B=f(A). 我们记作: ** f: A -> B ** 这个关系式就叫函数关系式, 简称函数.

函数的类型是: A->B。 意思是,if A then , we have B = f(A) . 函数代表一种关系 f 的蕴涵逻辑流。这种蕴涵逻辑流,其实就是映射(Mapping)。

一切皆是映射。

我们说组合是编程的本质,其实,组合就是建立映射关系。

我们说,

程序 = 算法+数据结构

我们把程序看做图论里面的一张图G,这里的数据结构就是图G的节点Node, 而算法逻辑就是这些节点Node之间的Edge。整个的图G就是一幅美妙的抽象逻辑之塔的** 映射图 **。

2.2 函数指针

我们使用::引用一个函数。

代码语言:javascript
复制
/**
 * "Callable References" or "Feature Literals", i.e. an ability to pass
 * named functions or properties as values. Users often ask
 * "I have a foo() function, how do I pass it as an argument?".
 * The answer is: "you prefix it with a `::`".
 */

fun main(args: Array<String>) {
    val numbers = listOf(1, 2, 3)
    println(numbers.filter(::isOdd))
}

fun isOdd(x: Int) = x % 2 != 0

运行结果: [1, 3]

2.3 复合函数(高阶函数(Higher-order function))

函数式编程风格让我们复合函数的写法跟数学表达式一样简洁。看了下面的复合函数的例子,你会发现Kotlin的FP的实现相当简洁,跟纯数学的表达式,相当接近了:

代码语言:javascript
复制
/**
 * The composition function return a composition of two functions passed to it:
 * compose(f, g) = f(g(*)).
 * Now, you can apply it to callable references.
 */

fun main(args: Array<String>) {
    val oddLength = compose(::isOdd, ::length)
    val strings = listOf("a", "ab", "abc")
    println(strings.filter(oddLength))
}

fun isOdd(x: Int) = x % 2 != 0
fun length(s: String) = s.length

fun <A, B, C> compose(f: (B) -> C, g: (A) -> B): (A) -> C {
    return { x -> f(g(x)) }
}

运行结果: [a,abc]

简单说明下

代码语言:javascript
复制
val oddLength = compose(::isOdd, ::length)
    val strings = listOf("a", "ab", "abc")
    println(strings.filter(oddLength))

这就是数学中,复合函数的定义:

h = h(f(g))

g: A->B f: B->C h: A->C

g(A)=B h(A) = f(B) = f(g(A)) = C

只是代码中的写法是:

h=compose( f, g ) h=compose( f(g(A)), g(A) )

代码语言:javascript
复制
/**
 * The composition function return a composition of two functions passed to it:
 * compose(f, g) = f(g(*)).
 * Now, you can apply it to callable references.
 */

fun main(args: Array<String>) {
    val oddLength = compose(::isOdd, ::length)
    val strings = listOf("a", "ab", "abc")
    println(strings.filter(oddLength))
    
    println(strings.filter(::hasA))
    println(strings.filter(::hasB))
    
    val hasBStrings = strings.filter(::hasB)
    println(hasBStrings)
    
    val evenLength = compose(::isEven,::length)
    println(hasBStrings.filter(evenLength))
    
    
}

fun isOdd(x: Int) = x % 2 != 0
fun isEven(x:Int) = x % 2 == 0
fun length(s: String) = s.length
fun hasA(x: String) = x.contains("a")
fun hasB(x: String) = x.contains("b")



fun <A, B, C> compose(f: (B) -> C, g: (A) -> B): (A) -> C {
    return { x -> f(g(x)) }
}

fun <W,X,Y,Z> compose2( h: (Y) -> Z, f:(X) -> Y,g:(W) -> X): (W) -> Z {
    return  {x -> h(f(g(x)))} 
}

你看这个复合函数

代码语言:javascript
复制
fun <W,X,Y,Z> compose2( h: (Y) -> Z, f:(X) -> Y,g:(W) -> X): (W) -> Z {
    return  {x -> h(f(g(x)))} 
}

看起来很像数学定义,语言可谓优雅漂亮,看着很舒服。

运行结果:

代码语言:javascript
复制
[a, abc]
[a, ab, abc]
[ab, abc]
[ab, abc]
[ab]

2.4 闭包(Lambda表达式,匿名函数)

我们知道,函数名其实就是一个指向函数的引用变量。如果没有这样一个显式的变量名,编译器当然也会给这段代码按照一个默认规则,创造一个默认的引用。本质其实就是指令中断现场的地址的存储,执行完一段代码(函数逻辑)之后再返回执行之前的地址,继续执行下面的代码。

函数与闭包(匿名函数、无名函数)是 Kotlin 语言提供的重要特性之一。Kotlin的闭包跟Groovy的闭包使用起来类似,直截了当。

在 Kotlin 中与其说一等公民是函数,不如说一等公民是闭包。

例如在 Kotlin 中,你可以写出这种怪异的代码

代码语言:javascript
复制
fun main(args: Array<String>) {
    test
}
val test = if (5 > 3) {
    print("yes")
} else {
    print("no")
}

这段代码会输出yes。

这里的if 语句,就是一个闭包。

我们说的Lambda 表达式,就是匿名函数,就是闭包。而匿名函数(闭包),就是匿名的功能代码块了。

Lambda表达式基于数学中的λ演算得名,Lambda表达式可以表示闭包(注意和数学传统意义上的不同)。

Lambda表达式基本语法如下:

  • Lambda表达一般使用{ }包围。
  • 参数(如果有的话)在->前定义,参数类型可能是省略的。
  • 函数体跟在->后面。

我们先来看一个 Lambda 表达式的例子:

代码语言:javascript
复制
// LambdaExpression.kt
package com.easy.kotlin

/**
 * Created by jack on 2017/5/30.
 */

//    Lambda 表达式
val fsum0 = { x: Int, y: Int ->  x + y  }
val fsum1 = { x: Int, y: Int -> { x + y } }
val fsum2 = fun(x: Int, y: Int): Int = x + y
val fsum3 = fun Int.(other: Int): Int = this + other


fun main(args: Array<String>) {
    println(fsum0(1, 1))
    println(fsum0.invoke(1,1))

    println(fsum1(1, 1).invoke())
    println(fsum2(1, 1))
    println(1.fsum3(1))

}

可以看到我们定义了一个变量 fsum0,赋值为一个 Lambda 表达式:

代码语言:javascript
复制
{ x: Int, y: Int -> x + y }

Lambda 表达式用一对大括号括起来,后面先依次写下参数及其类型,如果没有就不写,接着写下-> ,这表明后面的是函数体了,函数体的最后一句的表达式结果就是 Lambda 表达式的返回值,比如这里的返回值就是参数求和的结果。

后面我们用 () 的形式: fsum0(1, 1) 调用这个 Lambda 表达式,其实这个 () 对应的是 invoke 方法,换句话说,我们在这里也可以这么写:

代码语言:javascript
复制
fsum0.invoke(1,1)

这两种调用的写法是完全等价的。

我们看到 val fsum1 = { x: Int, y: Int -> { x + y } } 这一句, 跟fsum0相比,函数体多了个{}。 意思就大不同了。这表明fsum1本身就是一个函数。其调用方式为:

代码语言:javascript
复制
fsum1(1, 1).invoke()

再看 val fsum3 = fun Int.(other: Int): Int = this + other , 匿名函数语法允许我们直接指定函数字面值的接收者类型(这里是Int)。然后,我们直接这样调用函数:1.fsum3(1)

我们用kotlinc编译LambdaExpression.kt之后,发现目录下生成了这么多的类

代码语言:javascript
复制
./LambdaExpression.kt
./LambdaExpressionKt$fsum0$1.class
./LambdaExpressionKt$fsum1$1$1.class
./LambdaExpressionKt$fsum1$1.class
./LambdaExpressionKt$fsum2$1.class
./LambdaExpressionKt$fsum3$1.class
./LambdaExpressionKt.class

这个我们很熟悉,就是Java中我们看到的内部类。默认命名规则依然是熟悉的配方:$1, $2 ...

我们看这一行

代码语言:javascript
复制
val fsum1 = { x: Int, y: Int -> { x + y } }

对应编译成了两个类文件:

代码语言:javascript
复制
./LambdaExpressionKt$fsum1$1$1.class 
./LambdaExpressionKt$fsum1$1.class

其中,./LambdaExpressionKt$fsum1$1$1.class 对应 val fsum1 = { x: Int, y: Int -> { x + y } } 中的{ x + y }

./LambdaExpressionKt$fsum1$1.class 对应的是 val fsum1 = { ... } 外面的 { }

自执行闭包就是在定义闭包的同时直接执行闭包,一般用于初始化上下文环境。 例如:

代码语言:javascript
复制
{ x: Int, y: Int ->
    println("${x + y}")
}(1, 3)

闭包(Lambda表达式,匿名函数),在Thread线程执行逻辑里面就显得非常简洁了:

代码语言:javascript
复制
    fun testThread() {
        val startHookThread = Thread({
            println("Hello, I am startHookThread")
        })
        startHookThread.start()
    }

我们会觉得,代码就应该这么写。而不像之前在Java中,要写上一堆样板代码。在Java 8中,也支持了Lambda表达式,写法简洁了许多了。

不过,虽然我们写代码的时候,没有给这段代码块名字, 但是真正到了指令级代码的时候, 还是需要名字的。所以,编译器在处理的时候,会自动给这段匿名函数生成一个名字的

这段代码,kotlinc编译成了:

代码语言:javascript
复制
// access flags 0x1A
  // signature (Lkotlin/jvm/internal/Ref$ObjectRef<Ljava/lang/String;>;Ljava/lang/String;)V
  // declaration: void kotlin$lambda-0(kotlin.jvm.internal.Ref$ObjectRef<java.lang.String>, java.lang.String)
  private final static kotlin$lambda-0(Lkotlin/jvm/internal/Ref$ObjectRef;Ljava/lang/String;)V
    ALOAD 1
    INVOKESTATIC kotlin/io/ConsoleKt.println (Ljava/lang/Object;)V
    ALOAD 0
    NEW java/lang/StringBuilder
    DUP
    ALOAD 0
    GETFIELD kotlin/jvm/internal/Ref$ObjectRef.element : Ljava/lang/Object;
    CHECKCAST java/lang/String
    INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder.<init> (Ljava/lang/String;)V
    ALOAD 1
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
    PUTFIELD kotlin/jvm/internal/Ref$ObjectRef.element : Ljava/lang/Object;
    RETURN
   L0
   L1
    MAXSTACK = 4
    MAXLOCALS = 2

  // access flags 0x11
  public final testThread()V
    NEW java/lang/Thread
    DUP
    INVOKESTATIC jason/chen/mini_springboot/restful/service/KotlincService.testThread$lambda-0 ()V
    ACONST_NULL
   L0
    INVOKESPECIAL java/lang/Thread.<init> (Lkotlin/jvm/functions/Function0;)V
    ASTORE 1
   L1
    ALOAD 1
    INVOKEVIRTUAL java/lang/Thread.start ()V
    RETURN
   L2
    LOCALVARIABLE startHookThread Ljava/lang/Thread; L1 L2 1
    MAXSTACK = 3
    MAXLOCALS = 2

  // access flags 0x1A
  private final static testThread$lambda-0()V
    LDC "Hello, I am startHookThread"
    INVOKESTATIC kotlin/io/ConsoleKt.println (Ljava/lang/Object;)V
    RETURN
   L0
   L1
    MAXSTACK = 1
    MAXLOCALS = 0

我们可以看出,在testThread()函数里面,有这么一段代码:

代码语言:javascript
复制
NEW java/lang/Thread
    DUP
    INVOKESTATIC jason/chen/mini_springboot/restful/service/KotlincService.testThread$lambda-0 ()V
    ACONST_NULL
   L0
    INVOKESPECIAL java/lang/Thread.<init> (Lkotlin/jvm/functions/Function0;)V

其中,$lambda-0() 函数签名如下:

代码语言:javascript
复制
private final static kotlin$lambda-0(Lkotlin/jvm/internal/Ref$ObjectRef;Ljava/lang/String;)

这就是闭包(匿名函数,Lambda表达式)背后真正的执行过程。更多的事情,由编译器去完成了。

Kotlin编译器在编译前端(即词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成)和Java是基本一致的。与Java不同的地方在编译后面的目标代码生成环节。Kotlin编译器在目标代码生成环节做了很多类似于Java封装的事情,比如自动生成Getter/Setter代码、Companion Object转变成静态类、修改类属性为final不可继承等等工作。大部分Kotlin的特性都在这个环节处理产生。可以这么说,Kotlin将我们本来在代码层做的一些封装工作转移到了编译后端阶段,以使得我们可以更加简洁的使用Kotlin语言。

感谢Kotlin编译器,让我们能够很享受地用kotlin写代码。

2.5 filter函数

代码语言:javascript
复制
    val ints = intArrayOf(-1, -2, 3, 4, 5, 6)
    var sum = 0
    ints.filter { it > 0 }.forEach {
        sum = it.fsum3(sum)
        //sum += it;
    }
    println(sum)//18

这里的forEach函数

代码语言:javascript
复制
/**
 * Performs the given [action] on each element.
 */
@kotlin.internal.HidesMembers
public inline fun <T> Iterable<T>.forEach(action: (T) -> Unit): Unit {
    for (element in this) action(element)
}

是kotlin.collections._Collections.kt里面的一个扩展方法。

2.6 map函数

代码语言:javascript
复制
    val doubled = ints.map { value -> value * 2 }
    println(doubled)

参考资料

1.http://www.jdon.com/functional.html

本文参与 腾讯云自媒体分享计划,分享自作者个人站点/博客。
原始发表:2017.05.29 ,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

本文分享自 作者个人站点/博客 前往查看

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与 腾讯云自媒体分享计划  ,欢迎热爱写作的你一起参与!

评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
目录
  • 第六章 Kotlin 函数式编程(FP)
  • 1. 函数式编程概述
  • 2. Kotlin函数式编程
    • 2.1 函数是什么?
      • 2.2 函数指针
        • 2.3 复合函数(高阶函数(Higher-order function))
          • 2.4 闭包(Lambda表达式,匿名函数)
            • 2.5 filter函数
              • 2.6 map函数
              • 参考资料
              领券
              问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档