Python函数式编程-高阶函数、匿名函数、装饰器、偏函数

本篇文章我们来介绍下Python函数式编程的知识。最主要的一点,Python中的函数是对象,可以复制给变量!好了,我们来介绍几个Python函数式编程中的要点,包括高阶函数、匿名函数、装饰器、偏函数等等。精彩内容,不容错过!

1、高阶函数

函数本身也可以赋值给变量,即:变量可以指向函数。如果一个变量指向了一个函数,那么,可以通过该变量来调用这个函数。

f = abs
f(-10) # 10

既然变量可以指向函数,函数的参数能接收变量,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_abs(x,y,f):
 return f(x) + f(y)
f = abs
add_abs(-5,6,f) # 11

接下来,我们介绍几个重点的高阶函数。

map函数

map()函数接收两个参数,一个是函数,一个是Iterable,map将传入的函数依次作用到序列的每个元素,并把结果作为新的Iterator返回。我们之前介绍过了,Iterator是惰性序列,需要通过list()函数让它把返回结果变为list。

def f(x):
 return x * x
r = list(map(f,[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]))
r

输出结果为:

[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

reduce函数

reduce把一个函数作用在一个序列[x1, x2, x3, ...]上,这个函数必须接收两个参数,reduce把结果继续和序列的下一个元素做累积计算:

def f(x,y):
 return x + y
reduce(f,[1,2,3,4,5]) # 15

filter函数

和map()类似,filter()也接收一个函数和一个序列。和map()不同的是,filter()把传入的函数依次作用于每个元素,然后根据返回值是True还是False决定保留还是丢弃该元素。filter()函数返回的是一个Iterator,也就是一个惰性序列,同样需要通过list()函数让它把返回结果变为list。

def is_odd(n):
 return n%2==1
list(filter(is_odd,[1,2,3,4,5,6,7,8,9]))

结果为:

[1, 3, 5, 7, 9]

sorted函数

sorted()函数也是一个高阶函数,它还可以接收一个key函数来实现自定义的排序,例如按绝对值大小排序或者按照小写字母顺序进行排序:

print(sorted([36,5,-12,9,-21],key=abs))
print(sorted(['bob', 'about', 'Zoo', 'Credit'],key=str.lower))

结果为:

[5, 9, -12, -21, 36]
['about', 'bob', 'Credit', 'Zoo']

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2、函数作为返回值

高阶函数除了可以接受函数作为参数外,还可以把函数作为结果值返回。

我们来实现一个可变参数的求和,如果不需要立刻求和,而是在后面的代码中,根据需要再计算怎么办?可以不返回求和的结果,而是返回求和的函数:

def lazy_sum(*args):
 def sum():
 res = 0
 for n in args:
 res += n
 return res
 return sum
f = lazy_sum(1,3,5,7,9)
f()

在这个例子中,我们在函数lazy_sum中又定义了函数sum,

并且,内部函数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:

f1 = lazy_sum(1,3,5,7,9)
f2 = lazy_sum(1,3,5,7,9)
f1 == f2 # False

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 f():
 return i * i
 fs.append(f)
 return fs
f1,f2,f3 = count()
print(f1())
print(f2())
print(f3())

输出结果为:

9
9
9

全部都是9!原因就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3,因此最终结果为9。如果一定要引用循环变量怎么办?方法是再创建一个函数,用该函数的参数绑定循环变量当前的值,无论该循环变量后续如何更改,已绑定到函数参数的值不变:

def count():
 fs = []
 def sub(j):
 def f():
 return j * j
 return f
 for i in range(1,4):
 fs.append(sub(i))
 return fs
f1,f2,f3 = count()
print(f1())
print(f2())
print(f3()

结果为:

1
4
9

3、匿名函数lambda

当我们在传入函数时,有些时候,不需要显式地定义函数,直接传入匿名函数更方便。相信大家对于匿名函数一定不陌生,其实就是我们常说的lambda函数:

list(map(lambda x:x * x,[1,2,3,4,5,6,7,8,9]))
def build(x,y):
 return lambda:x * x + y * y
reduce(lambda x,y:x + y,[1,2,3,4,5,6,7,8,9])

4、装饰器

在代码运行期间动态增加功能的方式,称之为“装饰器”(Decorator)。

本质上,decorator就是一个返回函数的高阶函数。

所以,假设我们要定义一个能够打印当前函数名的decorator:

def log(func):
 def wrapper(*args,**kwargs):
 print('call %s()' % func.__name__)
 return func(*args,**kwargs)
 return wrapper
@log
def helloworld():
 print('hello world')
helloworld()

执行结果为:

call helloworld()
hello world

下面的例子中,正是由于wrapper中把 func(args,*kwargs)进行return,因此函数得以执行。

如果decorator本身需要传入参数,那就需要编写一个返回decorator的高阶函数,写出来会更复杂。比如,要自定义log的文本:

def log(text):
 def decorator(func):
 def wrapper(*args,**kwargs):
 print('%s %s():' % (text,func.__name__))
 return func(*args,**kwargs)
 return wrapper
 return decorator
@log('execute')
def helloworld():
 print('hello world')
helloworld()

上面代码的执行过程相当于helloworld = log('execute')(helloworld)

我们讲了函数也是对象,它有name等属性,但你去看经过decorator装饰之后的函数,它们的name已经从原来的'helloworld'变成了'wrapper':

helloworld.__name__ #'wrapper'

如果需要把原始函数的name等属性复制到wrapper()函数中,使用Python内置的functools.wraps函数,代码如下:

import functools
def log(func):
 @functools.wraps(func)
 def wrapper(*args, **kw):
 print('call %s():' % func.__name__)
 return func(*args, **kw)
 return wrapper
@log
def helloworld():
 print('hello world')
helloworld.__name__

此时的输出就变为了'helloworld'

5、偏函数

一般的函数有许多需要定义的参数,假设我们想要固定其中的某些参数,返回一些新的函数,我们就可以使用functools.partial帮助我们创建一个偏函数,从而使得调用变得简单

import functools
int2 = functools.partial(int, base=2)
int2('10010') # 18

当然我们也可以穿入一个函数字典:

kw = { 'base': 2 }
int('10010', **kw)

当传入的参数没有对应的key时,它默认时作为*args的一部分自动加到左边,因此下面的函数相当于比较max(10,5,6,7),返回10:

max2 = functools.partial(max, 10)
max2(5, 6, 7)

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