Python 函数式编程:不可变数据结构

不可变性可以帮助我们更好地理解我们的代码。下面我将讲述如何在不牺牲性能的条件下来实现它。

-- Moshe Zadka

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编译自 |

https://opensource.com/article/18/10/functional-programming-python-immutable-data-structures

作者 | Moshe Zadka

译者 | David Dai (StdioA) 共计翻译:17.0篇 贡献时间:1097 天

不可变性可以帮助我们更好地理解我们的代码。下面我将讲述如何在不牺牲性能的条件下来实现它。

在这个由两篇文章构成的系列中,我将讨论如何将函数式编程方法论中的思想引入至 Python 中,来充分发挥这两个领域的优势。

本文(也就是第一篇文章)中,我们将探讨不可变数据结构的优势。第二部分会探讨如何在 库的帮助下,用 Python 实现高层次的函数式编程理念。

为什么要用函数式编程?因为变化的东西更难推理。如果你已经确信变化会带来麻烦,那很棒。如果你还没有被说服,在文章结束时,你会明白这一点的。

我们从思考正方形和矩形开始。如果我们抛开实现细节,单从接口的角度考虑,正方形是矩形的子类吗?

子类的定义基于里氏替换原则

[1]

。一个子类必须能够完成超类所做的一切。

如何为矩形定义接口?

如果我们这么定义,那正方形就不能成为矩形的子类:如果长度和宽度不等,它就无法对 方法做出响应。

另一种方法,是选择将矩形做成不可变对象。

现在,我们可以将正方形视为矩形了。在调用 时,它可以返回一个新的矩形(它不一定是个正方形),但它本身并没有变,依然是一个正方形。

这似乎像是个学术问题 —— 直到我们认为正方形和矩形可以在某种意义上看做一个容器的侧面。在理解了这个例子以后,我们会处理更传统的容器,以解决更现实的案例。比如,考虑一下随机存取数组。

我们现在有 和 ,而且 是 的子类。

我们希望把矩形放进随机存取数组中:

我们同样希望把正方形放进随机存取数组:

尽管 是 的子集,但没有任何一个数组可以同时实现 和 .

为什么不能呢?假设 实现了这两个类的功能。

无法同时实现这两类功能,意味着这两个类无法构成继承关系,即使 是 的子类。问题来自 方法:如果我们实现一个只读的数组,那 就可以是 的子类了。

在可变的 和可变的 接口中,可变性都会使得对类型和子类的思考变得更加困难 —— 放弃变换的能力,意味着我们的直觉所希望的类型间关系能够成立了。

可变性还会带来作用域方面的影响。当一个共享对象被两个地方的代码改变时,这种问题就会发生。一个经典的例子是两个线程同时改变一个共享变量。不过在单线程程序中,即使在两个相距很远的地方共享一个变量,也是一件简单的事情。从 Python 语言的角度来思考,大多数对象都可以从很多位置来访问:比如在模块全局变量,或在一个堆栈跟踪中,或者以类属性来访问。

如果我们无法对共享做出约束,那我们可能要考虑对可变性来进行约束了。

这是一个不可变的矩形,它利用了attr

[2]

库:

这是一个正方形:

使用 参数,我们可以轻易地使 创建的类成为不可变类型。正确实现 方法的工作都交给别人完成了,对我们是不可见的。

修改对象仍然很容易;但是我们不可能改变它的本质。

Pyrsistent

[3]

能让我们拥有不可变的容器。

尽管 不是一个由整数构成的向量,但没有什么能够改变 只由整数构成的性质。

如果 有一百万个元素呢? 会将其中的 999999 个元素复制一遍吗? 具有“大 O”性能保证:所有操作的时间复杂度都是 . 它还带有一个可选的 C 语言扩展,以在“大 O”性能之上进行提升。

修改嵌套对象时,会涉及到“变换器”的概念:

现在将是如下对象的不可变等价物:

不过 依然不变。这意味着任何拥有旧对象引用的人都没有受到影响:转换只会有局部效果。

当共享行为猖獗时,这会很有用。例如,函数的默认参数:

在本文中,我们了解了为什么不可变性有助于我们来思考我们的代码,以及如何在不带来过大性能负担的条件下实现它。下一篇,我们将学习如何借助不可变对象来实现强大的程序结构。

via:https://opensource.com/article/18/10/functional-programming-python-immutable-data-structures

作者:Moshe Zadka

[5]

选题:lujun9972译者:StdioA校对:wxy

本文由LCTT原创编译,Linux中国荣誉推出

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20181112B12EDS00?refer=cp_1026
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