Python自学笔记之函数式编程1——高阶函数

函数式编程

函数是Python内建支持的一种封装,我们通过把大段代码拆成函数,通过一层一层的函数调用,就可以把复杂的任务分解成简单的任务,这种分解可以称之为面向过程的程序设计。函数就是面向过程的程序设计的基本单元。

而函数式编程(注意多了”式“字)——FunctionalProgramming,虽然也可以归结到面向过程的程序设计,但其思想更接近数学计算。

对计算机来说,越是抽象的计算,离 计算机的硬件越远。

对应到编程语言,就是越低级的语言,越贴近计算机,抽象程度低,执行效率高;越高级的语言,越贴近数学意义上的计算,抽象程度高,执行效率低。

函数式编程就是一种抽象程度很高的编程范式,纯粹的函数式编程语言编写的函数没有变量,因此,任意一个函数,只要输入是确定的,输出就是确定的,这种纯函数我们称之为没有副作用。而允许使用变量的程序设计语言,由于函数内部的变量状态不确定,同样的输入可能得到不同的输出,因此,这种函数是有副作用的。函数式编程的一个特点就是,允许把函数本身作为参数传入另一个函数,还允许返回一个函数!

Python对函数式编程提供部分支持。由于Python允许使用变量,因此,Python不是纯函数式编程语言。

高阶函数(Higher-order function)

什么是高阶函数?我们以实际代码为例逐步深入概念。

变量可以指向函数

以Python内置的求绝对值得函数abs()为例,调用该函数用以下代码:

>>> abs(-10)
10

但是,如果只写abs呢?

>>> abs
<built-in function abs>

可见,abs(-10)是函数调用,而abs是函数本身。

要获得函数调用结果,我们可以把结果赋值给变量:

>>> x = abs(-10)
>>> x
10

但是,如果把函数本身赋值给变量呢?

>>> f = abs
>>> f
<built-in function abs>

可见,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,那么可否通过该变量来调用这个函数?用代码验证如下:

>>> f = abs
>>> f(-10)
10

结果说明变量f现在已经指向了abs函数本身。

函数名也是变量

变量可以指向函数本身的话,那函数名是什么呢?函数名其实就是指向函数的变量!对于abs()这个函数,完全可以把函数名abs看成变量,它指向一个可以计算绝对值的函数!

如果把abs指向其他对象,会有什么情况发生?

>>> abs =10
>>> abs(-10)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'int' object is not callable

把abs指向10后,就无法通过abs(-10)调用该函数了!因为abs这个变量已经不指向求绝对值的函数了!

当然实际代码绝对不能这么写,这里是为了说明函数名也是变量。要恢复abs函数,需要重启Python交互环境。

注:由于abs 函数实际上是定义在_builtin_模块中的,所以要让修改abs变量的指向在其他模块也生效,要用_builtin_.abs = 10。

传入函数

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。

一个最简单的高阶函数:

def add(x, y, f):
    return f(x)+f(y)

当我们调用add(-5, 6, abs)时,参数x, y和f分别接收-5,6和abs,根据函数定义,我们可以推导计算过程为:

x ==> -5

y ==> 6

f ==> abs

f(x) + f(y) ==> abs(-5) + abs(6) ==> 11

用代码验证:

>>> add(-5, 6, abs)
11

编写高阶函数,就是让函数的参数能够接收别的函数。

把函数作为参数传入,这样的函数称为高阶函数,函数式编程就是指这种高度抽象的编程范式。


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