尽管Python事实上并不是一门纯函数式编程语言,但它本身是一门多范型语言,并给了你足够的自由利用函数式编程的便利。函数式风格有着各种理论与实际上的好处(你可以在Python的文档中找到这个列表):
虽然这份列表已经描述得够清楚了,但我还是很喜欢Michael O.Church在他的文章“函数式程序极少腐坏(Functional programs rarely rot)”中对函数式编程的优点所作的描述。我在PyCon UA 2012期间的讲座“Functional Programming with Python”中谈论了在Python中使用函数式方式的内容。我也提到,在你尝试在Python中编写可读同时又可维护的函数式代码时,你会很快发现诸多问题。
fn.py类库就是为了应对这些问题而诞生的。尽管它不可能解决所有问题,但对于希望从函数式编程方式中获取最大价值的开发者而言,它是一块“电池”,即使是在命令式方式占主导地位的程序中,也能够发挥作用。那么,它里面都有些什么呢?
Scala风格的Lambda定义
在Python中创建Lambda函数的语法非常冗长,来比较一下:
Python
map(lambda x: x*2, [1,2,3])
Scala
代码如下:
List(1,2,3).map(_*2)
Clojure
代码如下:
(map #(* % 2) '(1 2 3))
Haskell
代码如下:
map (2*) [1,2,3]
受Scala的启发,Fn.py提供了一个特别的_对象以简化Lambda语法。
from fn import _ assert (_ + _)(10, 5) = 15 assert list(map(_ * 2, range(5))) == [0,2,4,6,8] assert list(filter(_ < 10, [9,10,11])) == [9]
除此之外还有许多场景可以使用_:所有的算术操作、属性解析、方法调用及分片算法。如果你不确定你的函数具体会做些什么,你可以将结果打印出来:
from fn import _ print (_ + 2) # "(x1) => (x1 + 2)" print (_ + _ * _) # "(x1, x2, x3) => (x1 + (x2 * x3))"
流(Stream)及无限序列的声明
Scala风格的惰性求值(Lazy-evaluated)流。其基本思路是:对每个新元素“按需”取值,并在所创建的全部迭代中共享计算出的元素值。Stream对象支持<<操作符,代表在需要时将新元素推入其中。
惰性求值流对无限序列的处理是一个强大的抽象。我们来看看在函数式编程语言中如何计算一个斐波那契序列。
Haskell
代码如下:
fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)
Clojure
代码如下:
(def fib (lazy-cat [0 1] (map + fib (rest fib))))
Scala
代码如下:
def fibs: Stream[Int] =
0 #:: 1 #:: fibs.zip(fibs.tail).map{case (a,b) => a + b}
现在你可以在Python中使用同样的方式了:
from fn import Stream from fn.iters import take, drop, map from operator import add f = Stream() fib = f << [0, 1] << map(add, f, drop(1, f)) assert list(take(10, fib)) == [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34] assert fib[20] == 6765 assert list(fib[30:35]) == [832040,1346269,2178309,3524578,5702887]
蹦床(Trampolines)修饰符
fn.recur.tco是一个不需要大量栈空间分配就可以处理TCO的临时方案。让我们先从一个递归阶乘计算示例开始:
def fact(n): if n == 0: return 1 return n * fact(n-1)
这种方式也能工作,但实现非常糟糕。为什么呢?因为它会递归式地保存之前的计算值以算出最终结果,因此消耗了大量的存储空间。如果你对一个很大的n值(超过了sys.getrecursionlimit()的值)执行这个函数,CPython就会以此方式失败中止:
>>> import sys >>> fact(sys.getrecursionlimit() * 2) ... many many lines of stacktrace ... RuntimeError: maximum recursion depth exceeded
这也是件好事,至少它避免了在你的代码中产生严重错误。
我们如何优化这个方案呢?答案很简单,只需改变函数以使用尾递归即可:
def fact(n, acc=1): if n == 0: return acc return fact(n-1, acc*n)
为什么这种方式更佳呢?因为你不需要保留之前的值以计算出最终结果。可以在Wikipedia上查看更多尾递归调用优化的内容。可是……Python的解释器会用和之前函数相同的方式执行这段函数,结果是你没得到任何优化。
fn.recur.tco为你提供了一种机制,使你可以使用“蹦床”方式获得一定的尾递归优化。同样的方式也使用在诸如Clojure语言中,主要思路是将函数调用序列转换为while循环。
from fn import recur @recur.tco def fact(n, acc=1): if n == 0: return False, acc return True, (n-1, acc*n)
@recur.tco是一个修饰符,能将你的函数执行转为while循环并检验其输出内容:
函数式风格的错误处理
假设你有一个Request类,可以按照传入其中的参数名称得到对应的值。要想让其返回值格式为全大写、非空并且去除头尾空格的字符串,你需要这样写:
class Request(dict): def parameter(self, name): return self.get(name, None) r = Request(testing="Fixed", empty=" ") param = r.parameter("testing") if param is None: fixed = "" else: param = param.strip() if len(param) == 0: fixed = "" else: fixed = param.upper()
额,看上去有些古怪。用fn.monad.Option来修改你的代码吧,它代表了可选值,每个Option实例可代表一个Full或者Empty(这点也受到了Scala中Option的启发)。它为你编写长运算序列提供了简便的方法,并且去掉除了许多if/else语句块。
from operator import methodcaller from fn.monad import optionable class Request(dict): @optionable def parameter(self, name): return self.get(name, None) r = Request(testing="Fixed", empty=" ") fixed = r.parameter("testing") .map(methodcaller("strip")) .filter(len) .map(methodcaller("upper")) .get_or("")
fn.monad.Option.or_call是个便利的方法,它允许你进行多次调用尝试以完成计算。例如,你有一个Request类,它有type,mimetype和url等几个可选属性,你需要使用最少一个属性值以分析它的“request类型”:
from fn.monad import Option request = dict(url="face.png", mimetype="PNG") tp = Option \ .from_value(request.get("type", None)) \ # check "type" key first .or_call(from_mimetype, request) \ # or.. check "mimetype" key .or_call(from_extension, request) \ # or... get "url" and check extension .get_or("application/undefined")
其余事项?
我仅仅描述了类库的一小部分,你还能够找到并使用以下功能:
正在进行中的工作
自从在Github上发布这个类库以来,我从社区中收到了许多审校观点、意见和建议,以及补丁和修复。我也在继续增强现有功能,并提供新的特性。近期的路线图包括以下内容: