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*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):
- 形式上可证
- 模块性
- 组合性
- 易于调试及测试
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
1
|
map ( lambda x: x * 2 , [ 1 , 2 , 3 ])
|
Scala
List(1,2,3).map(_*2)
Clojure
(map #(* % 2) '(1 2 3))
Haskell
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。
1
2
3
4
5
|
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:
1
2
3
4
|
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*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
Clojure
Scala
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:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
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:
1
2
3
|
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:
1
2
3
4
|
>>> 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:
1
2
3
|
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。
1
2
3
4
5
6
|
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:
- (False, result)代表运行完毕
- (True, args, kwargs)代表我们要继续调用函数并传递不同的参数
- (func, args, kwargs)代表在while循环中切换要执行的函数
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:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
|
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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
|
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”:
1
2
3
4
5
6
7
8
|
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:
- 22个附加的itertools代码段,以扩展内置module的功能的附加功能
- 将Python 2和Python 3的迭代器(iterator)(如range,map及filtter等等)使用进行了统一,这对使用跨版本的类库时非常有用
- 为函数式组合及partial函数应用提供了简便的语法
- 为使用高阶函数(apply,flip等等)提供了附加的操作符
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:
- 为使用可迭代对象(iterable),如foldl,foldr增加更多操作符
- 更多的monad,如fn.monad.Either,以处理错误记录
- 为大多数module提供C-accelerator
- 为简化lambda arg1: lambda arg2:…形式而提供的curry函数的生成器
- 更多文档,更多测试,更多示例代码