Python高階函數(shù)

本篇將介紹Python的函數(shù)式編程,介紹高階函數(shù)的原理,更多內(nèi)容請參考:Python學習指南

函數(shù)式編程

函數(shù)是Python內(nèi)建支持的一種封裝,我們通過把大段代碼拆成函數(shù),通過一層一層的函數(shù)調(diào)用,就可以把復(fù)雜任務(wù)分解成簡單的任務(wù),這種分解可以稱之為面向過程的程序設(shè)計。函數(shù)就是面向過程的程序設(shè)計的基本單元。
而函數(shù)式編程(請注意多了一個“式”字)——Functional Programming,雖然也可以歸結(jié)到面向過程的程序設(shè)計,但其思想更接近數(shù)學計算。
我們首先要搞明白計算機(Computer)和計算(Compute)的概念。
在計算機的層次上,CPU執(zhí)行的是加減乘除的指令代碼,以及各種條件判斷和跳轉(zhuǎn)指令,所以,匯編語言是最貼近計算機的語言。
而計算則指數(shù)學意義上的計算,越是抽象的計算,離計算機硬件越遠。
對應(yīng)到編程語言,就是越低級的語言,越貼近計算機,抽象程度低,執(zhí)行效率高,比如C語言;越高級的語言,越貼近計算,抽象程度高,執(zhí)行效率低,比如Lisp語言。
函數(shù)式編程就是一種抽象程度很高的編程范式,純粹的函數(shù)式編程語言編寫的函數(shù)沒有變量,因此,任意一個函數(shù),只要輸入是確定的,輸出就是確定的,這種純函數(shù)我們稱之為沒有副作用。而允許使用變量的程序設(shè)計語言,由于函數(shù)內(nèi)部的變量狀態(tài)不確定,同樣的輸入,可能得到不同的輸出,因此,這種函數(shù)是有副作用的。
函數(shù)式編程的一個特點就是,允許把函數(shù)本身作為參數(shù)傳入另一個函數(shù),還允許返回一個函數(shù)!
Python對函數(shù)式編程提供部分支持。由于Python允許使用變量,因此,Python不是純函數(shù)式編程語言。

高階函數(shù)

高階函數(shù)英文叫Higher-order function。什么是高階函數(shù)?我們以實際代碼為例子,一步一步深入概念。

變量可以指向函數(shù)

以Python內(nèi)置的求絕對值的函數(shù)abs()為例,調(diào)用該函數(shù)用以下代碼:

>>>abs(-10)

但是,如果只寫abs呢?

>>>abs
<built-in function abs>

可見,abs(-10)是函數(shù)調(diào)用,而abs是函數(shù)本身。

要獲得函數(shù)調(diào)用結(jié)果,我們可以把結(jié)果賦值給變量:

>>>x = abs(-10)
>>>x
10

但是,如果把函數(shù)本身賦值給變量呢?

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

結(jié)論:函數(shù)本身也是可以賦值給變量,即:變量可以指向函數(shù)。

如果一個變量指向了一個函數(shù),那么,可否通過該變量來調(diào)用這個函數(shù)?用代碼驗證一下:

>>>f = abs
>>>f(-10)
10

說明,變量f現(xiàn)在已經(jīng)指向了abs函數(shù)本身。

函數(shù)名也是變量

那么函數(shù)名是什么呢?函數(shù)名其實就是指向函數(shù)的變量!對于abs()這個函數(shù),完全可以把函數(shù)名abs看成變量,它指向一個可以計算絕對值的函數(shù)!

如果把abs指向其他對象,會有什么情況發(fā)生?

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

abs指向10后,就無法通過abs(-10)調(diào)用該函數(shù)了!因為abs這個變量已經(jīng)不指向該函數(shù)了!因為abs這個變量已經(jīng)不指向求絕對值的函數(shù)了!
當然實際代碼絕對不能這么寫,這里是為了說明函數(shù)名也是變量。要恢復(fù)abs函數(shù),請重啟Python交互環(huán)境。

注:由于abs函數(shù)實際上是定義在__builtin__模塊中的,所以要修改abs變量的指向在其它模塊也生效,要用__builtin__.abs = 10

傳入函數(shù)

既然變量可以指向函數(shù),函數(shù)的參數(shù)能接收變量,那么一個函數(shù)就可以接收另一個函數(shù)作為參數(shù),這種函數(shù)就稱之為高階函數(shù)。

一個最簡單的高階函數(shù):

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

當我們調(diào)用add(-5, 6, abs)時,參數(shù)x,yf分別接收-56abs,根據(jù)函數(shù)定義,我們可以推導(dǎo)計算過程為:

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

編寫高階函數(shù),就是讓函數(shù)的參數(shù)能夠接收別的函數(shù)。

小結(jié)

把函數(shù)作為參數(shù)傳入,這樣的函數(shù)稱為高階函數(shù),函數(shù)式編程就是指這種高度抽象的編程范式。

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