python學習-函數式編程-返回函數

1 返回函數

高階函數除了可以接受函數作為參數外,還可以把函數作為結果值返回。
我們來實現一個可變參數的求和。通常情況下,求和的函數是這樣定義的:

def calc_sum(*args):
ax = 0
for n in args:
ax = ax + n
return ax
但是,如果不需要立刻求和,而是在后面的代碼中,根據需要再計算怎么辦?可以不返回求和的結果,而是返回求和的函數:

def lazy_sum(*args):
    def sum():
        ax = 0
        for n in args:
            ax = ax + n
        return ax
    return sum

當我們調用lazy_sum()時,返回的并不是求和結果,而是求和函數:

>>> f = lazy_sum(1, 3, 5, 7, 9)
>>> f
<function lazy_sum.<locals>.sum at 0x101c6ed90>

調用函數f時,才真正計算求和的結果:

>>> f()
25

在這個例子中,我們在函數lazy_sum中又定義了函數sum,并且,內部函數sum可以引用外部函數lazy_sum的參數和局部變量,當lazy_sum返回函數sum時,相關參數和變量都保存在返回的函數中,這種稱為“閉包(Closure)”的程序結構擁有極大的威力。

請再注意一點,當我們調用lazy_sum()時,每次調用都會返回一個新的函數,即使傳入相同的參數:

>>> f1 = lazy_sum(1, 3, 5, 7, 9)
>>> f2 = lazy_sum(1, 3, 5, 7, 9)
>>> f1==f2
False

f1()f2()的調用結果互不影響。
閉包
注意到返回的函數在其定義內部引用了局部變量args,所以,當一個函數返回了一個函數后,其內部的局部變量還被新函數引用,所以,閉包用起來簡單,實現起來可不容易。

另一個需要注意的問題是,返回的函數并沒有立刻執行,而是直到調用了f()才執行。我們來看一個例子:

def count():
    fs = []
    for i in range(1, 4):
        def f():
             return i*i
        fs.append(f)
    return fs

f1, f2, f3 = count()

在上面的例子中,每次循環,都創建了一個新的函數,然后,把創建的3個函數都返回了。
你可能認為調用f1()f2()f3()結果應該是1,4,9,但實際結果是:

>>> f1()
9
>>> f2()
9
>>> f3()
9

全部都是9!原因就在于返回的函數引用了變量i,但它并非立刻執行。等到3個函數都返回時,它們所引用的變量i已經變成了3,因此最終結果為9。

返回閉包時牢記的一點就是:返回函數不要引用任何循環變量,或者后續會發生變化的變量。

如果一定要引用循環變量怎么辦?方法是再創建一個函數,用該函數的參數綁定循環變量當前的值,無論該循環變量后續如何更改,已綁定到函數參數的值不變:

def count():
    def f(j):
        def g():
            return j*j
        return g
    fs = []
    for i in range(1, 4):
        fs.append(f(i)) # f(i)立刻被執行,因此i的當前值被傳入f()
    return fs

再看看結果:

>>> f1, f2, f3 = count()
>>> f1()
1
>>> f2()
4
>>> f3()
9

缺點是代碼較長,可利用lambda函數縮短代碼。

2.匿名函數

當我們在傳入函數時,有些時候,不需要顯式地定義函數,直接傳入匿名函數更方便。

在Python中,對匿名函數提供了有限支持。還是以map()函數為例,計算f(x)=x2時,除了定義一個f(x)的函數外,還可以直接傳入匿名函數:

>>> list(map(lambda x: x * x, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]))
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

通過對比可以看出,匿名函數lambda x: x * x實際上就是:

def f(x):
    return x * x

關鍵字lambda表示匿名函數,冒號前面的x表示函數參數。

匿名函數有個限制,就是只能有一個表達式,不用寫return,返回值就是該表達式的結果。

用匿名函數有個好處,因為函數沒有名字,不必擔心函數名沖突。此外,匿名函數也是一個函數對象,也可以把匿名函數賦值給一個變量,再利用變量來調用該函數:

>>> f = lambda x: x * x
>>> f
<function <lambda> at 0x101c6ef28>
>>> f(5)
25

同樣,也可以把匿名函數作為返回值返回,比如:

def build(x, y): return lambda: x * x + y * y

小結
Python對匿名函數的支持有限,只有一些簡單的情況下可以使用匿名函數。

3. 裝飾器

在面向對象(OOP)的設計模式中,decorator被稱為裝飾模式。OOP的裝飾模式需要通過繼承和組合來實現,而Python除了能支持OOP的 decorator外,直接從語法層次支持decorator。Python的decorator可以用函數實現,也可以用類實現。

decorator可以增強函數的功能,定義起來雖然有點復雜,但使用起來非常靈活和方便。
參考網址:http://python.jobbole.com/81683/

4. 偏函數

Python的functools模塊提供了很多有用的功能,其中一個就是偏函數(Partial function)。要注意,這里的偏函數和數學意義上的偏函數不一樣。

在介紹函數參數的時候,我們講到,通過設定參數的默認值,可以降低函數調用的難度。而偏函數也可以做到這一點。舉例如下:

int()函數可以把字符串轉換為整數,當僅傳入字符串時,int()函數默認按十進制轉換:

>>> int('12345')
12345

int()函數還提供額外的base參數,默認值為10。如果傳入base參數,就可以做N進制的轉換:

>>> int('12345', base=8)
5349
>>> int('12345', 16)
74565

假設要轉換大量的二進制字符串,每次都傳入int(x, base=2)非常麻煩,于是,我們想到,可以定義一個int2()的函數,默認把base=2傳進去:

def int2(x, base=2):
    return int(x, base)

這樣,我們轉換二進制就非常方便了:

>>> int2('1000000')
64
>>> int2('1010101')
85

functools.partial就是幫助我們創建一個偏函數的,不需要我們自己定義int2(),可以直接使用下面的代碼創建一個新的函數int2:

>>> import functools
>>> int2 = functools.partial(int, base=2)
>>> int2('1000000')
64
>>> int2('1010101')
85

所以,簡單總結functools.partial的作用就是,把一個函數的某些參數給固定?。ㄒ簿褪窃O置默認值),返回一個新的函數,調用這個新函數會更簡單。
注意到上面的新的int2函數,僅僅是把base參數重新設定默認值為2,但也可以在函數調用時傳入其他值:

>>> int2('1000000', base=10)
1000000

最后,創建偏函數時,實際上可以接收函數對象、*args**kw這3個參數,當傳入:

int2 = functools.partial(int, base=2)

實際上固定了int()函數的關鍵字參數base,也就是:

int2('10010')

相當于:

kw = { 'base': 2 }
int('10010', **kw)

當傳入:

max2 = functools.partial(max, 10)

實際上會把10
作為*args
的一部分自動加到左邊,也就是:

max2(5, 6, 7)

相當于:

args = (10, 5, 6, 7)max(*args)

結果為10

小結
當函數的參數個數太多,需要簡化時,使用functools.partial
可以創建一個新的函數,這個新函數可以固定住原函數的部分參數,從而在調用時更簡單。

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