2. Python函数式编程中的字符串，元组，函数的分类，高阶函数，一篇文章都介绍一遍

系统管理员 2022-09-10 10:14 122阅读 0赞

## 函数式编程中的字符串 ##

在函数式编程中，经常用到 Python 字符串，因其是不可变数据结构。

字符串本身是一个对象，具备很多对象方法，与常识中函数的使用不太相同，例如下述代码

my_str = "xiangpica"
    print(my_str.upper())
    print(len(my_str.upper()))

其中 `len()` 函数的用法被称为前置写法，而 `my_str.upper()` 被称为后置写法，这样很容易造成函数式编程的理解问题，所以需要系统性的解决该问题。

如果上述代码可以修改为 `len(upper(my_str))`，就变得相对容易理解。

# 类型 Text 是 str 的别名
    from typing import Text
    my_str = "xiangpica"
    
    def upper(str: Text) -> Text:
        return str.upper()
    
    print(upper(my_str))
    print(len(upper(my_str)))

上述代码重新定义了一个前置用法的函数 `upper`，用于解决函数式编程中的一致性问题，该解决办法在后续代码中会经常出现。

## 不变类型元组 ##

除字符串外，Python 中的另一个不可变数据类型为元组，元组分为普通元组与命名元组。

**普通元组的声明与访问**

在之前的滚雪球系列中对元组的基本知识，已经进行了说明，可以去稍微复习一下，然后在进入本文的学习。

先看一下代码，然后再判断是否可以理解。

from typing import Tuple, Text, Callable
    
    LANGUAGE = Tuple[Text, Text, Text]
    
    python: Callable[[LANGUAGE], Text] = lambda languages: languages[1]
    
    items = ("c","python","js")
    
    a = python(items)
    print(a)

上述代码定义了一个新的类型 `LANGUAGE`，该类型是一个元组，具备三个元素。

`python` 类型注解是 `Callable[[LANGUAGE], Text]`，即它的参数是 `LANGUAGE` 类型，返回值是字符串类型。

注意 `typing` 模块加入不会影响程序的运行不会报正式的错误，仅作为类型检查，防止运行时出现参数、返回值类型不符，开发人员查阅。

除上述内容外，还可以使用命名元组来实现。

from collections import  namedtuple
    
    Language = namedtuple("Language",("name1", "name2", "name3"))
    
    l = Language("c", "python", "js")
    print(l)
    print(l.name1)

或者直接使用 `typing` 模块的 `NamedTuple` 也可以。

from typing import NamedTuple, Text
    
    
    class Language(NamedTuple):
        name: Text
        description: Text
    
    
    l = Language("C", "C语言")
    print(l)
    print(l.name)
    print(l.description)

## 函数式的分类 ##

函数大类分为两种：

*  `标量函数`：函数的返回结果为一个值；
 *  `集合函数`：函数的结果为可迭代的集合。

集合函数也可以细分：

*  `规约/累积函数`：将集合内的元素进行累积计算，最后得到一个值；
 *  `映射函数`：将标量函数应用于几个的每个元素，最后得到一个与原集合相同长度的新集合；
 *  `过滤函数`：将标量函数应用于每个元素，保留一部分，得到一个子集。

有了上述概念之后，对于函数式编程的理解可以更进一步。

### any() 、all() 、len()、sum() 对比学习 ###

`any` 与 `all` 两个函数属于规约函数，进行的操作叫做布尔规约，即将一个集合的元素归约为 True 或者 False，`all` 需要所有值都是 True，`any` 只要有一个值是 True 即可。

`len` 与 `sum` 也是归约函数，它们分别表示计算集合中所有值的个数和汇总值。

### zip()、reversed()、enumerate() ###

`zip` 函数可以把多个可迭代对象或者序列，之间的数据进行交叉组合，即将 n 个元素的可迭代对象转换为 n 元组，然后返回一个生成器。

如果 `zip` 函数没有输入参数，那将返回一个空列表 `[]`。

a = zip()
    print(list(a))

`reversed` 函数用于改变序列顺序，即反转序列。

`enumerate` 函数获取序列或者可迭代对象的下标值，转换成概念描述就是将可迭代对象映射为二元组序列（带上序号了），每个二元组序列中，第一个元素是下标值，第二个元素是值本身。

## 高阶函数 ##

学习 Python 函数式编程，绕不开高阶函数的学习，高阶函数就是**以函数为参数**，或者**以返回值为函数**的函数。

### 函数 `max` 和 `min()` ###

上述两个函数是规约函数，即输入的是集合，输出的是单个值，主要用途就是寻找极值。

一般在学习的时候，可以把二者当成普通的函数，也可用于高阶函数，主要为参数位置的差异。

最简单的用法为：

max_num = max(1, 2, 3, 4)
    min_num = min(1, 2, 3, 4)
    print(max_num)
    print(min_num)

接下来就是其高阶函数模式的实现，自定义比较规则。

# 第一种写法，比较字符串长度
    max_num = max("a", "abc", "ceda", "aaaaa", key=lambda x: len(x))
    min_num = min("a", "abc", "ceda", "aaaaa", key=lambda x: len(x))
    print(max_num)
    print(min_num)
    
    # 第二种写法，比较字符串长度
    max_num = max(["a", "abc", "ceda", "aaaaa"], key=lambda x: len(x))
    min_num = min(["a", "abc", "ceda", "aaaaa"], key=lambda x: len(x))
    print(max_num)
    print(min_num)

上述代码的 `key` 为可选参数，默认值为 None。

### map 函数 ###

`map` 函数用于将一个集合映射到另一个集合，例如可以将一个由字符串组成的列表中的每一项，都转换为整数。

data = ["1", "2", "3"]
    print(map(int, data))
    print(list(map(int, data)))

代码 `map(int, data)` 的含义就是将 `int` 函数作用于 `data` 中的每一项。

`map` 函数的第一个参数也可以用 `lambda` 代替。

data = ["1", "2", "3"]
    print(map(lambda x: int(x), data))
    print(list(map(int, data)))

### filter 函数 ###

`filter` 函数主要用于将一个\*\*判定函数（谓语函数）\*\*用于集合的每一个元素，最后得到满足判定函数的结果集，测试代码如下：

data = [1, 3, 5, 7, 9]
    print(filter(lambda x: x > 3, data))
    print(list(filter(lambda x: x > 3, data)))

### sorted 函数 ###

`sorted` 函数也支持高阶函数 `key` 参数定制规则。

result = sorted(["afghsss", "abc", "ceda", "aaaaa"], key=lambda x: len(x))
    print(result)

### 同一需求的不同效率问题 ###

通过 `map` 函数，生成器表达式，存在迭代器的生成器函数分别多 一亿 数据量的列表进行测试。

import time
    
    
    def demo(x):
        return x * 2
    
    
    def demo1(f, l):
        for x in l:
            yield f(x)
    
    
    my_list = list(range(1, 10000000))
    start = time.perf_counter()
    # map(lambda x: x * 2, my_list) # 程序运行耗时 3.904999999998493e-06
    # (demo(x) for x in my_list) # 程序运行耗时 6.310000000009364e-06
    demo1(demo, my_list) # 程序运行耗时 5.1070000000041915e-06
    cost_time = time.perf_counter() - start
    
    print("程序运行耗时", cost_time)

得到的结果是 `map` 最快，所以用就完事了。

## 写在后面 ##

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 *  [滚雪球学Python第二轮（完结）][Python 1]
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[Python]: https://blog.csdn.net/hihell/category_10573584.html
[Python 1]: https://blog.csdn.net/hihell/category_10763952.html
[Python 2]: https://blog.csdn.net/hihell/category_10901284.html
[Python 3]: https://blog.csdn.net/hihell/category_10656235.html