用go语言实现类似java8的Stream

Posted 2021-01-02 lifengfeng

JDK8 Stream 是一个支持泛型和函数式数据流，使用起来非常强大方便。最近在学习 go 语言我就用 go 模仿了一下类似的功能，
由于 go 对泛型、函数式的支持比较有限，感觉泛型和函数式这一块实现起来有些别扭，可能是我不会用，不当之处请高手指点。

Stream 具备部分与整体一致的结构设计，可很方便用来实现各种递归算法，尾部有一个Nil作为递归跳出点。
“左折叠”和“右折叠” 是非常强大的操作，大多数其它操作都可以通过折叠实现的，
Stream 自身的很多方法也是通过折叠操作实现的，如反向、合并、筛选、排序等。
Stream 的参数类型为空接口，支持泛型类型。
Stream 提供的很多方法都是接受函数作为参数的 “高阶方法”，比如：filter ，map ，reduce

Stream 支持用数学归纳法生成各种数列，步骤非常简单：
1、给出一个递归结束的值. 例如： f(1) =1
2、指定 f(n-1).
3、用f(n-1)定义f(n). 例如：f(n)= f(n-1) + 1

goStream 的源代码如下

---

package stream
 
import (
    "fmt"
    "strings"
)
 
//泛型类型定义
type T interface{}
type U interface{}
 
//流计算数据结构定义
type Stream struct {
    Head     T
    Tail     *Stream
    Length   int
    NotEmpty bool
}
 
var Nil = Stream{}
 
func Generate(r Stream, f func(Stream) T, m int) Stream {
 
    if m == 1 {
        return r
    } else {
        return Generate(New(f(r), &r), f, m-1)
    }
}
 
func New(head T, tail *Stream) Stream {
    return Stream{head, tail, tail.Length + 1, true}
}
 
func (s Stream) Add(i T) Stream {
    return New(i, &s)
}
 
func (s Stream) Addall(i ...T) Stream {
    for _, v := range i {
        s = s.Add(v)
    }
    return s
}
 
//左折叠 用于实现 reduce 的功能
func (s Stream) FoldLeft(i U, f func(U, T) U) U {
    if s.NotEmpty {
        return s.Tail.FoldLeft(f(i, s.Head), f)
    } else {
        return i
    }
}
 
//右折叠
func (s Stream) FoldRight(i U, f func(U, T) U) U {
    if s.NotEmpty {
        return f(s.Tail.FoldRight(i, f), s.Head)
    } else {
        return i
    }
}
 
//合并两个 Stream
func (s Stream) Merge(t Stream) Stream {
    if t.NotEmpty {
        return t.FoldRight(s, func(u U, t T) U {
            return u.(Stream).Add(t)
        }).(Stream)
 
    } else {
        return s
    }
}
 
//倒序
func (s Stream) Reverse() Stream {
    return s.FoldLeft(Nil, func(u U, t T) U {
        return u.(Stream).Add(t)
    }).(Stream)
}
 
//Map
func (s Stream) Map(f func(T) U) Stream {
    return s.FoldRight(Nil, func(u U, t T) U {
        return u.(Stream).Add(f(t))
    }).(Stream)
}
 
//Reduce
func (s Stream) Reduce(i T, f func(T, T) T) T {
    if s.NotEmpty {
        return s.Tail.Reduce(f(i, s.Head), f)
    } else {
        return i
    }
}
 
//过滤
func (s Stream) Filter(f func(T) bool) Stream {
    return s.FoldRight(Nil, func(u U, t T) U {
        if f(t) {
            return u.(Stream).Add(t)
        } else {
            return u
        }
    }).(Stream)
}
 
//归并排序
func (s Stream) Sort(c func(T,T) bool) Stream {

	n := s.Length / 2

	if n == 0 {
		return s
	}else{
		x,y := split(s, Nil, n)
		return merge(x.Sort(c),y.Sort(c),c)
	}
}


func split(x,y Stream , n int) (Stream,Stream) {

	if (n == 0 || !x.NotEmpty) {
		return x,y
	}
	return split(*x.Tail, y.Add(x.Head), n - 1);
}

 
func merge(x,y Stream , c func(T,T) bool) Stream {

	if (!x.NotEmpty){
        return y;
	}
	if (!y.NotEmpty){
		return x;
	}
	if c(x.Head,y.Head) {
		return merge(*x.Tail, y, c).Add(x.Head)
	}else{
		return merge(x, *y.Tail, c).Add(y.Head);
	}
}

//格式化显示 Stream 的所有项
func (s Stream) ToString() string {
    return "{" + strings.Join(s.FoldRight([]string{}, func(u U, t T) U {
        return append(u.([]string), fmt.Sprintf("%v", t))
    }).([]string), ",") + "}"
}

使用的样例

---

package main
 
import (
    "fmt"
	. "./stream"
	"strings"
)
 
func main() {

	x := Generate(Nil.Add(1),func(s Stream) T {return s.Head.(int)+1},50) // {1,2,3,...,48,49,50}
	x = x.Map(func(t T) U {
        p := t.(int) //平方映射
        return p * p
    }).Filter(func(t T) bool {
        return t.(int) % 2 == 0 //偶数过滤
    })

	//计算所有项的和
	fmt.Printf("sum %s = %d
",x.ToString(),x.FoldLeft(0,func(u U, t T) U {
		return u.(int) + t.(int)
	})) //22100


	//浮点数列表求和
	y := Nil.Addall(3.5, 4.3, 2.6, 1.1, 7.83, 4.42)
    fmt.Printf("%.2f
", y.Reduce(0.0, func(t T, t2 T) T {
        return t.(float64) + t2.(float64)
    }))

	
	//排序
	z := Nil.Addall(4,3,7,6,2,1,9,5,8,0).Sort(func(x,y T) bool {
		return x.(int) > y.(int)
	})
	fmt.Println(z.ToString()) //{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}


	//列出包含a字符的字符串
    g := Nil.Addall("aaa", "bbb", "aba", "ccc", "cbb", "cba")
    fmt.Println(g.Filter(func(t T) bool {
        return strings.Contains(t.(string), "a")
    }).ToString())
 
    //生成斐波拉契亚数列 的前 20 项
    fmt.Println(Generate(Nil.Addall(1, 1), func(s Stream) T {
        return s.Head.(int) + s.Tail.Head.(int)
    }, 19).ToString())
 
 
    //通过数列 π = 2 + 2/3 + 2/3*2/5 + 2/3*2/5*3/7  + ... + f(n-1) * n/(2*n+1) 计算圆周率的值
    fmt.Println(Generate(Nil.Add(2.0), func(s Stream) T {
        n := s.Length
        return s.Head.(float64) * float64(n) / (float64(n)*2 + 1)
    }, 51).Reduce(0.0, func(t T, t2 T) T {
        return t.(float64) + t2.(float64)
    }))
}