scala函数式编程

Posted 2021-09-17 shi_zi_183

Scala函数式编程

什么是函数式编程？

1、函数式编程将计算视为数学上的函数计算
2、函数成为了和普通的值一样的"头等公民"，可以像任何其他数据类型的值一样被传递和操作
函数式编程成为越来越流行的编程范式
1、大数据应用和并发需求的驱动；
2、纯函数的行为表现出与上下文无关的透明性和无副作用性，避免了多线程并发应用中最复杂的状态同步问题。
Scala在架构层面上提倡上层采用面向对象编程，而底层采用函数式编程。
Scala并不是完全的函数式编程，不要求变量不可变，但他推荐尽量采用函数式来实现具体的算法和操作数据，多用val，少用var。

方法/函数的定义

方法

定义函数最通用的方法是作为某个类或者对象的成员，这种函数被称为方法，其定义的基本语法为：
def 方法名(参数列表):结果类型={方法体}

def关键字
{参数列表}：可选参数列表，列表中的每个参数都有一个名字，参数名后跟着冒号和参数类型。
结果类型：方法的返回值类型，可以是任意合法的Scala参数类型，若没有返回值，则返回类型为Unit

def add(a:Int,b:Int):Int={
  var sum:Int=0
  sum=a+b
  return a+b  //可以省略return，直接写成a+b
}

函数

如果将函数作为“头等公民”看待，函数应该有"类型"和"值"
类型需要明确函数接收多少个参数，每个参数的类型记忆函数返回结果的类型；
值则是函数的具体实现
定义：
val 匿名函数(函数字面量)：函数变量的值

val counter:(Int)=>Int=(value=>value+1)

counter的类型是"(Int)=>Int"，表示具有一个整数类型参数并返回一个整数的函数；
"{value=>value+1}“为函数字面量，作为counter的初始化值，”=>“前面的value是参数名，”=>"后面是具体的运算语句或表达式。
使用类型推断机制，可以省略函数类型
val counter=(value:Int)=>value+1
(value:Int)=>value+1:字面量，也成为匿名函数
示例

占位符语法

当函数的每个参数在函数字面量内仅出现一次，可以省略=>并用下划线’_'作为参数的占位符来简化函数字面量的表示，第一个下划线表示第一个参数，第二个下划线代表第二个参数，依次类推。

有类型时括号不能省略，第一个等效于x:Int=>x+1，第二个等效于(a:Int,b:Int)=>a+b

高阶函数

当一个函数包含其他函数作为其参数或者返回结果为一个函数时，该函数被称为高阶函数。
例：假设需要分别计算从一个整数到另一个整数的连加和、平方和以及2的幂次和。
方案一：不采用高阶函数。

//不使用高阶函数
    def sumInts(a:Int,b:Int):Int={
      if(a>b) 1 else a+sumInts(a+1,b)
    }
    def sumSquares(a:Int,b:Int):Int={
      if(a>b) 0 else a*a+sumSquares(a+1,b)
    }
    def powerofTwo(x:Int):Int={
      if(x==0) 1 else 2*powerofTwo(x-1)
    }
    def sumPowersOfTwo(a:Int,b:Int):Int={
      if(a>b) 0 else powerofTwo(a)+sumPowersOfTwo(a+1,b)
    }

    println(sumInts(1,5))
    println(sumSquares(1,5))
    println(sumPowersOfTwo(1,5))

方案二：采用高阶函数

    //使用高阶函数
    def sum(f:Int=>Int,a:Int,b:Int):Int={
      if(a>b) 0
      else f(a)+sum(f,a+1,b)
    }
    def powerofTwo(x:Int):Int={
      if(x==0) 1 else 2*powerofTwo(x-1)
    }
    println(sum(x=>x,1,5))
    println(sum(x=>x*x,1,5))
    println(sum(powerofTwo,1,5))

闭包

当函数的执行依赖于声明在函数外部的一个或多个变量时，则称这个函数称为闭包

闭包可以捕获闭包之外对自由变量的变化，反过来，闭包对捕获变量作出的改变在闭包之外也可见

对容器的操作

对于每种类型的容器，Scala都提供了一批类似的方法，实现类丰富的容器操作，只需要几个简单的函数调用就可以代替复杂的循环或者递归。更重要的是类库里的基本操作都是经过优化的。而且，容器类库已经支持在多核处理器上并行计算。常用的对容器的操作包括：遍历，映射，过滤，规约和拆分。

遍历操作

Scala容器的标准遍历方法foreach
函数原型为

def foreach[U](f: Elem=>U):Unit

该方法接收一个函数f作为参数；函数f的类型为Elem=>U

	val list=List(1,2,3)
    val f=(i:Int)=>println(i)
    list.foreach(f)//调用函数
    list.foreach(i=>println(i))//显式
    list foreach(i=>println(i))//中缀标识法
    list foreach println //最简式

    val university=Map("XMU"->"Xianmen Uiversity",
      "THU"->"Tsinghua University",
      "PKU"->"Peking University"
    )
    university foreach(kv=>println(kv._1+":"+kv._2))
    university foreach{x=>x match {
      case(k,v)=>println(k+":"+v)
    }}
    university foreach{case(k,v)=>println(k+":"+v)}//简化

映射操作

映射是指通过对容器中的元素进行某些运算来生成一个新的容器。两个典型的映射操作就是map方法和flatMap方法.
map方法(一对一映射)：将某个函数应用到集合中的每个元素，映射得到一个新的元素，map方法会返回一个与原容器类型大小都相同的新容器，只不过元素的类型可能不同。
flatMap方法(一对多映射)：将某个函数应用到容器中的元素时，对每个元素都会返回一个容器，然后，flatMap把生成的多个容器"拍扁"成为一个容器并返回。返回的容器与原容器类型相同，但大小可能不同，其中元素的类型也可能不同。

过滤操作

过滤：遍历一个容器，从中获取满足指定条件的元素，返回一个新的容器。
filter方法：接受一个返回布尔值的函数f作为参数，并将f作用到每个元素上，将f返回真值的元素组成一个新容器返回。
filterNot方法过滤出不符合条件的元素；exists方法判断是否存在满足给定条件的元素；find方法返回第一个满足条件的元素。

规约操作

规约操作是对容器元素进行两两运算，将其“规约”为一个值。
reduce方法：接受一个二元函数f作为参数，首先将f作用在某个元素上并返回一个值，然后再将f作用在上一个返回值和容器的下一个元素上，再返回一个值，依此类推，最后容器中的所用值会被规约为一个值。
reduceLeft和reduceRight：前者从左到右进行遍历，后置从右到左进行遍历。

    val list=List(1,2,3,4,5)
    println(list.reduce(_+_))

fold方法：一个双参数列表的函数，从提供的初始值开始规约。第一个参数列表接受一个规约的初始值，第二个参数接受与reduce中一样的二元函数参数。
foldLeft和foldRight：前者从左到右进行遍历，后置从右到左进行遍历。

val list=List(1,2,3,4,5)
println(list.fold(10)(_*_))

拆分操作

拆分操作是把一个容器里的元素按一定的规则分割成多个子容器。常用的拆分方法有partition、groupedBy、grouped和sliding。
partition方法：接受一个布尔函数对容器元素进行遍历，以二元组的形式返回满足条件和不满足条件的两个集合。

val list=List(1,2,3,4,5)
println(list.partition(_%2==0))

groupedBy方法：接受一个返回U类型的函数对容器元素进行遍历，将返回值相同的元素作为一个子容器，并与该相同的值构成一个键值对，最后返回的是一个映射。
grouped和sliding方法：接受一个整型参数n，将容器拆分为多个与原容器类型相同的子容器，并返回由这些子容器构成的迭代器。其中，grouped按从左到右的方式将容器划分为多个大小为n的子容器（最后一个的大小可能小于n）；sliding使用一个长度为n的滑动窗口，从左到右将容器截取为多个大小为n的子容器。