Justin-刘清政的博客

33-函数是一等公民(头等函数)

2019-03-10

现在简单概括一下本教程讨论的内容:

  • 什么是头等函数?
  • 匿名函数
  • 用户自定义的函数类型
  • 高阶函数
    • 把函数作为参数,传递给其它函数
    • 在其它函数中返回函数
  • 闭包
  • 头等函数的实际用途

什么是头等函数?

支持头等函数(First Class Function)的编程语言,可以把函数赋值给变量,也可以把函数作为其它函数的参数或者返回值。Go 语言支持头等函数的机制

本教程我们会讨论头等函数的语法和用例。

匿名函数

我们来编写一个简单的示例,把函数赋值给一个变量。

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package main

import (
"fmt"
)

func main() {
a := func() {
fmt.Println("hello world first class function")
}
a()
fmt.Printf("%T", a)
}

在上面的程序中,我们将一个函数赋值给了变量 a(第 8 行)。这是把函数赋值给变量的语法。你如果观察得仔细的话,会发现赋值给 a 的函数没有名称。由于没有名称,这类函数称为匿名函数(Anonymous Function)

调用该函数的唯一方法就是使用变量 a。我们在下一行调用了它。a() 调用了这个函数,打印出 hello world first class function。在第 12 行,我们打印出 a 的类型。这会输出 func()

运行该程序,会输出:

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hello world first class function
func()

要调用一个匿名函数,可以不用赋值给变量。通过下面的例子,我们看看这是怎么做到的。

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package main

import (
"fmt"
)

func main() {
func() {
fmt.Println("hello world first class function")
}()
}

在上面的程序中,第 8 行定义了一个匿名函数,并在定义之后,我们使用 () 立即调用了该函数(第 10 行)。该程序会输出:

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hello world first class function

就像其它函数一样,还可以向匿名函数传递参数。

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package main

import (
"fmt"
)

func main() {
func(n string) {
fmt.Println("Welcome", n)
}("Gophers")
}

在上面的程序中,我们向匿名函数传递了一个字符串参数(第 10 行)。运行该程序后会输出:

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Welcome Gophers

用户自定义的函数类型

正如我们定义自己的结构体类型一样,我们可以定义自己的函数类型。

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type add func(a int, b int) int

以上代码片段创建了一个新的函数类型 add,它接收两个整型参数,并返回一个整型。现在我们来定义 add 类型的变量。

我们来编写一个程序,定义一个 add 类型的变量。

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package main

import (
"fmt"
)

type add func(a int, b int) int

func main() {
var a add = func(a int, b int) int {
return a + b
}
s := a(5, 6)
fmt.Println("Sum", s)
}

在上面程序的第 10 行,我们定义了一个 add 类型的变量 a,并向它赋值了一个符合 add 类型签名的函数。我们在第 13 行调用了该函数,并将结果赋值给 s。该程序会输出:

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Sum 11

高阶函数

高阶函数(Hiher-order Function)定义为:满足下列条件之一的函数

  • 接收一个或多个函数作为参数
  • 返回值是一个函数

针对上述两种情况,我们看看一些简单实例。

把函数作为参数,传递给其它函数

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package main

import (
"fmt"
)

func simple(a func(a, b int) int) {
fmt.Println(a(60, 7))
}

func main() {
f := func(a, b int) int {
return a + b
}
simple(f)
}

在上面的实例中,第 7 行我们定义了一个函数 simplesimple 接收一个函数参数(该函数接收两个 int 参数,返回一个 a 整型)。在 main 函数的第 12 行,我们创建了一个匿名函数 f,其签名符合 simple 函数的参数。我们在下一行调用了 simple,并传递了参数 f。该程序打印输出 67。

在其它函数中返回函数

现在我们重写上面的代码,在 simple 函数中返回一个函数。

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package main

import (
"fmt"
)

func simple() func(a, b int) int {
f := func(a, b int) int {
return a + b
}
return f
}

func main() {
s := simple()
fmt.Println(s(60, 7))
}

在上面程序中,第 7 行的 simple 函数返回了一个函数,并接受两个 int 参数,返回一个 int

在第 15 行,我们调用了 simple 函数。我们把 simple 的返回值赋值给了 s。现在 s 包含了 simple 函数返回的函数。我们调用了 s,并向它传递了两个 int 参数(第 16 行)。该程序输出 67。

闭包

闭包(Closure)是匿名函数的一个特例。当一个匿名函数所访问的变量定义在函数体的外部时,就称这样的匿名函数为闭包。

看看一个示例就明白了。

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package main

import (
"fmt"
)

func main() {
a := 5
func() {
fmt.Println("a =", a)
}()
}

在上面的程序中,匿名函数在第 10 行访问了变量 a,而 a 存在于函数体的外部。因此这个匿名函数就是闭包。

每一个闭包都会绑定一个它自己的外围变量(Surrounding Variable)。我们通过一个简单示例来体会这句话的含义。

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package main

import (
"fmt"
)

func appendStr() func(string) string {
t := "Hello"
c := func(b string) string {
t = t + " " + b
return t
}
return c
}

func main() {
a := appendStr()
b := appendStr()
fmt.Println(a("World"))
fmt.Println(b("Everyone"))

fmt.Println(a("Gopher"))
fmt.Println(b("!"))
}

在上面程序中,函数 appendStr 返回了一个闭包。这个闭包绑定了变量 t。我们来理解这是什么意思。

在第 17 行和第 18 行声明的变量 ab 都是闭包,它们绑定了各自的 t 值。

我们首先用参数 World 调用了 a。现在 at 值变为了 Hello World

在第 20 行,我们又用参数 Everyone 调用了 b。由于 b 绑定了自己的变量 t,因此 b 中的 t 还是等于初始值 Hello。于是该函数调用之后,b 中的 t 变为了 Hello Everyone。程序的其他部分很简单,不再解释。

该程序会输出:

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Hello World  
Hello Everyone
Hello World Gopher
Hello Everyone !

头等函数的实际用途

迄今为止,我们已经定义了什么是头等函数,也看了一些专门设计的示例,来学习它们如何工作。现在我们来编写一些实际的程序,来展现头等函数的实际用处。

我们会创建一个程序,基于一些条件,来过滤一个 students 切片。现在我们来逐步实现它。

首先定义一个 student 类型。

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type student struct {  
firstName string
lastName string
grade string
country string
}

下一步是编写一个 filter 函数。该函数接收一个 students 切片和一个函数作为参数,这个函数会计算一个学生是否满足筛选条件。写出这个函数后,你很快就会明白,我们继续吧。

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func filter(s []student, f func(student) bool) []student {  
var r []student
for _, v := range s {
if f(v) == true {
r = append(r, v)
}
}
return r
}

在上面的函数中,filter 的第二个参数是一个函数。这个函数接收 student 参数,返回一个 bool 值。这个函数计算了某一学生是否满足筛选条件。我们在第 3 行遍历了 student 切片,将每个学生作为参数传递给了函数 f。如果该函数返回 true,就表示该学生通过了筛选条件,接着将该学生添加到了结果切片 r 中。你可能会很困惑这个函数的实际用途,等我们完成程序你就知道了。我添加了 main 函数,整个程序如下所示:

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package main

import (
"fmt"
)

type student struct {
firstName string
lastName string
grade string
country string
}

func filter(s []student, f func(student) bool) []student {
var r []student
for _, v := range s {
if f(v) == true {
r = append(r, v)
}
}
return r
}

func main() {
s1 := student{
firstName: "Naveen",
lastName: "Ramanathan",
grade: "A",
country: "India",
}
s2 := student{
firstName: "Samuel",
lastName: "Johnson",
grade: "B",
country: "USA",
}
s := []student{s1, s2}
f := filter(s, func(s student) bool {
if s.grade == "B" {
return true
}
return false
})
fmt.Println(f)
}

main 函数中,我们首先创建了两个学生 s1s2,并将他们添加到了切片 s。现在假设我们想要查询所有成绩为 B 的学生。为了实现这样的功能,我们传递了一个检查学生成绩是否为 B 的函数,如果是,该函数会返回 true。我们把这个函数作为参数传递给了 filter 函数(第 38 行)。上述程序会输出:

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[{Samuel Johnson B USA}]

假设我们想要查找所有来自印度的学生。通过修改传递给 filter 的函数参数,就很容易地实现了。

实现它的代码如下所示:

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c := filter(s, func(s student) bool {  
if s.country == "India" {
return true
}
return false
})
fmt.Println(c)

请将该函数添加到 main 函数,并检查它的输出。

我们最后再编写一个程序,来结束这一节的讨论。这个程序会对切片的每个元素执行相同的操作,并返回结果。例如,如果我们希望将切片中的所有整数乘以 5,并返回出结果,那么通过头等函数可以很轻松地实现。我们把这种对集合中的每个元素进行操作的函数称为 map 函数。相关代码如下所示,它们很容易看懂。

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package main

import (
"fmt"
)

func iMap(s []int, f func(int) int) []int {
var r []int
for _, v := range s {
r = append(r, f(v))
}
return r
}
func main() {
a := []int{5, 6, 7, 8, 9}
r := iMap(a, func(n int) int {
return n * 5
})
fmt.Println(r)
}

该程序会输出:

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[25 30 35 40 45]
Tags: Go
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