从五大语言看函数和lambda表达式

张风捷特烈
VIP.5 如鱼得水
2,369 阅读6分钟

零、前言

最近Kotlin看得挺爽，曾经比较Java和JavaScript，
遗憾过Java的函数太low，Kotlin在函数方面完全弥补了Java的缺憾。
虽然java8支持了lambda表达式，但是还是没有kotlin爽。
今天只谈函数和lambda，至于函数式编程，就不班门弄斧了。

一、从Kotlin的函数说起

在java中似乎并不怎么说函数，而是说方法，方法是对象的行为能力，那函数是什么?

0.函数是什么?

高中的数学是这样定义函数这个概念的：

设A,B为非空的数集，如果按照某种确定的对应关系f,  
使对于集合A中的任意的任意一个数x,在集合B中都有唯一确定的数f(x)和它对应，
那么就称"f:A→B"为从集合A到集合B的一个函数，记作：
y=f(x),x∈A

其中，x叫做自变量，x的取值范围叫做函数的[定义域]
与x的值对应的y值叫做函数值，函数值的集合{f(x)|x∈A}叫做函数的[值域]

数学中一元函数的组成是两个集合和一个对应法则，
每个自变量在对应法则的映射下都能获得唯一因变量。 我更愿意将数学中的函数看做对应法则下，自变量的所以变化集合
这貌似和编程中的函数是两个概念,但是在思想上还是有相似之处的：

如果将自变量看做输入状态，在对应法则之下，每个输入都对应着唯一对应的输出状态  
而编程中的函数也是做类似的事：将输入的材料数据通过逻辑处理，形成特定输出，只是变化维度（参数）比较多
1.Kotlin中函数的形式

Kotlin函数定义的形式.png

拿下面的函数来说，对于输入x总能保持唯一的y输出

fun fx(x: Int): Int {
    val y = x + 2
    return y
}

-- 也许你会说："这TM不就是加个2吗,需要讲的这么费劲?"，
-- 我想说："不要太纠结表象，我写成val y = Math.sqrt(Math.exp(x) - 3 * Math.acos(x)) - Math.log(x)就会很高大上吗?"
-- 在我眼中，这只是一种对应关系，它的本质和它的表示并没有关系，就算写成val y = 1,它的本质并不会改变:
-- 仍是对于输入x总能保持唯一的y输出，这就是抽象，太在意表象就会肤浅以致视野的局限。

2.Kotlin中函数的类型

Kotlin中的函数也是一种数据类型，其类型为：(形参类型,形参类型)->返回值类型
在Kotlin中使用::函数名获取一个函数的引用，函数是可以作为一个对象存在的

val line: (Double) -> Double
line = ::fx
line(8.0)//10.0

println(line)//fun fx(kotlin.Double): kotlin.Double
println(line is (Double) -> Double)//true

|-- 从效果上，普通视野来看就是让入参+2，并没有什么了不起的
|-- 但从整个宏观来看该函数实现了一个 y = x + 2 的线性数据转换器，是不是高大上了一点
3.函数的入参

现在有一个gx，实现y=e^x的数据转化器。

fun gx(x: Double): Double {
    val y = Math.exp(x)
    return y
}

你也许可以想到：既然函数可以作为对象，那么也可以当做入参
然后就一不小心拼出了下面这个看起来挺帅气的函数，这时让fx作为入参
脚指头想想应该也知道是y = e^(x+2),这就实现了两个函数的叠合。

fun gx(x: Double, f: (Double) -> Double): Double {
    val y = Math.exp(f(x))
    return y
}

println(gx(0.0, ::fx))//7.38905609893065
4.Lambda闪亮登场

入参是函数，函数可以写成Lambda表达式，这里gx的函数入参类型：(Double) -> Double
对应的Lambda表达式形式为：{ 参数名:Double -> 若干语句 最后一句返回Double},
然后下面图形的数据转换器就ok了，将自变量x通过sin转换器后，再通过exp转化器，也可得到唯一的输出

|-- 使用匿名函数，不用Lambda
gx(5.0, fun(x: Double): Double {
    return Math.sin(x)
})

|-- 使用已存在的函数，不用Lambda
gx(5.0, ::sin)

|-- 使用Lambda，标准型--------------------
gx(5.0, { x: Double ->
    Math.sin(x)
})//0.3833049951722714

|-- Lambda特性：作为最后一参可置后--------------
gx(5.0) { x: Double ->
    Math.sin(x)
}//0.3833049951722714

|-- 可推导出变量类型，变量类型可省略------------------
gx(5.0) { x ->
    Math.sin(x)
}//0.3833049951722714

|-- 只有一个参数时可以用it代替,省略变量---------------
|-- 这样一看是不是对Kotlin的Lambda语法有了些认识
gx(5.0) {Math.sin(it)}//0.3833049951722714

好了，Lambda的引入完成，也许你有点晕，没关系，继续看

二、从map函数看lambda表达式

1.基上所有的语言都有map等操作符，拿Kotlin来看
val ints = IntArray(10) { it }//初始化 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

ints.map {
    it * it
}.forEach { print("$it "); }//0 1 4 9 16 25 36 49 64 81
2.Array的map函数源码分析
---->[_Arrays.kt#map]-----------------------
public inline fun <R> IntArray.map(transform: (Int) -> R): List<R> {
    return mapTo(ArrayList<R>(size), transform)
}
|-- map函数的入参是 (Int) -> R 类型的函数，返回值是 List<R>
|-- 它调用了mapTo方法

---->[_Arrays.kt#mapTo]-----------------------
public inline fun <R, C : MutableCollection<in R>> IntArray.mapTo(destination: C, transform: (Int) -> R): C {
    for (item in this)
        destination.add(transform(item))
    return destination
}
|-- 这方法头有点长，仔细看看：方法入参 destination，类型C,其中C是MutableCollection类型的  
|-- 从上面传入的ArrayList<R>(size)来看，是一个size尺寸的空列表，第二参仍是刚才的函数transform
|-- 让this的所有元素经过transform方法，然后加入到空列表里，再将destination返回出去
|-- 这样一看map方法也没有想象中的那么神奇，也可以看出map并不会污染原数组
3.Java中的stream流中的map

关于lambda表达式在Java中最常见的应数一个方法的接口，在stream流中便是家常便饭

List<Integer> ints = Arrays.asList(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
List<Integer> list = ints.stream()
        .map((e) -> {
            return e * e;
        })
        .collect(Collectors.toList());

|-- 简写形式
List<Integer> list = ints.stream()
        .map(e -> e * e)
        .collect(Collectors.toList());

---->[Java中的lambda表达式是什么?]----------------
|-- 源码：Stream#map------------
<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);
|-- 可以看出入参是一个Function的类型，有两个泛型 T 和 R

|-- 那Function对象又是什么鬼?
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
    R apply(T t);
    default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
        Objects.requireNonNull(before);
        return (V v) -> apply(before.apply(v));
    }

    default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> after.apply(apply(t));
    }
    
    static <T> Function<T, T> identity() {
        return t -> t;
    }
}
|-- Functions是一个接口，有两个泛型：T和R ,apply函数出入T类型参数，返回一个R 类型值
 * @param <T> the type of the input to the function 输入的类型
 * @param <R> the type of the result of the function 输出的类型
|-- 其中有 compose和andThen两个默认的构造接口，看样子compose可以截胡，先走一波before的Function  
|-- andThen相反，先走自己的apply，然后再走after的apply
|-- 打个比方，我有一块糖，compose是吃了吐出来再给我吃，andThen是我吃了，吐出来给她吃

|-- 变量提取一下，可以看出这里是一个Function<Integer, Integer>的对象
Function<Integer, Integer> fn = e -> e * e; 
fn.apply(8);//64
fn.compose((Integer e) -> {
            System.out.println();
            return e * 2;
        }).apply(8)//256 = (8*2)^2

fn.andThen((Integer e) -> {
            System.out.println();
            return e * 2;
        }).apply(8));//128 = 8*8 *2
4.JavaScript中的lambda表达式

类似，也是不会改变原数组

let arr = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9];
let result = arr.map(e => {
    return e * e;
});

console.log(arr);//[ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ]
console.log(result);//[ 0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81 ]

|-- 简写形式：
let result = arr.map(e => e * e);
5.Python中的lambda表达式

Python的lambda表达式怎么多行语句...还望指点，网上的都是一行...

arr = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
result = map(lambda e: {e * e}, arr)
print(arr)# [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
print(list(result))  # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

|-- 简写
result = map(lambda e: e * e, arr)
6.Dart中的lambda
var arr = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9];
var result = arr.map((e) => (e * e));
print(arr);//[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
print(result);//(0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81)

|-- 简写
var result = arr.map((e) => e * e);

可见，每种语言对于lambda表达式的表示形式都有区别,
下面是各语言未简写的完整和简写的lambda表达式

|-- Kotlin
val fn = { e: Int -> {
        e * e
    }
}
简写：val fn = { e: Int -> e * e }

|-- Java
Function<Integer, Integer> fn = (Integer e) -> {
    return e * e;
};
简写：Function<Integer, Integer> fn =  e -> e * e;

|-- JavaScript
let fn = (e) => {
    return e * e
};

简写：let fn = (e) => e * e;

|-- Python
fn = lambda e: {
    e * e
}
简写：fn = lambda e: e * e

|-- Dart
var fn = (e) => (
    e * e
);
简写：var fn = (e) => e * e;

三、从加法来看lambda表达式

lambda表达式只是函数的一种特别的书写格式,它本身还是函数，可以赋给变量以及调用

1.Kotlin版
|-- 加法函数
fun add(x: Int, y: Int): Int {
    return x + y
}

|-- 转化为lambda表达式
val add = { x: Int, y: Int -> { x + y } }
简写：val add = { x: Int, y: Int ->  x + y }
|-- 可以将lambda表达式当做普通的函数来调用
add(3, 5)//8

|-- 再看传入一个函数如参的add方法，它在加之前先对x,y进行处理
fun add(x: Int, y: Int, fn: (Int) -> Int): Int {
    return fn(x) + fn(y)
}

|-- 这样就可以计算x,y的平方和:(-3)^2+4^2=25  
val result = add(-3, 4) { e -> e * e }

|-- 这样就可以计算x,y的绝对值和：|-3|+|4| = 7
val result = add(-3, 4) { e -> Math.abs(e) }
|-- 好处不言而喻，可以自定义拓展用法，应你所需

|-- 当然如果你觉得麻烦，就像加一下而已，也可以设个默认值
fun add(x: Int, y: Int, fn: (Int) -> Int = { e -> e }): Int {
    return fn(x) + fn(y)
}
val result = add(-3, 4) //1
2.Java版

Java中并不像当代语言那么随性，由上面的Function也可以看出，
是接口让Java支持lambda表达式的，既然Java有Function接口，我们当然也可以自定义

---->[定义方法接口]------------------
public interface AddFun<T, R> {
    R apply(T x, T y);
}

|-- 使用--------------------
AddFun<Integer, Integer> add = (x, y) -> x + y;//加法的lambda表达式
Integer result = add.apply(4, 5);

|-- 如何向上面那样自定义拓展加法呢? 
|-- 也就是再加一个(函数)入参，可以传入lambda表达式
public interface AddFun<T, R> {
    R apply(T x, T y, Function<? super T, ? extends R> rule);
}

AddFun<Integer, Integer> add = (x, y, rule) -> rule.apply(x) + rule.apply(y);//加法的lambda表达式
Integer result = add.apply(3, 4, e -> e * e);//25
Integer result = add.apply(-3, 4, e -> Math.abs(e));//7
Integer result = add.apply(-3, 4, Math::abs);//7  简写
3.JavaScript版
|-- 加法函数写成lambda表达式
let la = (x, y) => x + y;
console.log(la(3, 4));//7

|-- 加法 + lambda表达式入参
function add(x, y, fn = e => e) {             
    return fn(x) + fn(y);
}

let a = add(-3, 4, e => e * e);
let b = add(-3, 4, e => Math.abs(e));

console.log(a);//25
console.log(b);//7

|-- 合在一起写也可以
let la = (x, y, fn) => fn(x) + fn(y);
la(-3, 4,e => e * e);//25
4.Python和Dart

套路都差不多，就不废话了

|-- Python
add = lambda x, y: x + y
addex = lambda x, y, fn: fn(x) + fn(y)
a = add(3, 4)
b = addex(-3, -4, lambda e: e * e)
print(a)#7
print(b)#25

|-- Dart
var add = (x, y)=> x + y;
var addex = (x, y, fn) => fn(x) + fn(y);
var a = add(3, 4);
var b = addex(-3, -4, (e)=> e * e);
print(a);//7
print(b);//25

四、最后讲几个高阶函数吧

Java的stream流对集群元素的操作，Kotlin对集群元素的操作，传入函数，使用lambda表达式很方便
另外JavaScript,Python,Dart操作集群时或多或少都会涉及这些forEach，map,all,any，reduce等。

1.Java的stream
|-- forEach操作:遍历元素
ints.stream().forEach(e->{
    System.out.println(e);
});

|-- allMatch操作：根据条件控制遍历，看是否全部符合条件，只要有一个不合格，中断遍历并返回false
List<Integer> ints = Arrays.asList(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
Stream<Integer> stream = ints.stream();
boolean b = stream.allMatch(e -> {
    System.out.println(e);
    return e < 5; //0 1 2 3 4 5
});
System.out.println(b);//false 返回是否全部都符合要求

|-- anyMatch操作：根据条件控制遍历，看是否有符合条件，只要有一个合格，中断遍历并返回true
boolean has = ints.stream().anyMatch(e -> {
    System.out.println(e);
    return e > 5; //0 1 2 3 4 5 6
});
System.out.println(has);//true

|-- noneMatch操作：根据条件控制遍历，看是否有符合条件，只要有一个合格，中断遍历并返回false
boolean hasNot = ints.stream().noneMatch(e -> {
    System.out.println(e);//0 1 2 3 4 5 6
    return e >5 ;
});
System.out.println(hasNot);//false

|-- filter操作：过滤出需要的元素，返回的仍是stream，所以可以连续使用
ints.stream().filter(e -> e % 2 == 0)
        .forEach(System.out::println);//0 2 4 6 8

|-- map操作：可以将所有的元素按照规则全体变化,返回的仍是stream
|-- collect操作：将一个stream变成Collector，容器对象
List<Integer> list = ints.stream()
        .map(e -> e * e)
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(list);

|-- flatMap操作：将层级结构扁平化。比如有三个小偷，每个人偷了几个东西(集合元素)  
|-- 然后三个人被警察逮到了，三个人一次将自己偷得东西一个一个摆在桌子上，ok，这就是flatMap
List<Integer> int0to4 = Arrays.asList(0, 1, 2);
List<Integer> int3o7 = Arrays.asList(3, 4);
List<Integer> int4to8 = Arrays.asList(4, 5);
Stream.of(int0to4, int3o7, int4to8).flatMap(list -> list.stream())
        .forEach(System.out::println);//0 1 2 3 4 4 5

|-- limit操作：截取前n个元素,返回的仍是stream
|-- skip操作：跳过前n个元素,返回的仍是stream
ints.stream()
        .limit(6)//截取6个 0,1,2,3,4,5
        .skip(2)//跳过前两个
        .forEach(System.out::println);//2 3 4 5
        
|-- findFirst:获取流中的第一个元素
int str =  ints.stream()
        .filter(x->x<-3)//过滤流
        .findFirst()//第一个
        .orElse(10000);//默认值
System.out.println(str);//4

|-- mapToInt：形成int流，好处在于有额外的API
IntSummaryStatistics stats = ints.stream().mapToInt((x) -> x).summaryStatistics();
System.out.println("max : " + stats.getMax());//9
System.out.println("min : " + stats.getMin());//0
System.out.println("sum : " + stats.getSum());//45
System.out.println("ave : " + stats.getAverage());//4.5
System.out.println("count : " + stats.getCount());//10

|-- max和min操作，两者相反，传入一个比较器，返回一个Optional对象
 int max = ints.stream().max((o1, o2) -> o1 - o2).get();
 int min = ints.stream().min((o1, o2) -> o1 - o2).get();
 System.out.println(max+"--"+min);//9--0

|-- reduce操作：
Integer reduce = ints.stream().reduce(0, (result, value) -> {
    System.out.println(result + "---" + value);
    return result + value;
});
System.out.println(reduce);
感觉reduce超有意思：感觉的话像贪吃蛇，一个一个吃，但吃下一个之前，吃前一个的效果还在  
其中第一参是偏移量，可以看成贪吃蛇得初始情况，在此基础上，每遍历一次，吃一个
            0---0                                        4---0
            0---1                                        4---1
            1---2                                        5---2
            3---3                                        7---3
初始值0      6---4                         初始值4        10---4
            10---5                                       14---5
            15---6                                       19---6
            21---7                                       25---7
            28---8                                       32---8
            36---9                                       40---9
            45                                           49
2.Kotlin
|-- forEach操作:遍历元素
ints.forEach {
    print("$it ")//0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
}

|-- all操作：根据条件控制遍历，看是否全部符合条件，只要有一个不合格，中断遍历并返回false
val b = ints.all {
    println(it);
    it < 5; //0 1 2 3 4 5
}
println(b) //false 

|-- any操作：根据条件控制遍历，看是否有符合条件，只要有一个合格，中断遍历并返回true
 val any = ints.any {
     println(it);
     it > 5;////0 1 2 3 4 5 6
 }
 println(any)//true

|-- noneMatch操作：根据条件控制遍历，看是否有符合条件，只要有一个合格，中断遍历并返回false
val any = ints.none() {
    println(it);
    it > 5;//0 1 2 3 4 5 6
}
println(any)//false

|-- filter操作：过滤出需要的元素，不损坏原数组
ints.filter {
    it % 2 == 0
}.forEach { print("$it "); }//0 2 4 6 8

|-- map操作：可以将所有的元素按照规则全体变化,返回的仍是stream
ints.map {
    it * it
}.forEach { print("$it "); }//0 1 4 9 16 25 36 49 64 81

|-- dropWhile操作：知道满足条件之前的元素都删除
val list = ints.dropWhile { it < 6 }
println(list)//[6, 7, 8, 9]

|-- reduce操作：
val reduce = ints.reduce { result: Int, value: Int ->
    println("$result --- $value")
    result + value
}
println(reduce)

最后总结一句：在Java中的lambda表达式表示一个接口对象，在各现代语言表示函数

var la={x: Int ,y:Int-> x +y}
println(la is (Int, Int) -> Int)//true
println(::add is (Int, Int) ->Int)//true

fun add(x: Int, y: Int): Int {
    return x + y
}

关于各语言认识深浅不一，如有错误，欢迎批评指正。

后记：捷文规范

1.本文成长记录及勘误表
项目源码 日期 附录
V0.1--无 2018-3-6 无

发布名：从五大语言看函数和lambda表达式
捷文链接：https://juejin.cn/post/6844903788612943885

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