Python進階：函數式編程實例（附代碼）

上篇文章「幾個小例子告訴你, 一行Python代碼能幹哪些事 -- 知乎專欄」中用到了一些列表解析、生成器、map、filter、lambda、zip等表達形式，這就涉及到了Python中關於函數式編程（functional programming）的語法、函數等。這裡我們就根據一些實例，聊聊Python中的函數式編程。

先附上維基百科中關於函數式編程的解釋：

函數式編程，或稱函數程序設計，又稱泛函編程，是一種編程范型，它將電腦運算視為數學上的函數計算，並且避免使用程序狀態以及易變對象。函數編程語言最重要的基礎是λ演算。而且λ演算的函數可以接受函數當作輸入（引數）和輸出（傳出值）。

比起命令式編程，函數式編程更強調程序執行的結果而非執行的過程，倡導利用簡單的執行單元讓計算結果不斷漸進，逐層推導複雜的運算，而不是設計一個複雜的執行過程。

關於函數式編程的好處、原則等等，我們就不聊了，大家可以自行谷歌。

Python作為一門腳本語言，也具有一些函數式編程的思想，主要體現在下面幾個方面：

• Python的一些語法，比如lambda、列表解析、字典解析、生成器、iter等
• Python的一些內置函數，包括map、reduce、filter、all、any、enumerate、zip等
• Python的一些內置模塊，比如 itertools、functools 和 operator模塊等
• Python的一些第三方庫，比如fn.py，toolz等

這裡我們就根據這四個方面，分別聊一聊各自的語法、實例等。

Python函數式編程之語法篇

（1）列表解析，將range(5)的每個元素進行平方：

a_list = [item**2 for item in range(5)]print(a_list) # [0, 1, 4, 9, 16]

（2）字典解析，將range(5)的每個元素進行平方並作為value，key為一個指示：

a_dict = {"%d^2" % item: item**2 for item in range(5)}print(a_dict) # {"3^2": 9, "2^2": 4, "1^2": 1, "0^2": 0, "4^2": 16}

（3）生成器：和列表解析比較類似，區別在於它的結果是generator object，不能直接列印，但可以進行迭代（使用next函數、放入for循環等）。

a_generator = (item**2 for item in range(5))print(a_generator) # <generator object <genexpr> at 0x10e366570>print(next(a_generator)) # 0print(next(a_generator)) # 1

（4）iter函數和next函數：一個list類型不能使用next函數，需將其轉化為iterator類型。

a_list_generator = iter(a_list)print(next(a_list_generator)) # 0print(type(a_list), type(a_list_generator)) # <class "list"> <class "list_iterator">

（5）lambda表達式，即定義一些比較簡單的匿名函數，lambda表達式和map、reduce、filter等函數混合使用威力巨大。例如求x的y次方：

a_func = lambda x, y: x**y print(a_func(2, 3)) # 8

Python函數式編程之內置函數篇

這裡沒有將iter和next歸到這裡，只是個人喜好而已，大家不用在意這些細節。

（1）map函數：將一個函數應用於一個或多個可迭代對象，返回一個map object。這裡的函數可以為內置函數、operator模塊中的函數或者一個lambda函數等：

print(map(abs, range(-4, 5))) # <map object at 0x1097bd6d8>print(list(map(abs, range(-4, 5)))) # [4, 3, 2, 1, 0, 1, 2, 3, 4]print(list(map(lambda x: x**2, range(5)))) # [0, 1, 4, 9, 16]print(list(map(lambda x, y: x**y, range(1, 5), range(1, 5)))) # [1, 4, 27, 256]

（2）reduce函數：這個函數並不能直接調用，而是需要通過functools庫進行引入。該函數的作用是將一個可迭代對象中的元素進行reduce（累加等），最後一個參數可選，為初始值。

print(reduce(lambda x, y: x+y, range(10))) # 45print(reduce(lambda x, y: x+y, range(10), 100)) # 145print(reduce(lambda x, y: x+y, [[1, 2], [3, 4]], [0])) # [0, 1, 2, 3, 4]

（3）filter函數：按照字面意思理解即可，即過濾一個可迭代對象，保留為True的元素。注意第二個例子，只過濾掉0，因為即使是負數也會被判定為True。

print(filter(None, range(-4, 5))) # <filter object at 0x10c096710>print(list(filter(None, range(-4, 5)))) # [-4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4]print(list(filter(lambda x: x > 0, range(-4, 5)))) # [1, 2, 3, 4]

（4）all、any函數：比較簡單，還是可以按照字面意思理解，即判定一個可迭代對象是否全為True或者有為True的。

print(all([0, 1, 2])) # Falseprint(any([0, 1, 2])) # True

（5）enumerate函數，如果你想迭代一個列表或者元組，又想知道當前迭代元素的index值，那麼enumerate就能滿足你的需求：

for index, item in enumerate(range(5)): print("%d: %d" % (index, item)) # 0: 0
1: 1
2: 2 ......

（6）zip函數，映射兩個或多個可迭代對象，組成新的可迭代對象，直接看實例：

for a, b in zip([1, 2, 3], ["a", "b", "c"]): print(a, b) # 1 a
2 b
3 ca_dict = dict(zip([1, 2, 3], ["a", "b", "c"]))print(a_dict) # {1: "a", 2: "b", 3: "c"}

Python函數式編程之內置模塊篇

這裡主要涉及內置模塊itertools、functools和operator等。這幾個內置模塊可配合上邊的map、reduce等函數一起使用。由於涉及到的內容較多，這裡只做簡單介紹。有什麼不明白或者不清楚的地方，可以讀一下Python的官方文檔：Functional Programming Modules

（1）itertools模塊：包含創建有效迭代器的函數，可以用各種方式對數據進行循環操作，該模塊的所有函數返回的迭代器都可以與for循環語句以及其他包含迭代器的函數聯合使用。主要包含三類函數：

• 無限迭代器，比如itertools.count(10, 2)將無限產生從10開始，step為2的數，這裡需要用break手動停止。

• 作用於序列上的一些迭代器，比如itertools.chain(a_list, b_list)將兩個列表連起來。

• 組合生成器，比如排列功能、組合功能等。

（2）functools模塊：定義一些高階函數，用於「act」或者「return」其他函數。前邊已經介紹過其中的一個函數reduce了。這裡再介紹一個平時常用的partial函數，其他函數大家可以參考其官方文檔。

print(int("10010", base=2)) # 18int_base_2 = partial(int, base=2) # partial可以給函數添加或更改默認參數print(int_base_2("10010")) # 18

（3）operator模塊：提供了一個與Python固有操作相對應的集合。例如operator.add(x, y)等價於表達式x+y。該模塊中函數的名字就是類的方法名。這裡可以結合map、reduce等使用：

print(reduce(lambda x, y: x+y, range(10))) # 45print(reduce(add, range(10))) # 45

Python函數式編程之第三方庫

第三方庫包括fn.py, toolz等，fn.py地址：GitHub - kachayev/fn.py: Functional programming in Python，toolz地址：pytoolz/toolz: A functional standard library for Python。兩個第三方庫的很多功能都和Python內置的語法、函數類似，這裡就不一一解釋了。這裡就舉一個fn.py的例子，其他的大家可以去參考他的代碼或者文檔：

from fn import _add_func_1 = (_ + 2)print(add_func_1(1)) # 3add_func_2 = (_ + _ * _)print(add_func_2(1, 2, 3)) # 7

以上大概就是Python函數式編程的基本語法、函數、思想等，有什麼問題可以在評論中指出，大家一起討論，一起進步。對了，Python中的裝飾器應該也算是函數式編程的一種用法，有時間專門寫一篇關於Python裝飾器的文章。

按照慣例，文章中出現的所有代碼，均已上傳到Github：GitHub - xianhu/LearnPython: 以擼代碼的形式學習Python

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作者主頁：笑虎（Python愛好者，關注爬蟲、數據分析、數據挖掘、數據可視化等）

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