Scala函数式编程(第五章:函数基础、函数高级详解)

约定不等于承诺〃 2024-03-26 12:33 29阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  第 5 章 函数式编程
 *   *  5.1 函数基础
     *   *  5.1.1 函数基本语法
         *  5.1.2 函数和方法的区别
         *  5.1.3 函数定义
         *  5.1.4 函数参数
         *  5.1.5 函数至简原则（重点）
     *  5.2 函数高级
     *   *  5.2.1 高阶函数
         *  5.2.2 匿名函数
         *  5.2.3 高阶函数案例
         *  5.2.4 函数柯里化&闭包
         *  5.2.5 递归
         *  5.2.6 控制抽象
         *  5.2.7 惰性加载

--------------------

## 第 5 章 函数式编程 ##

**1）面向对象编程**

*  解决问题，分解对象，行为，属性，然后通过对象的关系以及行为的调用来解决问题。
 *  对象：用户
 *  行为：登录、连接 JDBC、读取数据库
 *  属性：用户名、密码
 *  Scala 语言是一个完全面向对象编程语言。万物皆对象
 *  对象的本质：对数据和行为的一个封装

**2）函数式编程**

*  解决问题时，将问题分解成一个一个的步骤，将每个步骤进行封装（函数），通过调用 这些封装好的步骤，解决问题。
 *  例如：请求->用户名、密码->连接 JDBC->读取数据库
 *  Scala 语言是一个完全函数式编程语言。万物皆函数。
 *  函数的本质：函数可以当做一个值进行传递

**3）在 Scala 中函数式编程和面向对象编程完美融合在一起了。**

### 5.1 函数基础 ###

#### 5.1.1 函数基本语法 ####

**1）基本语法**  
![在这里插入图片描述][023570c4f6c74f7fbe2838d413322c25.png]  
**2）案例实操**

> 需求：定义一个函数，实现将传入的名称打印出来。

object TestFunction {
        
    def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     // （1）函数定义
     def f(arg: String): Unit = {
        
     println(arg)
     }
     // （2）函数调用
     // 函数名（参数）
     f("hello world")
     }
    }

#### 5.1.2 函数和方法的区别 ####

**1）核心概念**

*  （1）为完成某一功能的程序语句的集合，称为函数。
 *  （2）类中的函数称之方法。

**2）案例实操**

*  （1）Scala 语言可以在任何的语法结构中声明任何的语法
 *  （2）函数没有重载和重写的概念；方法可以进行重载和重写
 *  （3）Scala 中函数可以嵌套定义

object TestFunction {
        
     // (2)方法可以进行重载和重写，程序可以执行
     def main(): Unit = {
        
     }
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     // （1）Scala 语言可以在任何的语法结构中声明任何的语法
     import java.util.Date
     new Date()
     // (2)函数没有重载和重写的概念，程序报错
     def test(): Unit ={
        
     println("无参，无返回值")
     }
     test()
     def test(name:String):Unit={
        
     println()
     }
     //（3）Scala 中函数可以嵌套定义
     def test2(): Unit ={
        
     def test3(name:String):Unit={
        
     println("函数可以嵌套定义")
     }
     }
     }
    }

#### 5.1.3 函数定义 ####

**1）函数定义**

*  （1）函数 1：无参，无返回值
 *  （2）函数 2：无参，有返回值
 *  （3）函数 3：有参，无返回值
 *  （4）函数 4：有参，有返回值
 *  （5）函数 5：多参，无返回值
 *  （6）函数 6：多参，有返回值

**2）案例实操**

package com.atguigu.chapter05
    object TestFunctionDeclare {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     // 函数 1：无参，无返回值
     def test1(): Unit ={
        
     println("无参，无返回值")
     }
     test1()
     // 函数 2：无参，有返回值
     def test2():String={
        
     return "无参，有返回值"
     }
     println(test2())
     // 函数 3：有参，无返回值
     def test3(s:String):Unit={
        
     println(s)
     }
     test3("jinlian")
     // 函数 4：有参，有返回值
     def test4(s:String):String={
        
     return s+"有参，有返回值"
     }
     println(test4("hello "))
     // 函数 5：多参，无返回值
     def test5(name:String, age:Int):Unit={
        
     println(s"$name, $age")
     }
     test5("dalang",40)
     }
    }

#### 5.1.4 函数参数 ####

**1）案例实操**

*  （1）可变参数
 *  （2）如果参数列表中存在多个参数，那么可变参数一般放置在最后
 *  （3）参数默认值，一般将有默认值的参数放置在参数列表的后面
 *  （4）带名参数

object TestFunction {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     // （1）可变参数
     def test( s : String* ): Unit = {
        
     println(s)
     }
     // 有输入参数：输出 Array
     test("Hello", "Scala")
     // 无输入参数：输出 List()
     test()
     // (2)如果参数列表中存在多个参数，那么可变参数一般放置在最后
     def test2( name : String, s: String* ): Unit = {
        
     println(name + "," + s)
     }
     test2("jinlian", "dalang")
     // (3)参数默认值
     def test3( name : String, age : Int = 30 ): Unit = {
        
      println(s"$name, $age")
     }
     // 如果参数传递了值，那么会覆盖默认值
     test3("jinlian", 20)
     // 如果参数有默认值，在调用的时候，可以省略这个参数
     test3("dalang")
     // 一般情况下，将有默认值的参数放置在参数列表的后面
     def test4( sex : String = "男", name : String ): Unit = {
        
     println(s"$name, $sex")
     }
    // Scala 函数中参数传递是，从左到右
     //test4("wusong") 
     //（4）带名参数
     test4(name="ximenqing")
     }
    }

#### 5.1.5 函数至简原则（重点） ####

`函数至简原则：能省则省`  
**1）至简原则细节**

*  （1）return 可以省略，Scala 会使用函数体的最后一行代码作为返回值
 *  （2）如果函数体只有一行代码，可以省略花括号
 *  （3）返回值类型如果能够推断出来，那么可以省略（:和返回值类型一起省略）
 *  （4）如果有 return，则不能省略返回值类型，必须指定
 *  （5）如果函数明确声明 unit，那么即使函数体中使用 return 关键字也不起作用
 *  （6）Scala 如果期望是无返回值类型，可以省略等号
 *  （7）如果函数无参，但是声明了参数列表，那么调用时，小括号，可加可不加
 *  （8）如果函数没有参数列表，那么小括号可以省略，调用时小括号必须省略
 *  （9）如果不关心名称，只关心逻辑处理，那么函数名（def）可以省略

**2）案例实操**

object TestFunction {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     // （0）函数标准写法
     def f( s : String ): String = {
        
     return s + " jinlian"
     }
     println(f("Hello"))
     // 至简原则:能省则省
     //（1） return 可以省略,Scala 会使用函数体的最后一行代码作为返回值
     def f1( s : String ): String = {
        
     s + " jinlian"
     }
     println(f1("Hello"))
     //（2）如果函数体只有一行代码，可以省略花括号
     def f2(s:String):String = s + " jinlian"
     //（3）返回值类型如果能够推断出来，那么可以省略（:和返回值类型一起
    省略）
     def f3( s : String ) = s + " jinlian"
     println(f3("Hello3"))
     //（4）如果有 return，则不能省略返回值类型，必须指定。
     def f4() :String = {
        
     return "ximenqing4"
     }
     println(f4())
     //（5）如果函数明确声明 unit，那么即使函数体中使用 return 关键字也
    不起作用
     def f5(): Unit = {
        
     return "dalang5"
     }
     println(f5())
     //（6）Scala 如果期望是无返回值类型,可以省略等号
     // 将无返回值的函数称之为过程
     def f6() {
        
     "dalang6"
     }
     println(f6())
     //（7）如果函数无参，但是声明了参数列表，那么调用时，小括号，可加可
    不加
     def f7() = "dalang7"
     println(f7())
     println(f7)
     //（8）如果函数没有参数列表，那么小括号可以省略,调用时小括号必须省
    略
     def f8 = "dalang"
     //println(f8())
     println(f8)
     //（9）如果不关心名称，只关心逻辑处理，那么函数名（def）可以省略
     def f9 = (x:String)=>{
        println("wusong")}
     def f10(f:String=>Unit) = {
        
     f("")
     }
     f10(f9)
     println(f10((x:String)=>{
        println("wusong")}))
     }
    }

### 5.2 函数高级 ###

#### 5.2.1 高阶函数 ####

> 在 Scala 中，函数是一等公民。怎么体现的呢？  
> 对于一个函数我们可以：定义函数、调用函数

object TestFunction {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     // 调用函数
    foo()
     }
     // 定义函数
     def foo():Unit = {
        
     println("foo...")
     }
    }

但是其实函数还有更高阶的用法  
**1）函数可以作为值进行传递**

object TestFunction {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     //（1）调用 foo 函数，把返回值给变量 f
     //val f = foo()
     val f = foo
     println(f)
     //（2）在被调用函数 foo 后面加上 _，相当于把函数 foo 当成一个整体，
    传递给变量 f1
     val f1 = foo _
     foo()
     f1()
    //（3）如果明确变量类型，那么不使用下划线也可以将函数作为整体传递给
    变量
    var f2:()=>Int = foo 
     }
     def foo():Int = {
        
     println("foo...")
     1
     }
    }

**2）函数可以作为参数进行传递**

// （1）定义一个函数，函数参数还是一个函数签名；f 表示函数名称;(Int,Int)
    表示输入两个 Int 参数；Int 表示函数返回值
     def f1(f: (Int, Int) => Int): Int = {
        
     f(2, 4)
     }
     
     // （2）定义一个函数，参数和返回值类型和 f1 的输入参数一致
     def add(a: Int, b: Int): Int = a + b
     
     // （3）将 add 函数作为参数传递给 f1 函数，如果能够推断出来不是调用，_
    可以省略
     println(f1(add))
    println(f1(add _))
    //可以传递匿名函数
    }

**3）函数可以作为函数返回值返回**

def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     def f1() = {
        
     def f2() = {
        
    }
    f2 _
    }
    val f = f1()
    // 因为 f1 函数的返回值依然为函数，所以可以变量 f 可以作为函数继续调用
    f()
    // 上面的代码可以简化为
    f1()()
    }

#### 5.2.2 匿名函数 ####

**1）说明**

*  没有名字的函数就是匿名函数。
 *  (x:Int)=>\{函数体\}
 *  x：表示输入参数类型；Int：表示输入参数类型；函数体：表示具体代码逻辑

**2）案例实操**

*  需求 1：传递的函数有一个参数

**传递匿名函数至简原则：**

*  （1）参数的类型可以省略，会根据形参进行自动的推导
 *  （2）类型省略之后，发现只有一个参数，则圆括号可以省略；其他情况：没有参数和参 数超过 1 的永远不能省略圆括号。
 *  （3）匿名函数如果只有一行，则大括号也可以省略
 *  （4）如果参数只出现一次，则参数省略且后面参数可以用\_代替

def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     // （1）定义一个函数：参数包含数据和逻辑函数
     def operation(arr: Array[Int], op: Int => Int) = {
        
     for (elem <- arr) yield op(elem)
     }
     // （2）定义逻辑函数
     def op(ele: Int): Int = {
        
     ele + 1
     }
     // （3）标准函数调用
     val arr = operation(Array(1, 2, 3, 4), op)
     println(arr.mkString(","))
     // （4）采用匿名函数
     val arr1 = operation(Array(1, 2, 3, 4), (ele: Int) => {
        
     ele + 1
     })
     println(arr1.mkString(","))
     // （4.1）参数的类型可以省略，会根据形参进行自动的推导;
     val arr2 = operation(Array(1, 2, 3, 4), (ele) => {
        
     ele + 1
     })
     println(arr2.mkString(","))
     // （4.2）类型省略之后，发现只有一个参数，则圆括号可以省略；其他情
    况：没有参数和参数超过 1 的永远不能省略圆括号。
     val arr3 = operation(Array(1, 2, 3, 4), ele => {
        
     ele + 1
     })
     println(arr3.mkString(","))
     // (4.3) 匿名函数如果只有一行，则大括号也可以省略
     val arr4 = operation(Array(1, 2, 3, 4), ele => ele + 1)
     println(arr4.mkString(","))
     //（4.4）如果参数只出现一次，则参数省略且后面参数可以用_代替
     val arr5 = operation(Array(1, 2, 3, 4), _ + 1)
     println(arr5.mkString(","))
     }
    }

> 需求 2：传递的函数有两个参数

object TestFunction {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     def calculator(a: Int, b: Int, op: (Int, Int) => Int): Int 
    = {
        
     op(a, b)
     }
     // （1）标准版
     println(calculator(2, 3, (x: Int, y: Int) => {
        x + y}))
     // （2）如果只有一行，则大括号也可以省略
     println(calculator(2, 3, (x: Int, y: Int) => x + y))
     // （3）参数的类型可以省略，会根据形参进行自动的推导;
     println(calculator(2, 3, (x , y) => x + y))
     // （4）如果参数只出现一次，则参数省略且后面参数可以用_代替
     println(calculator(2, 3, _ + _))
     }
    }

> **扩展练习**  
> 练习 1：定义一个匿名函数，并将它作为值赋给变量 fun。函数有三个参数，类型分别为 Int，String，Char，返回值类型为 Boolean。  
> 要求调用函数 fun(0, “”, ‘0’)得到返回值为 false，其它情况均返回 true。  
> 练习 2： 定义一个函数 func，它接收一个 Int 类型的参数，返回一个函数（记作 f1）。  
> 它返回的函数 f1，接收一个 String 类型的参数，同样返回一个函数（记作 f2）。函数 f2 接  
> 收一个 Char 类型的参数，返回一个 Boolean 的值。  
> 要求调用函数 func(0) (“”) (‘0’)得到返回值为 false，其它情况均返回 true。

#### 5.2.3 高阶函数案例 ####

> 需求：模拟 Map 映射、Filter 过滤、Reduce 聚合

object TestFunction {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     // （1）map 映射
     def map(arr: Array[Int], op: Int => Int) = {
        
     for (elem <- arr) yield op(elem)
     }
     val arr = map(Array(1, 2, 3, 4), (x: Int) => {
        
     x * x
     })
     println(arr.mkString(","))
     // （2）filter 过滤。有参数，且参数再后面只使用一次，则参数省略且
    后面参数用_表示
     def filter(arr:Array[Int],op:Int =>Boolean) ={
        
     var arr1:ArrayBuffer[Int] = ArrayBuffer[Int]()
     for(elem <- arr if op(elem)){
        
     arr1.append(elem)
     }
     arr1.toArray
     }
     var arr1 = filter(Array(1, 2, 3, 4), _ % 2 == 1)
     println(arr1.mkString(","))
     // （3）reduce 聚合。有多个参数，且每个参数再后面只使用一次，则参
    数省略且后面参数用_表示，第 n 个_代表第 n 个参数
     def reduce(arr: Array[Int], op: (Int, Int) => Int) = {
        
     var init: Int = arr(0)
     for (elem <- 1 until arr.length) {
        
     init = op(init, elem)
     }
     init
     }
     //val arr2 = reduce(Array(1, 2, 3, 4), (x, y) => x * y)
     val arr2 = reduce(Array(1, 2, 3, 4), _ * _)
     println(arr2)
     }
    }

#### 5.2.4 函数柯里化&闭包 ####

**闭包：函数式编程的标配**  
**1）说明**

*  闭包：如果一个函数，访问到了它的外部（局部）变量的值，那么这个函数和他所处的 环境，称为闭包
 *  函数柯里化：把一个参数列表的多个参数，变成多个参数列表。

**2）案例实操**  
（

*  1）闭包

object TestFunction {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     def f1()={
        
    var a:Int = 10
     def f2(b:Int)={
        
     a + b
     }
     f2 _
     }
     // 在调用时，f1 函数执行完毕后，局部变量 a 应该随着栈空间释放掉
     val f = f1()
     // 但是在此处，变量 a 其实并没有释放，而是包含在了 f2 函数的内部，形
    成了闭合的效果
     println(f(3))
     
     println(f1()(3))
     // 函数柯里化，其实就是将复杂的参数逻辑变得简单化,函数柯里化一定存
    在闭包
     def f3()(b:Int)={
        
     a + b
     }
     println(f3()(3))
     }
    }

#### 5.2.5 递归 ####

**1）说明**  
一个函数/方法在函数/方法体内又调用了本身，我们称之为递归调用  
**2）案例实操**

object TestFunction {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     // 阶乘
     // 递归算法
     // 1) 方法调用自身
     // 2) 方法必须要有跳出的逻辑
     // 3) 方法调用自身时，传递的参数应该有规律
     // 4) scala 中的递归必须声明函数返回值类型
     println(test(5))
     }
     def test(i : Int) : Int = {
        
     if (i == 1) {
        
     1
     } else {
        
     i * test(I - 1)
     }
     }
    }

#### 5.2.6 控制抽象 ####

**1）值调用：把计算后的值传递过去**

object TestControl {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     def f = ()=>{
        
     println("f...")
      10
     }
     foo(f())
     }
     def foo(a: Int):Unit = {
        
     println(a)
     println(a)
     }
    }

*  2）名调用：把代码传递过去

object TestControl {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     def f = ()=>{
        
     println("f...")
     10
     }
     foo(f())
     }
    //def foo(a: Int):Unit = {
        
     def foo(a: =>Int):Unit = {
        //注意这里变量 a 没有小括号了
     println(a)
     println(a)
     }
    }
    输出结果：
    f...
    10
    f...
    10

`注意：Java 只有值调用；Scala 既有值调用，又有名调用。`  
**3）案例实操**

object TestFunction {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     // （1）传递代码块
     foo({
        
     println("aaa")
     })
     // （2）小括号可以省略
     foo{
        
     println("aaa")
     }
     }
      def foo(a: =>Unit):Unit = {
        
     println(a)
     println(a)
     }
    }

> 自定义一个 While 循环

object TestFunction {
        
     def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     var i:Int = 1
     myWhile(i <= 10){
        
     println(i)
     i +=1
     }
     }
     def myWhile(condition: =>Boolean)(op: =>Unit):Unit={
        
     if (condition){
        
     op
     myWhile(condition)(op)
     }
     }
    }

#### 5.2.7 惰性加载 ####

**1）说明**

> 当函数返回值被声明为 lazy 时，函数的执行将被推迟，直到我们首次对此取值，该函  
> 数才会执行。这种函数我们称之为惰性函数。

**2）案例实操**

def main(args: Array[String]): Unit = {
        
     lazy val res = sum(10, 30)
     println("----------------")
     println("res=" + res)
    }
    def sum(n1: Int, n2: Int): Int = {
        
     println("sum 被执行。。。")
     return n1 + n2
    }

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