Scala（五）之 函数式编程

5. 函数式编程

5.1 函数基础

5.1.1 函数基本语法

1）基本语法

2）案例实操

object TestFunction {
  def main(args: Array[String]): Unit = {

    def fun(arg:String):Unit={
      println(arg)
    }
    fun("你好")
  }
}

5.1.2 函数和方法的区别

1）核心概念

（1）完成某个特殊功能的代码块，称为函数。

（2）定义在类下的函数，叫方法

（3）函数和方法定义的位置不一样

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；重载对调用者可以屏蔽掉因为方法参数不同而产生的差异

（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

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

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，且只能有一个可变参数
        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") //需要使用带名参数进行赋值

        //（4）带名参数
        test4(name="ximenqing")
    }
}

5.1.5 函数至简原则（重点）

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
           //函数类型 ff：（参数列表声明）=>返回值
    def f9(f:(String)=>Unit): Unit ={
      f("zmzdmx")
    }
    def f10(s:String): Unit ={
      println(s)
    }
    f9(f10)

    //匿名函数 通过Lambda表达式实现 参数->函数体
    f9((s:String)=>{println(s)})
//    *参数的类型可以省略，会根据形参进行自动的推导
    f9((s)=>{println(s)})
//    *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。
    f9(s=>{println(s)})
//    *匿名函数如果只有一行，则大括号也可以省略
    f9(s=>println(s))
//    *如果参数只出现一次，则参数省略且后面参数可以用_代替
    f9(println(_))
    }
}

lambda表达式（参数列表->函数体）

package nj.zb.kb09.test;

public interface PanDuan {
    public Integer pd(String str);
}

package nj.zb.kb09.test;


import nj.zb.kb09.inter.OperationInterface;


public class test {
    public static void main(String[] args) {
        PanDuan panDuan=(String str)->{
            if (str.contains("A")){
                return 1;
            }else if (str.contains("B")){
                return 2;
            }else {
                return 0;
            }
        };
        System.out.println(panDuan.pd("Abc"));

    }
}

5.2 函数高级

5.2.1 高阶函数

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...")
    }
}

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
        //语法：在函数名称的后面 + 空格 加下划线（_）
        val f1 = foo _
        //这个时候，f1就是一个函数，如果想要运行f1函数的话，必须得加（）

        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
    }
}

注意

var ff=foo //将函数执行结果赋值给ff
var ff=foo _ //将函数本身作为值赋给ff
var ff:()=>Unit =foo //将函数本身作为值赋给ff,如果明确了变量类型，那么空格和下划线可以省略

2）函数可以作为参数进行传递（大多数情况都是通过匿名函数的形式）

def main(args: Array[String]): Unit = {
    
    // （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
    //方法二 
       println(f1((a:Int,b:Int)=>{a+b})) //传入一个函数进行计算
    println(f1((a,b)=>a+b)) //自动推导变量类型
    println(f1(_+_) //a b 只出现过一次，可以用下划线代替
}

3）函数可以作为函数返回值返回—函数嵌套

def main(args: Array[String]): Unit = {
 def f1():()=>Unit={
      def f2(): Unit ={
        println("f2 is used")
      }
      f2 _ //将f2作为返回值返回给f1
    }

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,   _ + _))
    }
}

小练习

编写程序实现：f(10)(20)(_*_)输出结果为200

object TestFunction {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    def f(x:Int)={
      def f1(y:Int) ={
        def f2(fun:(Int,Int)=>Int) ={
          fun(x,y)
        }
        f2 _
      }
      f1 _
    }

    println(f(10)(20)(_*_))
  }
}

5.2.3 高阶函数案例(集合详细讲)

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

函数链式调用，通过参数传递数据，在执行的过程中，函数始终占据栈内存，容易导致内存溢出

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
        //如果闭包存在，那么编译器会生成包含$anonfun$的字节码文件
        //闭包= 外层的局部变量 + 内层函数
        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
        //将一个函数的一个参数列表中的多个参数，拆分为多个参数列表
        //简化闭包代码的编写
        def f3()(b:Int)={
             a + b
        }

        println(f3()(3))
    }
}

5.2.5 递归

柯理化是对函数嵌套的简单化，但是这里只有一层函数体，如果每层函数完成的业务逻辑不一样，一个函数如何处理？？？？

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 代码块： =>返回值类型
        /*这里 a就变成了{
            println("f...")
            10
        }*/
        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

柯理化好处1：讲一个参数列表的多个参数，拆分为多个参数列表，这样参数所表示的含义，清晰、明确

object TestFunction {

    def main(args: Array[String]): Unit = {
        //使用柯理化 实现 mywhile（循环条件）（循环体）
        var i:Int = 1
        myWhile(i <= 10){
            println(i)
            i +=1
        }
    }

    def myWhile(condition: =>Boolean)(op: =>Unit):Unit={

        if (condition){
            op
            myWhile(condition)(op)
        }
    }
}	

柯理化简化函数代码

package demo

object TestFunction {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    //使用闭包的形式，实现mywhile
    //外层函数的参数表示循环条件
    def mywhile(con: =>Boolean):( =>Unit)=>Unit={
      //内层函数参数表示循环体
      def ff(op: =>Unit): Unit ={
        if (con){
          op
          mywhile(con)(op)
        }
      }
      ff
    }
    var n=10
    mywhile(n>=1){
      println(n)
      n-=1
    }

  }
}

5.2.7 惰性函数

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
}

----------------
sum被执行。。。
res=40

注意：lazy不能修饰var类型的变量