前言

函數(shù)式編程語言包含多個系列的常見函數(shù)。但開發(fā)人員有時很難在語言之間進行切換，因為熟悉的函數(shù)具有不熟悉的名稱。函數(shù)式語言傾向于基于函數(shù)范例來命名這些常見函數(shù)。從腳本背景衍生而來的語言傾向于使用更具描述性的名稱（有時是多個名稱，包含多個指向同一個函數(shù)的別名）。

在本期文章中，我將繼續(xù)探討 3 種重要函數(shù)（過濾、映射和縮減）的實用性，展示來自每種 Java 下一代語言的實現(xiàn)細節(jié)。文中的討論和示例旨在減輕 3 種語言對類似函數(shù)結構使用的不一致名稱時可能引起的混淆。

過濾

在過濾 函數(shù)中，您可指定一個布爾值條件（通常為一個高階函數(shù)的形式），將它應用到一個集合。該函數(shù)返回集合的子集，其中的元素與該條件匹配。過濾與查找 函數(shù)緊密相關，后者返回集合中第一個匹配的元素。

Scala

Scala 擁有多個過濾函數(shù)變體。最簡單的情形基于傳遞的條件來過濾某個列表。在第一個示例中，我創(chuàng)建一個數(shù)字列表。然后使用了 filter() 函數(shù)，并傳遞了一個代碼塊，指定了所有元素都可以被 3 整除的條件：

val numbers = List.range(1, 11)
numbers filter (x => x % 3 == 0)
// List(3, 6, 9)

我可依靠隱式的參數(shù)來創(chuàng)建該代碼快的更加簡潔的版本：

numbers filter (_ % 3 == 0)
// List(3, 6, 9)

第二個版本不那么冗長，因為在 Scala 中，您可以將參數(shù)替換為下劃線。兩個版本都可以得到相同的結果。

過濾操作的許多示例都使用了數(shù)字，但 filter() 適用于任何集合。此示例將 filter() 應用到一個單詞列表來確定 3 字母單詞：

val words = List("the", "quick", "brown", "fox", "jumped", "over", "the", "lazy", "dog")
words filter (_.length == 3)
// List(the, fox, the, dog)

Scala 中的另一個過濾函數(shù)變體是 partition() 函數(shù)，它將一個集合拆分為多個部分。這種拆分基于您傳遞的高階函數(shù)來確定分離條件。在這里，partition() 函數(shù)將返回兩個列表，它們依據(jù)哪些列表成員可被 3 整除來進行拆分：

numbers partition (_ % 3 == 0)
// (List(3, 6, 9),List(1, 2, 4, 5, 7, 8, 10))

filter() 函數(shù)返回一個匹配元素集合，而 find() 僅返回第一個匹配元素：

numbers find (_ % 3 == 0)
// Some(3)

但是，find() 的返回值不是匹配的值本身，而是一個包裝在 Option 類中的值。Option 有兩個可能的值：Some 或 None。像其他一些函數(shù)式語言一樣，Scala 使用 Option 作為一種約定來避免在缺少某個值時返回 null。Some() 實例包裝實際的返回值，在 numbers find (_ % 3 == 0) 的情況下，該值為 3。如果我嘗試查找某個不存在的值，那么返回值將為 None：

numbers find (_ < 0)
// None

Scala 還包含多個函數(shù)，它們基于一個判定函數(shù)來處理一個集合并返回值或丟棄它們。takeWhile() 函數(shù)返回集合中滿足判定函數(shù)的最大的值集：

List(1, 2, 3, -4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) takeWhile (_ > 0)
// List(1, 2, 3)

dropWhile() 函數(shù)跳過滿足判定條件的最大元素數(shù)量：

words dropWhile (_ startsWith "t")
// List(quick, brown, fox, jumped, over, the, lazy, dog)

Groovy

Groovy 不是一個函數(shù)式語言，但它包含許多函數(shù)范例，一些范例的名稱源自腳本語言。例如，在函數(shù)式語言中，該函數(shù)在傳統(tǒng)上被稱為 filter() 的函數(shù)，就是 Groovy 中的 findAll() 方法：

(1..10).findAll {it % 3 == 0}
// [3, 6, 9]

像 Scala 的過濾函數(shù)一樣，Groovy 可處理所有類型，包括字符串：

def words = ["the", "quick", "brown", "fox", "jumped", "over", "the", "lazy", "dog"]
words.findAll {it.length() == 3}
// [The, fox, the, dog]

Groovy 還有一個類似 partition() 的函數(shù)，稱為 split()：

(1..10).split {it % 3}
// [[1, 2, 4, 5, 7, 8, 10], [3, 6, 9]]

split() 方法的返回值是一個嵌套數(shù)組，就像 Scala 中從 partition() 返回的嵌套列表。

Groovy 的 find() 方法返回集合中第一個匹配的元素：

(1..10).find {it % 3 == 0}
// 3

不同于 Scala，Groovy 遵循 Java 約定，在 find() 未能找到元素時返回 null：

(1..10).find {it < 0}
// null

Groovy 還擁有 takeWhile() 和 dropWhile() 方法，它們具有與 Scala 的版本類似的語義：

[1, 2, 3, -4, 5, 6, 7, 8, 9, 10].takeWhile {it > 0}
// [1, 2, 3]
words.dropWhile {it.startsWith("t")}
// [quick, brown, fox, jumped, over, the, lazy, dog]

與 Scala 示例中一樣，dropWhile 被用作一個專門的過濾器：它丟棄與判定條件匹配的最大前綴，僅過濾列表的第一部分：

def moreWords = ["the", "two", "ton"] + words
moreWords.dropWhile {it.startsWith("t")}
// [quick, brown, fox, jumped, over, the, lazy, dog]

Clojure

Clojure 擁有令人震驚的集合操作例程數(shù)量。由于 Clojure 的動態(tài)類型，其中許多例程都是通用的。許多開發(fā)人員傾向于使用 Clojure，因為它的集合庫非常豐富和靈活。Clojure 使用傳統(tǒng)的函數(shù)式編程名稱，如 (filter ) 函數(shù)所示：

(def numbers (range 1 11))
(filter (fn [x] (= 0 (rem x 3))) numbers)
; (3 6 9)

像其他語言一樣，Clojure 為簡單的匿名函數(shù)提供了簡潔的語法：

(filter #(zero? (rem % 3)) numbers)
; (3 6 9)

而且與其他語言中一樣，Clojure 的函數(shù)適用于任何適用的類型，比如字符串：

(def words ["the" "quick" "brown" "fox" "jumped" "over" "the" "lazy" "dog"])
(filter #(= 3 (count %)) words)
; (the fox the dog)

Clojure 的 (filter ) 返回類型為 Seq，它通過圓括號來描述。Seq 是 Clojure 中的順序集合的核心抽象。

映射

所有 Java 下一代語言中常見的第二個主要的函數(shù)變形是映射。映射函數(shù)接受一個高階函數(shù)和一個集合，然后向每個元素應用傳遞的函數(shù)并返回一個集合。返回的集合（不同于過濾）的大小與原始集合相同，但更新了值。

Scala

Scala 的 map() 函數(shù)接受一個代碼塊并返回轉換的集合：

List(1, 2, 3, 4, 5) map (_ + 1)
// List(2, 3, 4, 5, 6)

map() 函數(shù)適用于所有適用的類型，但它不一定返回集合元素的已轉換集合。在此示例中，我在一個字符串中返回所有元素的大小列表：

words map (_.length)
// List(3, 5, 5, 3, 6, 4, 3, 4, 3)

在函數(shù)式編程語言中常常會產生嵌套列表，以至于嵌套列表對解除嵌套（通常稱為扁平化）的庫支持很常見。以下是扁平化一個嵌套列表的示例：

List(List(1, 2, 3), List(4, 5, 6), List(7, 8, 9)) flatMap (_.toList)
// List(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)

獲得的 List 中僅包含元素，刪除了額外的基礎架構。flatMap 函數(shù)也適用于可能未以傳統(tǒng)方式嵌套的數(shù)據(jù)結構。例如，您可將一個字符串視為一個嵌套字符系列：

words flatMap (_.toList)
// List(t, h, e, q, u, i, c, k, b, r, o, w, n, f, o, x, ...

Groovy

Groovy 還包含多個稱為 collect() 的映射變體。默認的變體接受一個代碼塊，以便將該變體應用到集合的每個元素：

(1..5).collect {it += 1}
// [2, 3, 4, 5, 6]

像其他語言一樣，Groovy 允許對簡單的匿名高階函數(shù)使用簡寫；it 保留字用于替代單獨的參數(shù)。

collect() 方法適用于您可向其提供合理的判定條件的任何集合，比如一個字符串列表：

def words = ["the", "quick", "brown", "fox", "jumped", "over", "the", "lazy", "dog"]
words.collect {it.length()}
// [3, 5, 5, 3, 6, 4, 3, 4, 3]

Groovy 還有一個類似于 flatMap() 的折疊內部結構的方法，稱為 flatten()：

[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]].flatten()
// [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

flatten() 方法也適用于不太明顯的集合，比如字符串：

(words.collect {it.toList()}).flatten()
// [t, h, e, q, u, i, c, k, b, r, o, w, n, f, o, x, j, ...

Clojure

Clojure 包含一個 (map ) 函數(shù)，它接受一個高階函數(shù)（其中包含運算符）和一個集合：

(map inc numbers)
; (2 3 4 5 6 7 8 9 10 11)

(map ) 的第一個參數(shù)可以是任何接受單個參數(shù)的函數(shù)：命名函數(shù)、匿名函數(shù)或已存在的函數(shù)，比如遞增其參數(shù)的 inc。此示例中演示了更典型的匿名語法，它生成一個字符串中的單詞長度的集合：

(map #(count %) words)
; (3 5 5 3 6 4 3 4 3)

Clojure 的 (flatten ) 函數(shù)類似于 Groovy 的：

(flatten [[1 2 3] [4 5 6] [7 8 9]])
; (1 2 3 4 5 6 7 8 9)

折疊/縮減

在 3 種 Java 下一代語言中，第三個常見函數(shù)在名稱上擁有最多變體和許多細微的區(qū)別。foldLeft 和 reduce 是一個名為 catamorphism 的列表操作概念上的特定變體，該概念是列表折疊的一種泛化。在此示例中，“折疊左側” 表示：

使用一個二進制函數(shù)或運算符將列表的第一個元素與第二個元素相結合，創(chuàng)建一個新的第一個元素。
重復第一步，直到列表用完且您得到一個單一元素。

請注意，這是您在對一組數(shù)字求和時所做的操作：從 0 開始，加第一個元素，將結果與第二個元素相加，一直執(zhí)行此操作，直到列表元素被用完為止。

Scala

Scala 擁有最豐富的折疊運算集合，這是因為它在一定程度上簡化了動態(tài)類型的 Groovy 和 Clojure 中沒有的多種類型場景。縮減函數(shù)常用于執(zhí)行求和：

List.range(1, 10) reduceLeft((a, b) => a + b)
// 45

提供給 reduce() 的函數(shù)通常是一個接受兩個參數(shù)，并返回單個結果的函數(shù)或運算符，以便可以使用一個列表。您可以使用 Scala 的語法糖來縮短函數(shù)定義：

List.range(1, 10).reduceLeft(0)(_ + _)
// 45

reduceLeft() 函數(shù)假設第一個元素是運算的左側。對于相加等運算符，操作數(shù)的位置無關緊要，但放置順序對相除等運算至關重要。如果希望反轉運算符應用的順序，可以使用 reduceRight()：

List.range(1, 10) reduceRight(_ - _)
// 5

了解何時可使用縮減等高級抽象是掌握函數(shù)編程的一個關鍵。此示例使用 reduceLeft() 來確定集合中最常的單詞：

words.reduceLeft((a, b) => if (a.length > b.length) a else b)
// jumped

縮減和折疊運算擁有重疊的功能，它們具有細微的差別，但這不屬于本文的討論范圍。但是，通常可以看到它們的一個明顯區(qū)別。在 Scala 中，簽名 reduceLeft[B >:A](op:(B, A) => B):B 表明惟一想要的參數(shù)就是組合元素的函數(shù)。初始值應該是集合中的第一個值。相對而言，簽名 foldLeft[B](z:B)(op:(B, A) => B):B 表示結果的一個初始種子值，所以您可以返回與列表元素類型不同的類型。

以下是一個使用 foldLeft 對集合求和的示例：

List.range(1, 10).foldLeft(0)(_ + _)
// 45

Scala 支持運算符重疊，所以兩個常見的折疊操作 foldLeft 和 foldRight 分別擁有相應的運算符：/: 和 :\。因此，您可以使用 foldLeft 創(chuàng)建 sum 的簡潔版本：

(0 /: List.range(1, 10)) (_ + _)
// 45

類似地，要找到一個列表中每個元素的級聯(lián)區(qū)別（求和運算的反向操作，無可否認這種需求很少見），您可以使用 foldRight() 函數(shù)或 :\ 運算符：

(List.range(1, 10) :\ 0) (_ - _)
// 5

Groovy

Groovy 通過使用重疊來支持與 Scala 的 reduce() 和 foldLeft() 選項相同的功能，從而進入縮減類別。該函數(shù)的一個版本接受一個初始值。此示例使用 inject() 方法生成一個集合的總和：

(1..10).inject {a, b -> a + b}
// 55

替代形式接受一個初始值：

(1..10).inject(0, {a, b -> a + b})
// 55

Groovy 擁有一個比 Scala 或 Clojure 小得多的函數(shù)庫 — Groovy 是一種不強調函數(shù)式編程的多范例編程，看到這種情況毫不奇怪。

Clojure

Clojure 主要是一種函數(shù)式編程語言，所以它支持 (reduce )。(reduce ) 函數(shù)接受一個可選的初始值，以便同時涵蓋 Scala 所處理的 reduce() 和 foldLeft() 情形。(reduce ) 函數(shù)沒有給用戶帶來任何驚喜。它接受一個需要兩個參數(shù)的函數(shù)和一個集合：

(reduce + (range 1 11))
; 55

Clojure 將對類似 reduce 的功能的高級支持包含在一個名為 reducers 的庫中，后面的一期文章將會介紹這個庫。

結束語

學習不同范例（比如函數(shù)式編程）的部分挑戰(zhàn)在于學習新術語。在不同社區(qū)使用不同的詞匯時，這一過程會變得更加復雜。但一旦掌握了相似性，您就會看到，所有 3 種 Java 下一代語言都以令人驚奇的方式在語法上提供了重疊的功能。

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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