函数式编程思想

In computer science, functional programming is a programming paradigm where programs are constructed by applying and composing functions. It is a declarative programming paradigm in which function definitions are trees of expressions that each return a value, rather than a sequence of imperative statements which change the state of the program or world.

函数式编程（英语：functional programming）或称函数程序设计、泛函编程，是一种编程范式，它将电脑运算视为函数运算，并且避免使用程序状态以及易变对象。其中，λ演算（lambda calculus）为该语言最重要的基础。而且，λ演算的函数可以接受函数当作输入（引数）和输出（传出值）。

重要概念

• 纯函数（pure function）
• 或函数的纯粹性（purity），指没有副作用（side effect）的函数。副作用指的是状态的变化（mutation）。
• 引用透明（referential transparency）
• 对于相同的输入，总是得到相同的输出。如果f(x)的参数和函数体都是引用透明的，则f是纯函数。
• 不变性（immutability）
• 为了获得引用透明性，任何值都不能变化。
• 函数是一等公民（first-class function）
• 一切都是计算，函数式编程中只有表达式，变量和函数都是表达式
• 高阶函数（higher order function）
• 闭包（closure）
• 表达式求值策略
• 严格求值（call by value）
• 非严格求值（call by name）
• 惰性求值（lazy evaluation）
• 递归函数（recursive function）
• 尾递归（tail recursion）

优点

• 生产效率高
• 易于推理（reasoning）
• 适合多核计算、云计算

Scala开发环境

需求

IDE

worksheet

相当于repo，可以直接在IDE中得到结果，交互式。

IDE编译

编写：project--package--scala app

编译运行：run configuration--scala application--已有/new configuration--main class:package_name.app_name--arguments--run

命令行编译

编写：scala app(.scala)

编译运行：cmd--scalac file_name.scala--

scala app中函数的名称要与文件名一致。

Scala的语言基础

变量

val：常量immutable variable

var：变量mutable variable

lazy val：惰性求值的常量

类型体系

数值类型Numeric types

• Byte 1字节
• Short 2字节
• Int 4字节
• Long 8字节
• Float
• Double

低精度可以自由转换到高精度（从上往下），高精度转换到低精度会报错type mismatch，需要隐式转换。

布尔类型Boolean

字符类型Char

单引号

Unit

一般作为函数的返回值。（）是unit的文字量。

Null

表示引用值为空，一般不用

Nothing

表示函数异常终止

字符串String

构建于Java的String之上，额外具有字符串插值（interpolation）的特性，类似于Shell语言。

函数与代码块Block

代码块Block

一般用于组织多个表达式，本身也是一个表达式。其最终结果是最后一个表达式的值。

分两种写法

{exp1;exp2;...}


{
exp1
exp2
...
}

函数function

def functionName(param:ParamType,...):ReturnType={
  //function body:exps
}

if与for

if表达式

if(exp)valA else valB

当没有else时，会返回Nothing。

for comprehension

用于表达循环的一种推导式。

try与match表达式

try表达式

try{}
catch{}
finally{}

类似于Java，try中抛出的异常会被catch所捕捉并抛出（_是通配符），finally中的表达式一定会被执行。

match表达式

exp match{ //主要用于pattern match中
  case p1 => val1
  case p2 => val2
  ...  
  case _ => valn
}

求值策略

• Call By Value
• 对函数实参求值，且仅求值一次
• Call By Name
• 函数实参每次在函数体内被用到时都会求值

通常使用CBV；如果函数形参类型以=>开头，则会使用CBN。

示例

场景1

CBV比CBN少执行一步

场景2

CBV比CBN多执行一步

场景3

由于x是CBV，loop传入之后就会进入死循环。而y是CBN，没有用到y的时候，就不会进入loop。

高阶函数

Scala中，函数是第一等公民，既像普通变量，又具有自己的类型。scala支持

1. 把函数作为实参传递给另外一个函数
2. 把函数作为返回值
3. 把函数赋值给变量
4. 把函数存储在数据结构里

函数与匿名函数

函数类型

A => B

表示把A映射为B

高阶函数

用函数作为形参或返回值的函数

匿名函数

即函数常量，也称为函数文字量（function literal）

（形参列表）=> {函数体}

柯里化Curried Function

把具有多个参数的函数转换为一条函数链，每个节点上是单一参数。

二者等价

可以通过柯里化定义一些通用函数。

递归与尾递归

递归函数recursive function

在函数式编程中，使用递归实现循环。

递归容易造成堆栈溢出，可以使用尾递归进行优化。

尾递归tail recursive function

所有递归形式的调用都出现在函数的末尾。当编译器检测到一个函数调用是尾递归时，它就覆盖当前的活动记录，而

。

示例****

Immutable Collection

collections-list即List[T]基础

//元素头部拼接list
::
//List拼接
:::
//返回首个
list.head
//返回除首个
list.tail
//返回是否空
list.isEmpty

list高级用法（搭配匿名函数）

//筛选true
list.filter
//转成list
string.toList
//取数直到false
list.takeWhile

list中的map

对list中的元素进行遍历然后映射，结合通配符"_"简化编写。使用flatMap将嵌套的list转为单层。

reduceLeft与flodLeft（规约操作）

reduceLeft

计算过程

代码

foldLeft

计算过程

相较于reduceLeft更通用，确保结果的数据类型为T。

代码

Rang与Stream

整数序列Range

Stream

即lazy list，惰性求值列表，在面对过大列表时，可以避免堆栈溢出。

tuple与map

元组tuple

用于封装函数的返回值

键值对map[k,v]

快速排序案例