函数式编程指引¶

概述¶

本章介绍函数式编程的基本概念。如您仅想学习 Python 语言的特性，可跳过本章直接查看 迭代器.

编程语言支持通过以下几种方式来解构具体问题：

• 大多数的编程语言都是 过程式 的，所谓程序就是一连串告诉计算机怎样处理程序输入的指令。C、Pascal 甚至 Unix shells 都是过程式语言。

• 在 声明式 语言中，你编写一个用来描述待解决问题的说明，并且这个语言的具体实现会指明怎样高效的进行计算。 SQL 可能是你最熟悉的声明式语言了。 一个 SQL 查询语句描述了你想要检索的数据集，并且 SQL 引擎会决定是扫描整张表还是使用索引，应该先执行哪些子句等等。

• 面向对象 程序会操作一组对象。 对象拥有内部状态，并能够以某种方式支持请求和修改这个内部状态的方法。Smalltalk 和 Java 都是面向对象的语言。 C++ 和 Python 支持面向对象编程，但并不强制使用面向对象特性。

• 函数式 编程则将一个问题分解成一系列函数。 理想情况下，函数只接受输入并输出结果，对一个给定的输入也不会有影响输出的内部状态。 著名的函数式语言有 ML 家族（Standard ML，Ocaml 以及其他变种）和 Haskell。

一些语言的设计者选择强调一种特定的编程方式。 这通常会让以不同的方式来编写程序变得困难。其他多范式语言则支持几种不同的编程方式。Lisp，C++ 和 Python 都是多范式语言；使用这些语言，你可以编写主要为过程式，面向对象或者函数式的程序和函数库。在大型程序中，不同的部分可能会采用不同的方式编写；比如 GUI 可能是面向对象的而处理逻辑则是过程式或者函数式。

在函数式程序里，输入会流经一系列函数。每个函数接受输入并输出结果。函数式风格反对使用带有副作用的函数，这些副作用会修改内部状态，或者引起一些无法体现在函数的返回值中的变化。完全不产生副作用的函数被称作“纯函数”。消除副作用意味着不能使用随程序运行而更新的数据结构；每个函数的输出必须只依赖于输入。

Some languages are very strict about purity and don't even have assignment statements such as a=3 or c = a + b, but it's difficult to avoid all side effects, such as printing to the screen or writing to a disk file. Another example is a call to the print() or time.sleep() function, neither of which returns a useful value. Both are called only for their side effects of sending some text to the screen or pausing execution for a second.

函数式风格的 Python 程序并不会极端到消除所有 I/O 或者赋值的程度；相反，他们会提供像函数式一样的接口，但会在内部使用非函数式的特性。比如，函数的实现仍然会使用局部变量，但不会修改全局变量或者有其他副作用。

函数式编程可以被认为是面向对象编程的对立面。对象就像是颗小胶囊，包裹着内部状态和随之而来的能让你修改这个内部状态的一组调用方法，以及由正确的状态变化所构成的程序。函数式编程希望尽可能地消除状态变化，只和流经函数的数据打交道。在 Python 里你可以把两种编程方式结合起来，在你的应用（电子邮件信息，事务处理）中编写接受和返回对象实例的函数。

函数式设计在工作中看起来是个奇怪的约束。为什么你要消除对象和副作用呢？不过函数式风格有其理论和实践上的优点：

• 形式证明。

• 模块化。

• 组合性。

• 易于调试和测试。

迭代器¶

我会从 Python 的一个语言特性， 编写函数式风格程序的重要基石开始说起：迭代器。

迭代器是一个表示数据流的对象；这个对象每次只返回一个元素。Python 迭代器必须支持 __next__() 方法；这个方法不接受参数，并总是返回数据流中的下一个元素。如果数据流中没有元素，__next__() 会抛出 StopIteration 异常。迭代器未必是有限的；完全有理由构造一个输出无限数据流的迭代器。

内置的 iter() 函数接受任意对象并试图返回一个迭代器来输出对象的内容或元素，并会在对象不支持迭代的时候抛出 TypeError 异常。Python 有几种内置数据类型支持迭代，最常见的就是列表和字典。如果一个对象能生成迭代器，那么它就会被称作 iterable。

你可以手动试验迭代器的接口。

>>> L = [1, 2, 3]
>>> it = iter(L)
>>> it  
<...iterator object at ...>
>>> it.__next__()  # same as next(it)
1
>>> next(it)
2
>>> next(it)
3
>>> next(it)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration
>>>

Python 有不少要求使用可迭代的对象的地方，其中最重要的就是 for 表达式。在表达式 for X in Y，Y 要么自身是一个迭代器，要么能够由 iter() 创建一个迭代器。以下两种表达是等价的:

for i in iter(obj):
    print(i)

for i in obj:
    print(i)

可以用 list() 或 tuple() 这样的构造函数把迭代器具体化成列表或元组:

>>> L = [1, 2, 3]
>>> iterator = iter(L)
>>> t = tuple(iterator)
>>> t
(1, 2, 3)

序列的解压操作也支持迭代器：如果你知道一个迭代器能够返回 N 个元素，你可以把他们解压到有 N 个元素的元组:

>>> L = [1, 2, 3]
>>> iterator = iter(L)
>>> a, b, c = iterator
>>> a, b, c
(1, 2, 3)

像 max() 和 min() 这样的内置函数可以接受单个迭代器参数，然后返回其中最大或者最小的元素。"in" 和 "not in" 操作也支持迭代器：如果能够在迭代器 iterator 返回的数据流中找到 X 的话，则``X in iterator`` 为真。很显然，如果迭代器是无限的，这么做你就会遇到问题；max() 和 min() 永远也不会返回；如果元素 X 也不出现在数据流中，"in" 和 "not in" 操作同样也永远不会返回。

注意你只能在迭代器中顺序前进；没有获取前一个元素的方法，除非重置迭代器，或者重新复制一份。迭代器对象可以提供这些额外的功能，但迭代器协议只明确了 __next__() 方法。函数可能因此而耗尽迭代器的输出，如果你要对同样的数据流做不同的操作，你必须重新创建一个迭代器。

>>> m = {'Jan': 1, 'Feb': 2, 'Mar': 3, 'Apr': 4, 'May': 5, 'Jun': 6,
...      'Jul': 7, 'Aug': 8, 'Sep': 9, 'Oct': 10, 'Nov': 11, 'Dec': 12}
>>> for key in m:
...     print(key, m[key])
Jan 1
Feb 2
Mar 3
Apr 4
May 5
Jun 6
Jul 7
Aug 8
Sep 9
Oct 10
Nov 11
Dec 12

>>> L = [('Italy', 'Rome'), ('France', 'Paris'), ('US', 'Washington DC')]
>>> dict(iter(L))
{'Italy': 'Rome', 'France': 'Paris', 'US': 'Washington DC'}

for line in file:
    # do something for each line
    ...

S = {2, 3, 5, 7, 11, 13}
for i in S:
    print(i)

生成器表达式和列表推导式¶

迭代器的输出有两个很常见的使用方式，1) 对每一个元素执行操作，2) 选择一个符合条件的元素子集。比如，给定一个字符串列表，你可能想去掉每个字符串尾部的空白字符，或是选出所有包含给定子串的字符串。

列表推导式和生成器表达时（简写："listcomps" 和 "genexps"）让这些操作更加简明，这个形式借鉴自函数式程序语言 Haskell（https://www.haskell.org/）。你可以用以下代码去掉一个字符串流中的所有空白字符:

line_list = ['  line 1\n', 'line 2  \n', ...]

# Generator expression -- returns iterator
stripped_iter = (line.strip() for line in line_list)

# List comprehension -- returns list
stripped_list = [line.strip() for line in line_list]

你可以加上条件语句 "if" 来选取特定的元素:

stripped_list = [line.strip() for line in line_list
                 if line != ""]

通过列表推导式，你会获得一个 Python 列表；stripped_list 就是一个包含所有结果行的列表，并不是迭代器。 生成器表达式会返回一个迭代器，它在必要的时候计算结果，避免一次性生成所有的值。 这意味着，如果迭代器返回一个无限数据流或者大量的数据，列表推导式就不太好用了。 这种情况下生成器表达式会更受青睐。

生成器表达式两边使用圆括号 ("()") ，而列表推导式则使用方括号 ("[]")。生成器表达式的形式为:

( expression for expr in sequence1
             if condition1
             for expr2 in sequence2
             if condition2
             for expr3 in sequence3 ...
             if condition3
             for exprN in sequenceN
             if conditionN )

再次说明，列表推导式只有两边的括号不一样（方括号而不是圆括号）。

这些生成用于输出的元素会成为 expression 的后继值。其中 if 语句是可选的；如果给定的话 expression 只会在符合条件时计算并加入到结果中。

生成器表达式总是写在圆括号里面，不过也可以算上调用函数时用的括号。如果你想即时创建一个传递给函数的迭代器，可以这么写:

obj_total = sum(obj.count for obj in list_all_objects())

其中 for...in 语句包含了将要遍历的序列。这些序列并不必须同样长，因为它们会从左往右开始遍历，而 不是 同时执行。对每个 sequence1 中的元素，sequence2 会从头开始遍历。sequence3 会对每个 sequence1 和 sequence2 的元素对开始遍历。

换句话说，列表推导式器是和下面的 Python 代码等价:

for expr1 in sequence1:
    if not (condition1):
        continue   # Skip this element
    for expr2 in sequence2:
        if not (condition2):
            continue   # Skip this element
        ...
        for exprN in sequenceN:
            if not (conditionN):
                continue   # Skip this element

            # Output the value of
            # the expression.

这说明，如果有多个 for...in 语句而没有 if 语句，输出结果的长度就是所有序列长度的乘积。如果你的两个列表长度为3，那么输出的列表长度就是9:

>>> seq1 = 'abc'
>>> seq2 = (1, 2, 3)
>>> [(x, y) for x in seq1 for y in seq2]  
[('a', 1), ('a', 2), ('a', 3),
 ('b', 1), ('b', 2), ('b', 3),
 ('c', 1), ('c', 2), ('c', 3)]

为了不让 Python 语法变得含糊，如果 expression 会生成元组，那这个元组必须要用括号括起来。下面第一个列表推导式语法错误，第二个则是正确的:

# Syntax error
[x, y for x in seq1 for y in seq2]
# Correct
[(x, y) for x in seq1 for y in seq2]

生成器¶

生成器是一类用来简化编写迭代器工作的特殊函数。普通的函数计算并返回一个值，而生成器返回一个能返回数据流的迭代器。

毫无疑问，你已经对如何在 Python 和 C 中调用普通函数很熟悉了，这时候函数会获得一个创建局部变量的私有命名空间。当函数到达 return 表达式时，局部变量会被销毁然后把返回给调用者。之后调用同样的函数时会创建一个新的私有命名空间和一组全新的局部变量。但是，如果在退出一个函数时不扔掉局部变量会如何呢？如果稍后你能够从退出函数的地方重新恢复又如何呢？这就是生成器所提供的；他们可以被看成可恢复的函数。

这里有简单的生成器函数示例:

>>> def generate_ints(N):
...    for i in range(N):
...        yield i

任何包含了 yield 关键字的函数都是生成器函数；Python 的 bytecode 编译器会在编译的时候检测到并因此而特殊处理。

当你调用一个生成器函数，它并不会返回单独的值，而是返回一个支持生成器协议的生成器对象。当执行 yield 表达式时，生成器会输出 i 的值，就像 return 表达式一样。yield 和 return 最大的区别在于，到达 yield 的时候生成器的执行状态会挂起并保留局部变量。在下一次调用生成器 __next__() 方法的时候，函数会恢复执行。

这里有一个 generate_ints() 生成器的示例:

>>> gen = generate_ints(3)
>>> gen  
<generator object generate_ints at ...>
>>> next(gen)
0
>>> next(gen)
1
>>> next(gen)
2
>>> next(gen)
Traceback (most recent call last):
  File "stdin", line 1, in <module>
  File "stdin", line 2, in generate_ints
StopIteration

同样，你可以写出 for i in generate_ints(5)，或者 a, b, c = generate_ints(3)。

在生成器函数里面，return value 会触发从 __next__() 方法抛出 StopIteration(value) 异常。一旦抛出这个异常，或者函数结束，处理数据的过程就会停止，生成器也不会再生成新的值。

你可以手动编写自己的类来达到生成器的效果，把生成器的所有局部变量作为实例的成员变量存储起来。比如，可以这么返回一个整数列表：把 self.count 设为0，然后通过 count`()。然而，对于一个中等复杂程度的生成器，写出一个相应的类可能会相当繁杂。

包含在 Python 库中的测试套件 Lib/test/test_generators.py 里有很多非常有趣的例子。这里是一个用生成器实现树的递归中序遍历示例。:

# A recursive generator that generates Tree leaves in in-order.
def inorder(t):
    if t:
        for x in inorder(t.left):
            yield x

        yield t.label

        for x in inorder(t.right):
            yield x

另外两个 test_generators.py 中的例子给出了 N 皇后问题（在 NxN 的棋盘上放置 N 个皇后，任何一个都不能吃掉另一个），以及马的遍历路线（在NxN 的棋盘上给马找出一条不重复的走过所有格子的路线）的解。

val = (yield i)

def counter(maximum):
    i = 0
    while i < maximum:
        val = (yield i)
        # If value provided, change counter
        if val is not None:
            i = val
        else:
            i += 1

>>> it = counter(10)  
>>> next(it)  
0
>>> next(it)  
1
>>> it.send(8)  
8
>>> next(it)  
9
>>> next(it)  
Traceback (most recent call last):
  File "t.py", line 15, in <module>
    it.next()
StopIteration

内置函数¶

我们可以看看迭代器常常用到的函数的更多细节。

Python 内置的两个函数 map() 和 filter() 复制了生成器表达式的两个特性:

map(f, iterA, iterB, ...) 返回一个遍历序列的迭代器

f(iterA[0], iterB[0]), f(iterA[1], iterB[1]), f(iterA[2], iterB[2]), ....

>>>

>>> def upper(s):
...     return s.upper()

>>>

>>> list(map(upper, ['sentence', 'fragment']))
['SENTENCE', 'FRAGMENT']
>>> [upper(s) for s in ['sentence', 'fragment']]
['SENTENCE', 'FRAGMENT']

你当然也可以用列表推导式达到同样的效果。

filter(predicate, iter) 返回一个遍历序列中满足指定条件的元素的迭代器，和列表推导式的功能相似。 predicate （谓词）是一个在特定条件下返回真值的函数；要使用函数 filter()，谓词函数必须只能接受一个参数。

>>> def is_even(x):
...     return (x % 2) == 0

>>> list(filter(is_even, range(10)))
[0, 2, 4, 6, 8]

这也可以写成列表推导式:

>>> list(x for x in range(10) if is_even(x))
[0, 2, 4, 6, 8]

enumerate(iter, start=0) 计数可迭代对象中的元素，然后返回包含每个计数（从 start 开始）和元素两个值的元组。:

>>> for item in enumerate(['subject', 'verb', 'object']):
...     print(item)
(0, 'subject')
(1, 'verb')
(2, 'object')

enumerate() 常常用于遍历列表并记录达到特定条件时的下标:

f = open('data.txt', 'r')
for i, line in enumerate(f):
    if line.strip() == '':
        print('Blank line at line #%i' % i)

sorted(iterable, key=None, reverse=False) 会将 iterable 中的元素收集到一个列表中，然后排序并返回结果。其中 key 和 reverse 参数会传递给所创建列表的 sort() 方法。:

>>> import random
>>> # Generate 8 random numbers between [0, 10000)
>>> rand_list = random.sample(range(10000), 8)
>>> rand_list  
[769, 7953, 9828, 6431, 8442, 9878, 6213, 2207]
>>> sorted(rand_list)  
[769, 2207, 6213, 6431, 7953, 8442, 9828, 9878]
>>> sorted(rand_list, reverse=True)  
[9878, 9828, 8442, 7953, 6431, 6213, 2207, 769]

（对排序更详细的讨论可参见 排序指南。）

内置函数 any(iter) 和 all(iter) 会查看一个可迭代对象内容的逻辑值。any() 在可迭代对象中任意一个元素为真时返回 True，而 all() 在所有元素为真时返回 True:

>>> any([0, 1, 0])
True
>>> any([0, 0, 0])
False
>>> any([1, 1, 1])
True
>>> all([0, 1, 0])
False
>>> all([0, 0, 0])
False
>>> all([1, 1, 1])
True

zip(iterA, iterB, ...) 从每个可迭代对象中选取单个元素组成列表并返回:

zip(['a', 'b', 'c'], (1, 2, 3)) =>
  ('a', 1), ('b', 2), ('c', 3)

它并不会在内存创建一个列表并因此在返回前而耗尽输入的迭代器；相反，只有在被请求的时候元组才会创建并返回。（这种行为的技术术语叫惰性计算，参见 lazy evaluation.）

这个迭代器设计用于长度相同的可迭代对象。如果可迭代对象的长度不一致，返回的数据流的长度会和最短的可迭代对象相同

zip(['a', 'b'], (1, 2, 3)) =>
  ('a', 1), ('b', 2)

然而，你应该避免这种情况，因为所有从更长的迭代器中取出的元素都会被丢弃。这意味着之后你也无法冒着跳过被丢弃元素的风险来继续使用这个迭代器。

itertools 模块¶

itertools 模块包含很多常用的迭代器以及用来组合迭代器的函数。本节会用些小的例子来介绍这个模块的内容。

这个模块里的函数大致可以分为几类：

• 从已有的迭代器创建新的迭代器的函数。

• 接受迭代器元素作为参数的函数。

• 选取部分迭代器输出的函数。

• 给迭代器输出分组的函数。

itertools.count() =>
  0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ...
itertools.count(10) =>
  10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, ...
itertools.count(10, 5) =>
  10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, ...

itertools.cycle([1, 2, 3, 4, 5]) =>
  1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5, ...

itertools.repeat('abc') =>
  abc, abc, abc, abc, abc, abc, abc, abc, abc, abc, ...
itertools.repeat('abc', 5) =>
  abc, abc, abc, abc, abc

itertools.chain(['a', 'b', 'c'], (1, 2, 3)) =>
  a, b, c, 1, 2, 3

itertools.islice(range(10), 8) =>
  0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
itertools.islice(range(10), 2, 8) =>
  2, 3, 4, 5, 6, 7
itertools.islice(range(10), 2, 8, 2) =>
  2, 4, 6

itertools.tee( itertools.count() ) =>
   iterA, iterB

where iterA ->
   0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ...

and   iterB ->
   0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ...

itertools.starmap(os.path.join,
                  [('/bin', 'python'), ('/usr', 'bin', 'java'),
                   ('/usr', 'bin', 'perl'), ('/usr', 'bin', 'ruby')])
=>
  /bin/python, /usr/bin/java, /usr/bin/perl, /usr/bin/ruby

itertools.filterfalse(is_even, itertools.count()) =>
  1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, ...

def less_than_10(x):
    return x < 10

itertools.takewhile(less_than_10, itertools.count()) =>
  0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

itertools.takewhile(is_even, itertools.count()) =>
  0

itertools.dropwhile(less_than_10, itertools.count()) =>
  10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, ...

itertools.dropwhile(is_even, itertools.count()) =>
  1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ...

itertools.compress([1, 2, 3, 4, 5], [True, True, False, False, True]) =>
   1, 2, 5

itertools.combinations([1, 2, 3, 4, 5], 2) =>
  (1, 2), (1, 3), (1, 4), (1, 5),
  (2, 3), (2, 4), (2, 5),
  (3, 4), (3, 5),
  (4, 5)

itertools.combinations([1, 2, 3, 4, 5], 3) =>
  (1, 2, 3), (1, 2, 4), (1, 2, 5), (1, 3, 4), (1, 3, 5), (1, 4, 5),
  (2, 3, 4), (2, 3, 5), (2, 4, 5),
  (3, 4, 5)

itertools.permutations([1, 2, 3, 4, 5], 2) =>
  (1, 2), (1, 3), (1, 4), (1, 5),
  (2, 1), (2, 3), (2, 4), (2, 5),
  (3, 1), (3, 2), (3, 4), (3, 5),
  (4, 1), (4, 2), (4, 3), (4, 5),
  (5, 1), (5, 2), (5, 3), (5, 4)

itertools.permutations([1, 2, 3, 4, 5]) =>
  (1, 2, 3, 4, 5), (1, 2, 3, 5, 4), (1, 2, 4, 3, 5),
  ...
  (5, 4, 3, 2, 1)

itertools.permutations('aba', 3) =>
  ('a', 'b', 'a'), ('a', 'a', 'b'), ('b', 'a', 'a'),
  ('b', 'a', 'a'), ('a', 'a', 'b'), ('a', 'b', 'a')

itertools.combinations_with_replacement([1, 2, 3, 4, 5], 2) =>
  (1, 1), (1, 2), (1, 3), (1, 4), (1, 5),
  (2, 2), (2, 3), (2, 4), (2, 5),
  (3, 3), (3, 4), (3, 5),
  (4, 4), (4, 5),
  (5, 5)

city_list = [('Decatur', 'AL'), ('Huntsville', 'AL'), ('Selma', 'AL'),
             ('Anchorage', 'AK'), ('Nome', 'AK'),
             ('Flagstaff', 'AZ'), ('Phoenix', 'AZ'), ('Tucson', 'AZ'),
             ...
            ]

def get_state(city_state):
    return city_state[1]

itertools.groupby(city_list, get_state) =>
  ('AL', iterator-1),
  ('AK', iterator-2),
  ('AZ', iterator-3), ...

where
iterator-1 =>
  ('Decatur', 'AL'), ('Huntsville', 'AL'), ('Selma', 'AL')
iterator-2 =>
  ('Anchorage', 'AK'), ('Nome', 'AK')
iterator-3 =>
  ('Flagstaff', 'AZ'), ('Phoenix', 'AZ'), ('Tucson', 'AZ')

functools 模块¶

Python 2.5 中的 functools 模块包含了一些高阶函数。 高阶函数 接受一个或多个函数作为输入，返回新的函数。 这个模块中最有用的工具是 functools.partial() 函数。

对于用函数式风格编写的程序，有时你会希望通过给定部分参数，将已有的函数构变形称新的函数。考虑一个 Python 函数 f(a, b, c)；你希望创建一个和 f(1, b, c) 等价的新函数 g(b, c)；也就是说你给定了 f() 的一个参数的值。这就是所谓的“部分函数应用”。

partial() 接受参数 (function, arg1, arg2, ..., kwarg1=value1, kwarg2=value2)。它会返回一个可调用的对象，所以你能够直接调用这个结果以使用给定参数的 function。

这里有一个很小但很现实的例子:

import functools

def log(message, subsystem):
    """Write the contents of 'message' to the specified subsystem."""
    print('%s: %s' % (subsystem, message))
    ...

server_log = functools.partial(log, subsystem='server')
server_log('Unable to open socket')

functools.reduce(func, iter, [initial_value]) 持续地在可迭代对象的所有元素上执行操作，因此它不能够用在无限的可迭代对象上。func 必须是一个接受两个元素并返回一个值的函数。functools.reduce() 接受迭代器返回的前两个元素 A 和 B 并计算 func(A, B) 。然后它会请求第三个元素，C，计算 func(func(A, B), C)，然后把这个结果再和第四个元素组合并返回，如此继续下去直到消耗整个可迭代对象。如果输入的可迭代对象完全不返回任何值，TypeError 异常就会抛出。如果提供了初值(initial value)，它会被用作起始值，也就是先计算 func(initial_value, A) 。:

>>> import operator, functools
>>> functools.reduce(operator.concat, ['A', 'BB', 'C'])
'ABBC'
>>> functools.reduce(operator.concat, [])
Traceback (most recent call last):
  ...
TypeError: reduce() of empty sequence with no initial value
>>> functools.reduce(operator.mul, [1, 2, 3], 1)
6
>>> functools.reduce(operator.mul, [], 1)
1

如果你在 functools.reduce() 中使用 operator.add()，你就会把可迭代对象中的所有元素加起来.这种情况非常常见, 所以 Python 有一个特殊的内置函数 sum():

>>> import functools, operator
>>> functools.reduce(operator.add, [1, 2, 3, 4], 0)
10
>>> sum([1, 2, 3, 4])
10
>>> sum([])
0

不过, 对于很多使用 functools.reduce() 的情形, 使用明显的 for 循环会更清晰:

import functools
# Instead of:
product = functools.reduce(operator.mul, [1, 2, 3], 1)

# You can write:
product = 1
for i in [1, 2, 3]:
    product *= i

一个相关的函数是 itertools.accumulate(iterable, func=operator.add) 。它执行同样的计算, 不过相对于只返回最终结果，accumulate() 会返回一个迭代器来输出所有中间结果:

itertools.accumulate([1, 2, 3, 4, 5]) =>
  1, 3, 6, 10, 15

itertools.accumulate([1, 2, 3, 4, 5], operator.mul) =>
  1, 2, 6, 24, 120

小函数和 lambda 表达式¶

编写函数式风格程序时，你会经常需要很小的函数，作为谓词函数或者以某种方式来组合元素。

如果合适的 Python 内置的或者其他模块中的函数，你就一点也不需要定义新的函数:

stripped_lines = [line.strip() for line in lines]
existing_files = filter(os.path.exists, file_list)

如果不存在你需要的函数，你就必须自己编写。一个编写小函数的方式是使用 lambda 表达式。lambda 接受一组参数以及组合这些参数的表达式，它会创建一个返回表达式值的匿名函数:

adder = lambda x, y: x+y

print_assign = lambda name, value: name + '=' + str(value)

另一种替代方案就是通常的使用 def 语句来定义函数:

def adder(x, y):
    return x + y

def print_assign(name, value):
    return name + '=' + str(value)

哪一种更受青睐呢？这是一个风格问题；我通常的做法是避免使用 lambda。

我这么偏好的一个原因是，lambda 能够定义的函数非常受限。函数的结果必须能够作为单独的表达式来计算，这意味着你不能使用多路 if... elif... else 比较，或者 try... except 语句。如果你尝试在 lambda 语句中做太多事情，你最终会把表达式过于复杂以至于难以阅读。你能快速的说出下面的代码做了什么事情吗？:

import functools
total = functools.reduce(lambda a, b: (0, a[1] + b[1]), items)[1]

你可以弄明白，不过要花上时间来理清表达式来搞清楚发生了什么。使用一个简短的嵌套的 def 语句可以让情况变得更好:

import functools
def combine(a, b):
    return 0, a[1] + b[1]

total = functools.reduce(combine, items)[1]

如果我仅仅使用一个 for 循环会更好:

total = 0
for a, b in items:
    total += b

或者使用内置的 sum() 和一个生成器表达式:

total = sum(b for a, b in items)

许多使用 functools.reduce() 的情形可以更清晰地写成 for 循环的形式。

Fredrik Lundh 曾经建议以下一组规则来重构 lambda 的使用:

1. 写一个 lambda 函数。

2. 写一句注释来说明这个 lambda 究竟干了什么。

3. 研究一会这个注释，然后想出一个抓住注释本质的名字。

4. 用这个名字，把这个 lambda 改写成 def 语句。

5. 把注释去掉。

我非常喜欢这些规则，不过你完全有权利争辩这种消除 lambda 的风格是不是更好。

修订记录和致谢¶

作者要感谢以下人员对本文各种草稿给予的建议，更正和协助：Ian Bicking,Nick Coghlan, Nick Efford, Raymond Hettinger, Jim Jewett, Mike Krell,Leandro Lameiro, Jussi Salmela, Collin Winter, Blake Winton。

0.1 版: 2006 年 6 月 30 日发布。

0.11 版: 2006 年 7 月 1 日发布。 修正拼写错误。

0.2 版: 2006 年 7 月 10 日发布。 将 genexp 与 listcomp 两节合二为一。 修正拼写错误。

0.21 版: 加入了 tutor 邮件列表中建议的更多参考文件。

0.30 版: 添加了有关 functional 模块的小节，由 Collin Winter 撰写；添加了有关 operator 模块的简短小节；其他少量修改。

参考文献¶