Scala中的方法与函数

2021-03-04 14:37:48 浏览数 (1)

导读

封装是计算机编程语言中最基本但也十分经典的思想（更严谨地说封装是面向对象设计中的一种思想），例如将一段频繁用到的逻辑写成一个函数的过程，其背后蕴含的其实就是封装的思想。与众多编程语言类似，Scala中也提供了方法和函数的功能，但在具体使用上又有很多特别之处，甚至一定程度上可以彰显Scala的设计理念。

本文旨在介绍Scala中方法和函数的常用用法，对一些少用而略显怪异的功能不予关注。主要行文目录如下：

  • 方法的常用用法
    • 标准定义
    • 参数默认值、带名传参和不定长参数
    • 参数列表缺省
    • return缺省
    • 返回值类型缺省
    • 等号缺省
    • 大括号缺省
  • 函数的常用用法
    • 标准定义
    • 偏应用函数和偏函数
    • 柯里化函数
    • 高阶函数
  • 二者的联系与区别
    • 方法主要用于类和对象，函数主要用于传参和返回值
    • 函数是一个对象，可以赋值给一个变量
    • 二者可以部分转化

01 方法的常用用法

在多数编程语言中，方法其实属于广义上的函数：独立定义的叫做函数，定义在类中的函数一般称之为方法。然而在Scala中，二者的差异其实会更大，不仅有形式上的区别，更有用法上的不同。

方法的标准定义如下：

以上是一个标准的Scala方法定义程序，执行的是两个整数求和的操作，保留了方法定义中的每个要素，分别介绍如下：

  • def：方法定义关键字，即define的缩写，这与Python中函数定义关键字一致
  • fun：方法名，符合Scala中标识符的定义要求，一般采用小驼峰方式组织命名
  • fun后接一对小括号，用于接收一组参数定义
  • a：参数名，符合Scala中标识符的定义要求
  • 参数名的Int：声明参数类型。与Python中可选声明参数类型不同的是，Scala中的参数类型声明是必须项，而且程序编译时会执行类型检查（Python中的参数类型声明就是个形式，仅用于提示使用者而不做实际检查，挂羊头卖狗肉是可行的）；但值得指出的参数类型可以使用声明类型的子类和支持隐式转换，例如某方法中参数声明类型为Any，那么实际上可以接受任何类型；某方法参数声明为Double，那么传入Int也是可以的
  • 方法参数小括号后的Int：返回值类型，多数情况下可以省略，此时由编译器执行类型推断得出；但当方法中存在递归调用时为必须项；
  • 方法后的=：用于赋值操作，相当于把方法体中的返回值赋予给调用该方法的变量，特殊情况下可省略，此时无论方法体中是否实际有返回结果，该方法的返回值均为空
  • 方法体中的大括号：在Scala中，大括号意味着将一组执行语句囊括为一个整体，并称之为代码块，代码块的最后一行代码的执行结果即是该方法的返回结果
  • 方法体中return：与Python中必须显示使用return关键字来表达返回值，Scala中的return是可选项，一般仅在需提前返回方法执行结果时才需使用（否则，就是以方法体代码块中的最后一句代码执行结果作为返回值）
  • 方法调用：使用方法名 相应参数即可，这与其他语言中类似

以上为Scala中方法的完整标准定义和调用，但在很多情况下可以省略其中的部分要素，例如：

1）当参数指定默认取值时，在调用时可缺省，这与Python中的带名参数调用方式是一致的。特别地，Scala中也支持类似Python的不定长参数，但具体形式与Python中略有区别，注意如下方法中参数nums声明类型Int后标注了*，代表nums是不定长的Int型参数：

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scala> def fun1(nums:Int*):Int= nums.sum
def fun1(nums: Int*): Int
scala> fun1(1, 2)
val res7: Int = 3

2）方法调用时省略传参小括号。特殊情况下，当方法无需接收任何参数时，即参数为空，那么在调用该方法时则可省略小括号，直接写出方法名即可；更特殊地，如果一个方法无需接收任何参数，那么在定义方法时则可省略小括号的书写，此时在调用方法时则必须省略小括号：

代码语言：javascript复制
scala> def sayHelloWorld : Unit = println("hello, world")
def sayHelloWorld: Unit

scala> sayHelloWorld
hello, world

scala> sayHelloWorld()
                    ^
       error: Unit does not take parameters

3）return缺省。绝大多数情况下可以省略return，此时方法体中的最后一句代码执行结果即为该方法的返回值，一般仅需在提前终止代码块执行并返回结果时才需使用，例如如下方法首先判断除数是否为0，若为0则提前返回：

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scala> def fun2(a:Int, b:Int):Int={
     |   if(b==0) return -1
     |   a / b
     | }
def fun2(a: Int, b: Int): Int

4）返回值类型缺省。Scala中的一个典型特性就是支持类型推断，包括方法的返回值类型推断。既然可以自动推断，所以一般可以省略，但当方法具有递归调用时必须显示声明返回值类型：

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scala> def fun3(num:Int):Int = if(num==1) 1 else fun3(num-1)*num
def fun3(num: Int): Int

scala> def fun4(num:Int) = if(num==1) 1 else fun4(num-1)*num
                                             ^
       error: recursive method fun4 needs result type

5）等号缺省。方法声明中的等号用于连接方法签名（即方法名和参数部分）和方法体（即大括号中的代码块），用以表示赋值。所以，当无需返回任何结果或者说返回值类型为空时（返回值类型为空用Unit表示），此时即可省略等号。省略等号意味着返回值类型一定为空，即使方法体中的代码块实际会产生非空的返回值。例如以下方法的返回结果与预期不一致：

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scala> def fun4(a:Int, b:Int) {a b}
                              ^
       warning: procedure syntax is deprecated: instead, add `: Unit =` to explicitly declare `fun4`'s return type
def fun4(a: Int, b: Int): Unit

scala> fun4(1, 2)  // 返回结果为空

6）大括号缺省。实际上这不是Scala特有的特性，即当方法体仅有单行代码时，无需显示写出大括号。这很容易理解：大括号的作用是将一组代码囊括为一个整体，而当代码块仅有单行代码时自然可以缺省。

注：等号和大括号不可同时缺省。

02 函数的常用用法

如果说Scala中的方法更像是其他语言中函数，那么Scala中的函数则更像是为实现函数式编程而特有的设计。在多数介绍Scala中函数的技术文章中，一般会提到这么一句：

函数是Scala中的一等公民。

实际上，称函数是一等公民，其实是相对于方法而言，即函数可以像任何其他对象那样赋值给一个变量，以参数或者返回值的身份作为方法的一部分，换句话说函数在Scala中具有和其他对象同等使用权限，而这是方法所不具备的。

与方法使用def作为关键字来声明不同，Scala中声明函数的关键字其实是“=>”，一个标准的函数声明如下：

在如上的函数声明中，仍然实现的是两个整数相加的功能，其中各要素介绍如下：

  • 函数参数即参数类型，用法与方法中类似
  • 建立参数与返回值映射，个人认为这是Scala中函数的一个标志性符号，作用类似于方法中的=，但不可缺省
  • 函数体与方法中的用法类似

实际上，在完成方法介绍之后，函数的用法其实会更简单，但需把握以下区别：

  1. 函数可以没有函数名，此时即为匿名函数；
  2. 函数无需指定返回值类型，不是可以缺省，而是不支持；

另一方面，由于函数可以像其他对象一样赋值给变量，所以如上函数的定义可以用一个变量接收，而后该变量即可像方法一样完成功能调用、像变量一样作为参数供其他方法调用或作为返回值。实际上，在Scala中，函数的主要作用其实就是作为方法的参数或返回值，此时即对应高阶函数，体现的即为Scala的函数式编程思想。

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scala> val add = (a:Int, b:Int) => a   b
val add: (Int, Int) => Int = $Lambda$1225/569105801@27b3e5ed

scala> add(1, 2)
val res17: Int = 3

函数的用法有许多高级特性，这些在一定程度上丰富了Scala的语法特性，但也很容易对初学者造成很大困扰，下面仅就其中的几个简单展开介绍：

1）偏应用函数和偏函数。这是两个很容易搞混的概念，所以不妨首先给出英文原义：偏应用函数英文写法为partial applied function，偏函数为partial function。所以看到了英文写法，两个概念中的偏就很容易理解：与其翻译为"偏"，实则表达的含义是"部分"。至于是否带应用的区别，则没那么直观：但表达的含义倒也算清晰：

  • 偏应用函数的"偏"侧重于参数个数层面，即可以先传入部分参数，剩余参数交由后续再传入
  • 偏函数的"偏"侧重于参数定义域层面，即仅对部分定义域范围内明确逻辑，而对其他则不予给出。比如在某些情况下有明显的业务逻辑，而在其他情况下则处于待定状态时，则可用偏函数实现
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// 偏应用函数:先指定部分参数，再指定其余参数
scala> val add = (a:Int, b:Int) => a   b
val add: (Int, Int) => Int = $Lambda$1225/569105801@27b3e5ed

scala> val add1 = add(1, _:Int)
val add1: Int => Int = $Lambda$1229/509809074@6fab6ea2

scala> add1(2)
val res18: Int = 3
// 偏函数：仅对参数定义域的部分范围明确逻辑
scala> val fun:PartialFunction[Int, Double] = {
     | case x if(x>0) => x 1.0
     | }
val fun: PartialFunction[Int,Double] = <function1>

PartialFunction[Int, Double]中，第一个Int表示输入参数为Int，第二个Double表示返回值类型为Double。

2）柯里化函数。对于Scala中含有多个参数的方法，可以通过调整书写形式实现各参数的逐步指定。例如：

代码语言：javascript复制
scala> def add(a:Int, b:Int)=a b
def add(a: Int, b: Int): Int

scala> def addCurried(a:Int)(b:Int)=a b
def addCurried(a: Int)(b: Int): Int

scala> val add1 = addCurried(1) _
val add1: Int => Int = $Lambda$1272/601949467@1d4c39c2

scala> add1(2)
val res22: Int = 3

如上代码中，通过将add方法的书写形式调整为addCurried中的书写形式，在后续调用中可以先明确部分参数，并将明确了部分参数的函数作为返回结果赋值给一个新的变量add1，注意这里add1实际上是一个函数。

可见，对一个方法柯里化的过程，其效果与偏应用函数实际上是有些类似的，明确了部分参数的方法的返回结果就叫做柯里化函数。这也是将方法的柯里化特性放在这里讲述的原因。

3）高阶函数。实际上，上述的偏应用函数、柯里化函数背后对应的都属于Scala中高阶函数的特性，即函数以一个返回值的身份出现在其他方法中。对于Scala中的一个方法定义，但参数或返回值是一个函数类型时，那么就称之为高阶函数（或者更严谨的说，是一个高阶方法），这也是Scala中函数式编程的直接体现。

实际上，将函数作为另一个函数的参数或者返回值，这一特性在Python中也是有所体现的。

03 二者的联系与区别

作为编程语言中常用的封装技巧，函数是必不可少的语法特性。在很多编程语言中，例如Python，方法和函数本无实质区别，但在Scala中却有很大差异。这些差异一方面是出于Scala语法特性的需要，另一方面也成就了函数式编程的精髓。概括而言，方法和函数的主要联系与区别包括：

  • 方法定义的关键字为def，函数定义的标志性符号则为=>
  • 函数必须接受参数列表（参数可以为空，但小括号不可省略）；而方法中则可以省略参数列表甚至小括号，此时仅用于完成部分固定功能
  • 方法可以指定返回值类型，也可以缺省；而函数则不支持指定返回值类型
  • 函数与其他对象一致（所谓的一等公民），可以赋值给一个变量，也可作为一个方法的参数或返回值，此时即为高阶函数
  • 方法可以简单的通过"方法名 空格 _"转变化函数
scala python javascript

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