Kotlin基础知识十一：Functions和Higher order functions

Functions和Higher functions

一、Functions

语法格式：

一个function由function header和function body两部分组成。
function header包括5部分：

  1. Visibility modifier
  2. function declaration keyword
  3. function name
  4. function parameters
  5. return type。
    注意function parameter和function argument的区别：
    Technically a parameter is what a function requires and an argument is what the caller passes in to fulfill the requirement.
    function body由大括号括起来的代码块组成。

1. Single expression functions: 只有一个表达式的函数

fun concat1(a: String, b: String) = a + b

fun concat2(a: String, b: String): String {
    return a + b
}

fun isSuccess1(): Boolean {
    return try {
        true
    } catch (e: Exception) {
        false
    }
}

fun isSuccess2(): Boolean = try {
        true
    } catch (e: Exception) {
        false
    }

注意：

  1. 只有一个表达式的函数有block body和expression body两种写法。只有expression body的形式可以省略返回类型。
  2. 单一表达式函数不一定只有一行代码，像try..catch这种控制结构是有多行代码的。

2. Member functions

定义在class、object或 interface内部的函数称之为成员函数。

3. Local functions或nested functions.

局部或嵌套函数时定义在函数体内部的函数。举例：

fun printArea(width: Int, height: Int): Unit {
    fun calculateArea(width: Int, height: Int): Int = width * height
    val area = calculateArea(width, height)
    println("The area is $area")
}

局部函数可以访问外部作用域中的参数和变量。

fun printArea2(width: Int, height: Int): Unit {
    fun calculateArea(): Int = width * height
    val area = calculateArea()
    println("The area is $area")
}

另外一个例子：

fun fizzBuzz(start: Int, end: Int): Unit {
    for (k in start..end) {
        if (k % 3 == 0 && k % 5 == 0)
            println("Fizz Buzz")
        else if (k % 3 == 0)
            println("Fizz")
        else if (k % 5 == 0)
            println("Buzz")
        else
            println(k)
    }
}

fun fizzBuzz2(start: Int, end: Int): Unit {
    fun isFizz(k: Int): Boolean = k % 3 == 0
    fun isBuzz(k: Int): Boolean = k % 5 == 0
    for (k in start..end) {
        if (isFizz(k) && isBuzz(k))
            println("Fizz Buzz")
        else if (isFizz(k))
            println("Fizz")
        else if (isBuzz(k))
            println("Buzz")
        else
            println(k)
    }
}

fun fizzBuzz3(start: Int, end: Int): Unit {
    for (k in start..end) {
        fun isFizz(): Boolean = k % 3 == 0
        fun isBuzz(): Boolean = k % 5 == 0
        if (isFizz() && isBuzz())
            println("Fizz Buzz")
        else if (isFizz())
            println("Fizz")
        else if (isBuzz())
            println("Buzz")
        else
            println(k)
    }
}

fun fizzBuzz4(start: Int, end: Int): Unit {
    for (k in start..end) {
        fun isFizz(): Boolean = k % 3 == 0
        fun isBuzz(): Boolean = k % 5 == 0
        when {
            isFizz() && isBuzz() -> println("Fizz Buzz")
            isFizz() -> println("Fizz")
            isBuzz() -> println("Buzz")
            else -> println(k)
        }
    }
}

4. Top-level functions

5. Inline functions

fun main(args: Array<String>) {
    characterCount("fun.txt")
}

fun characterCount(fileName: String): Int {

    val input = Files.newInputStream(Paths.get(fileName))

    return withResource(input) {
        input.buffered().reader().readText().length
    }
}

fun <T : AutoCloseable, U> withResource(resource: T, fn: (T) -> U): U {
    try {
        return fn(resource)
    } finally {
        resource.close()
    }
}

以上述代码为例，如果withResource为非inline函数时，在调用withResource函数时，会首先创建一个实参类型（function argument）的实例。编译器会为withResource函数的lambda表达式参数生成一个InlineUtils$characterCount$1类，该类继承自Lambda、并实现了Function1<InputStream, Integer>接口，然后创建该类的一个实例作为实参传递。

6. 函数字面量（Function literals）

就像字符串字面量（string literals）一样，我们也可以定义函数字面量（function literals）。
lambda表达式（Lambda expressions）和匿名函数（Anonymous functions）统称为函数字面量。举例：

{ println("I am a function literal") }

函数字面量可以赋值给一个变量：

val printHello: () -> Unit = { println("hello") }
printHello()

函数字面量也可以接收参数：

val printMessage = { message: String -> println(message) }
printMessage("Hello")
printMessage("World")

显式指定函数类型的写法：

val printMessage: (String) -> Unit = { message: String -> println(message) }

如果想明确地说明“正在创建的是一个函数”，也可以使用匿名函数。注意匿名函数是一个表达式（expression），而不是一个声明（declaration）。
将一个匿名函数赋值给变量：

val cubePI = fun(x: Double): Double {
    return x * x * x
}

再看下面的例子：

fun main(args: Array<String>) {
    //lambda表达式作为实参传递
    callWithPi(3.14) { it * it }

    //匿名函数作为实参传递
    callWithPi(3.14, fun(x: Double): Double {
        return x * x
    })

    //匿名函数作为实参传递
    callWithPi(3.14, fun(x: Double): Double = x * x)

    //匿名函数赋值给变量，其中匿名函数为block body形式形式.
    val cubePI = fun(x: Double): Double {
        return x * x * x
    }

    //匿名函数赋值给变量，其中匿名函数为expression body形式.
    val cubePI2 = fun(x: Double) = x * x * x

    //lambda表达式赋值给变量
    val cubePI3 = { x: Double ->
        x * x * x
    }

    //函数类型变量作为实参传递.
    callWithPi(3.14, cubePI)
    callWithPi(3.14, cubePI2)
    callWithPi(3.14, cubePI3)
}

二、Higher order函数

2.1. 定义：

如果一个函数的参数或返回值是一个函数类型，那么这样的函数称为Higher order函数。
如果一个语言支持higher order函数和函数赋值（function assignment），我们称这样的语言支持first class函数。
自持

2.2 函数类型(function types)的定义及变量赋值

函数类型语法格式：


function type语法格式.png

举例，定义传入参数为String、返回值也为String的函数类型的变量：

val reversed: (String) -> String = { str: String -> str.reversed() }
2.3. 函数的参数为一个函数类型（function type）

举例，定义一个foo函数，其中一个参数为String，另一个参数为函数类型，返回值为String。

private fun foo(str: String, operate: (String) -> String): String {
    return operate(str)
}

fun testFoo() {
    val reversed: (String) -> String = { str: String -> str.reversed() }
    val fooResult = foo("123", reversed)
    println("testFoo result: $fooResult")
}
2. 4. 函数的返回值为一个函数类型（function type）
fun testModulo() {
    val ints = listOf(1, 2, 3, 4, 5, 6)
    val odd = ints.filter(modulo(1)) //被1整除的元素列表
    println("testModulo odd: $odd") //testModulo odd: [1, 2, 3, 4, 5, 6]

    val evens = ints.filter(modulo(2)) //被2整除的元素列表
    println("testModulo evens: $evens") //testModulo evens: [2, 4, 6]

    val mod3 = ints.filter(modulo(3)) //被3整除的元素列表
    println("testModulo mod3: $mod3") //testModulo mod3: [3, 6]
}

/**
 * @param k: 传入的模数
 * @return 返回一个函数, 类型为: (Int) -> Boolean. 这个函数接受一个入参, 判断该入参是否可以被k整除.
 */
private fun modulo(k: Int): (Int) -> Boolean {
    return { it: Int -> it % k == 0 }
}

三、闭包（Closures）

在函数式编程里，闭包是指访问了外部作用域（outer scopes）的变量（ variables）或参数（parameters）的函数。我们称这样的函数close over了这些变量，闭包（closure）名字正是由此而来。
举例：

fun main(args: Array<String>) {
    val f = makeFun()
    f() //1
    f() //2
    f() //3
}

fun makeFun(): () -> Unit {
    var count = 0

    return fun(): Unit {
        println(++count)
    }
}

闭包可以改变改变它所close over的变量：

fun main(args: Array<String>) {
    var containsNegative = false
    val ints = listOf(-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5)
    ints.forEach {
        if (it < 0)
            containsNegative = true
    }

    println("containsNegative: $containsNegative") //containsNegative: true
}

匿名函数（Anonymous functions）

val evens = ints.filter(fun(k: Int): Boolean = k % 2 == 0) //匿名内部类.

匿名内部类可以转化为更简洁的lambda形式：

val evens = ints.filter { k -> k % 2 == 0 } //lambda表达式

函数引用（Function references）

Top-level function references

举例：

fun isEven(k: Int): Boolean = k % 2 == 0

fun main(args: Array<String>) {
    val ints = listOf(1, 2, 3, 4, 5)
    ints.filter { isEven(it) } //lambda表达式的形式
}

lambda表达式可以转化为function references的形式：

fun isEven(k: Int): Boolean = k % 2 == 0

fun main(args: Array<String>) {
    val ints = listOf(1, 2, 3, 4, 5)
    ints.filter(::isEven)
}
Member and extension function references

定义一个扩展函数：

fun Int.isOdd(): Boolean = this % 1 == 0

然后在函数字面量中使用该函数：

fun main(args: Array<String>) {
    val ints = listOf(1, 2, 3, 4, 5)
    val oddLists = ints.filter { it.isOdd() }
    println(oddLists) //[1, 2, 3, 4, 5]
}

然后使用extension function reference替换：

fun main(args: Array<String>) {
    val ints = listOf(1, 2, 3, 4, 5)
    val oddLists = ints.filter(Int::isOdd)
    println(oddLists) //[1, 2, 3, 4, 5]
}

使用member function reference的例子：

fun main(args: Array<String>) {
    fun foo(a: Double, b: Double, f: (Double, Double) -> Double) = f(a, b)
    foo(1.0, 2.0, Math::pow)
}

对应的lambda的写法：

fun main(args: Array<String>) {
    fun foo(a: Double, b: Double, f: (Double, Double) -> Double) = f(a, b)
    foo(1.0, 2.0) { a, b -> Math.pow(a, b) }
}
Bound references

举个例子：

fun String.equalsIgnoreCase(other: String) = this.toLowerCase() ==
            other.toLowerCase()

println(listOf("Foo", "moo", "Boo","Bar").filter {
    (String::equalsIgnoreCase)("bar", it)
})

如果使用bound reference的话，可以这样写：

fun String.equalsIgnoreCase(other: String) = this.toLowerCase() ==
            other.toLowerCase()

    println(listOf("Foo", "moo", "Boo", "Bar").filter("bar"::equalsIgnoreCase))
Function Literals with Receivers

在Kotlin中，在类的实例上调用成员函数或扩展函数时，这个实例称为Receiver。

val substring = fun String.(substr: String): Boolean = this.contains(substr)
"hello".substring("ello") //true

再看另外一个例子：

class Car(val horseName:String, val horsePowers:Int)
val car = Car("SportsCar",100)
val boast: Car.() ->String  = {
    "I am a $horseName car with $horsePowers HP!"
}
println(car.boast()) //I am a SportsCar car with 100 HP!

让我们看一下标准函数apply的定义：

public inline fun <T> T.apply(block: T.() -> Unit): T {
    contract {
        callsInPlace(block, InvocationKind.EXACTLY_ONCE)
    }
    block()
    return this
}

它是定义在泛型T上的扩展函数，接受一个函数类型的参数，函数的类型是T.() -> Unit，即泛型T上的扩展函数。这样入参的lambda表达式的Receiver就是泛型T，也是apply函数的Receiver，因此可以在lambda内部调用T的properties和functions 。

Higher-order函数中的控制流(control flow)
  1. lambda中的return语句：non-local return
    如果lambda中有return，那么会直接从调用lambda的函数中返回，而不是仅仅从lambda块中返回。举例：
fun lookForAlice(people: List<Person>) {
    people.forEach {
        if (it.name == "Alice") {
            println("Found!")
            return //直接返回lookForAlice函数.
        }
    }
    println("Alice is not found")
}
  1. 从lambda中返回：带label的return
    要标签化一个lambda表达式的话，将<LabelName>后加一个"@"字符，放在lambda的大括号前面，然后在需要从lambda中返回时，直接调用 return@<LabenName>。看例子：
fun lookForAlice2(people: List<Person>) {
    people.forEach label@{
        if (it.name == "Alice") {
            println("Found Alice")
            return@label
        }
    }
    println("Alice might be somewhere")
}

另外，使用lambda作为参数的函数的函数名也可以作为LabelName。

fun lookForAlice3(people: List<Person>) {
    people.forEach {
        if (it.name == "Alice") {
            println("Found Alice")
            return@forEach
        }
    }
    println("Alice might be somewhere")
}
  1. 给this表达式加标签
fun testPrint() {
    val stringBuilder = StringBuilder().apply sb@{
        listOf(1, 2, 3).apply {
            this@sb.append(this.toString())
        }
    }
    println(stringBuilder.toString()) //[1, 2, 3]
}

  1. 匿名类：默认的local returns


    匿名类和lambda的区别
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