Kotlin進階之高階函數與λ表達式(Higher-Order Functions and Lambdas)

高階函數(Higher-Order Functions)

接受函數作為參數的函數,或返回值類型是函數類型的函數成為高階函數。這個概念的很好的一個例子是lock()函數,這個函數接收一個Lock類型的參數(鎖對象),和一個函數類型的參數:獲取鎖,運行函數參數,然后釋放鎖:

fun <T> lock(lock: Lock, body: () -> T): T {
    lock.lock()
    try {
        return body()
    }
    finally {
        lock.unlock()
    }
}

分析上面的代碼:body形參的類型是函數類型:() -> T,因此該形參的實參是一個無參,返回值類型是T的函數。該函數參數在try塊中被調用,被lock保護,且其結果被lock()返回。

如果我們想要調用上述lock()函數,我們可以傳入已經定義好的函數作為lock()函數的參數,如:

fun toBeSynchronized() = sharedResource.operation()

val result = lock(lock, ::toBeSynchronized)

除此之外,一個更簡潔的方法是傳入一個λ表達式:

val result = lock(lock, { sharedResource.operation() })

λ表達式將在下文詳細介紹,但是為了更好的理解現在講解的內容,不妨先來概述以下λ表達式的知識:

  1. λ表達式總是被大括號包裹
  2. 若存在參數,則參數在->之前聲明,(參數類型可以省略)
  3. 若存在函數體,則函數體在->之后聲明

在Kotlin中,有一個常見用法:如果一個函數的最后一個參數是函數類型,且傳入的實參時λ表達式,則可以在圓括號之外給出這個λ表達式:

lock (lock) {
    sharedResource.operation()
}

高階函數的另一個形象的例子是map()函數:

fun <T, R> List<T>.map(transform: (T) -> R): List<R> {
    val result = arrayListOf<R>()
    for (item in this)
        result.add(transform(item))
    return result
}

該函數可以如下調用:

val doubled = ints.map { value -> value * 2 }

注意:若λ表達式是目標函數的唯一參數,則調用目標函數時,圓括號可以省略。

it:單參數的隱式表達(it: implicit name of a single parameter)

另一個有用的約定是如果一個字面函數只有一個參數,則該參數的聲明連同符號->都可以省略,以it代指該參數:

ints.map { it * 2 }

這些約定可以寫LINQ-style風格的代碼:

strings.filter { it.length == 5 }.sortBy { it }.map { it.toUpperCase() }

未使用變量的下劃線代替法(Underscore for unused variables (since 1.1))

若λ表達式的參數沒有使用,則可以使用下劃線代替沒有使用的參數名:

map.forEach { _, value -> println("$value!") }

λ表達式的解構(Destructuring in Lambdas (since 1.1))

λ表達式表達式的解構在解構聲明(暫未學到)章節中講解。

內聯函數(Inline Functions)

使用內聯函數有時候能提高高階函數的性能。

λ表達式和匿名方法(Lambda Expressions and Anonymous Functions)

一個λ表達式或一個匿名函數都是一個函數字面值,也就是一個函數未聲明,但立即作為表達式傳遞:

max(strings, { a, b -> a.length < b.length })

函數max是一個高階函數,因為它的第二個參數接收一個函數類型的參數。第二個參數是一個表達式,該表達式本身就是一個函數,也就是函數字面值。作為一個函數,它等同于:

fun compare(a: String, b: String): Boolean = a.length < b.length

函數類型(Function Types)

若一個函數的參數是函數類型,我們必須為該參數指定類型。例如上述函數max定義如下:

fun <T> max(collection: Collection<T>, less: (T, T) -> Boolean): T? {
    var max: T? = null
    for (it in collection)
        if (max == null || less(max, it))
            max = it
    return max
}

參數less的類型是(T, T) -> Boolean,一個接收兩個T類型參數,且返回Boolean類型的函數:如果第一個參數小于第二個參數的時候返回true。

在代碼第四行,less被用作函數:通過傳入兩個T類型的參數被調用。

一個函數類型如上所寫,當然也可以指定參數名稱。如果想知名每一個參數含義的話:

val compare: (x: T, y: T) -> Int = ...

λ表達式表達式語法(Lambda Expression Syntax)

λ表達式表達式的完整語法,也就是函數類型變量的字面值如下:

val sum = { x: Int, y: Int -> x + y }

λ表達式總是被花括號包裹,完整語法的參數放置在圓括號內,參數可以有注解,方法體在->符號的右邊。如果推斷出λ表達式的返回類型不是Unit,則最后一個表達式將作為返回值。

如果我們補全所有可選標注,看起來如下:

val sum: (Int, Int) -> Int = { x, y -> x + y }

只有一個參數的λ表達式是非常常見的。如果Kotlin可以確定出λ表達式的簽名,我們可以省略哪個唯一的參數,且將隱式為我們聲明一個名為it的參數:

ints.filter { it > 0 } // this literal is of type '(it: Int) -> Boolean'

我們可以使用特定的return語法從λ表達式顯式返回一個值。否則,最后一個表達式的值將隱式返回。因此,下面兩段代碼是等價的:

ints.filter {
    val shouldFilter = it > 0 
    shouldFilter
}

ints.filter {
    val shouldFilter = it > 0 
    return@filter shouldFilter
}

注意:如果一個函數的最后一個參數是函數類型,該參數可以在參數列表之外傳遞。

匿名函數(Anonymous Functions)

λ表達式語法缺少指定函數返回類型的能力。在大多數情況下,這不是必要的,因為返回類型可以自動的推斷出來。然而,如果需要顯式指定返回類型,可以使用另一個語法:匿名函數。

fun(x: Int, y: Int): Int = x + y

匿名函數看起來非常像常規函數的聲明,除了沒有函數名。匿名函數的函數體可以是表達式也可以是代碼塊:

fun(x: Int, y: Int): Int {
    return x + y
}

參數可返回值的指定與常規函數一樣,但參數類型可以推斷出來的時候,參數類型是可以省略的:

ints.filter(fun(item) = item > 0)

匿名函數的返回類型工作機制就像常規函數一樣:對于函數體是表達式的,可以自動推斷;對于函數體是代碼塊的,則必須顯式指定(除了Unit)。

注意:實參時匿名函數的參數總是傳遞到括號內。將函數留在圓括號外的簡介語法僅僅適用于λ表達式。

λ表達式和匿名函數的另一個不同是非局部返回的行為。沒有標簽的return語句總是返回至使用fun關鍵字的函數聲明處。這意味著λ表達式內部的return將返回至包含它的封閉函數出;而匿名函數的return將返回至匿名函數本身。

閉包(Closures)

λ表達式或匿名函數(無論是作為局部函數還是對象表達式)都可以訪問其閉包,即在外部作用于中聲明的變量。不同于Java,閉包中的變量可以被修改:

var sum = 0
ints.filter { it > 0 }.forEach {
    sum += it
}
print(sum)

帶接收者的函數字面值(Function Literals with Receiver)

Kotlin可以為函數字面值提供接收者對象。在函數字面值的函數體內部,可以無需任何額外的修飾符就調用接收者對象的方法。這與擴展函數是類似的,允許在函數體內部訪問接收者對象的成員。其用法的主要例子是類型安全的Groovy-風格構建起。

這樣的函數字面的類型是帶有接收器的函數類型:

sum : Int.(other: Int) -> Int

上述函數字面可以像接收者對象自身的函數一樣調用:

1.sum(2)

匿名函數語法允許直接指定函數字面的接收者類型。如果需要為函數聲明一個變量,并使用它,這將非常有用:

val sum = fun Int.(other: Int): Int = this + other

當接收者類型可以從上下文推斷出來的話,λ表達式可以用作帶有接收者的函數字面值:

class HTML {
    fun body() { ... }
}

fun html(init: HTML.() -> Unit): HTML {
    val html = HTML()  // create the receiver object
    html.init()        // pass the receiver object to the lambda
    return html
}


html {       // lambda with receiver begins here
    body()   // calling a method on the receiver object
}
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