33. 函数是一等公民（头等函数）

2019-10-09  本文已影响0人  泷汰泱

33. 函数是一等公民（头等函数）

现在简单概括一下本教程讨论的内容：

什么是头等函数？

支持头等函数（First Class Function）的编程语言，可以把函数赋值给变量，也可以把函数作为其它函数的参数或者返回值。Go 语言支持头等函数的机制。

本教程我们会讨论头等函数的语法和用例。

匿名函数

我们来编写一个简单的示例，把函数赋值给一个变量。

package main

import (  
    "fmt"
)

func main() {  
    a := func() {
        fmt.Println("hello world first class function")
    }
    a()
    fmt.Printf("%T", a)
}

在上面的程序中，我们将一个函数赋值给了变量 a（第 8 行）。这是把函数赋值给变量的语法。你如果观察得仔细的话，会发现赋值给 a 的函数没有名称。由于没有名称，这类函数称为匿名函数（Anonymous Function）。

调用该函数的唯一方法就是使用变量 a。我们在下一行调用了它。a() 调用了这个函数，打印出 hello world first class function。在第 12 行，我们打印出 a 的类型。这会输出 func()。

运行该程序，会输出：

hello world first class function
func()

要调用一个匿名函数，可以不用赋值给变量。通过下面的例子，我们看看这是怎么做到的。

package main

import (  
    "fmt"
)

func main() {  
    func() {
        fmt.Println("hello world first class function")
    }()
}

在上面的程序中，第 8 行定义了一个匿名函数，并在定义之后，我们使用 () 立即调用了该函数（第 10 行）。该程序会输出：

hello world first class function

就像其它函数一样，还可以向匿名函数传递参数。

package main

import (  
    "fmt"
)

func main() {  
    func(n string) {
        fmt.Println("Welcome", n)
    }("Gophers")
}

在上面的程序中，我们向匿名函数传递了一个字符串参数（第 10 行）。运行该程序后会输出：

Welcome Gophers

用户自定义的函数类型

正如我们定义自己的结构体类型一样，我们可以定义自己的函数类型。

type add func(a int, b int) int

以上代码片段创建了一个新的函数类型 add，它接收两个整型参数，并返回一个整型。现在我们来定义 add 类型的变量。

我们来编写一个程序，定义一个 add 类型的变量。

package main

import (  
    "fmt"
)

type add func(a int, b int) int

func main() {  
    var a add = func(a int, b int) int {
        return a + b
    }
    s := a(5, 6)
    fmt.Println("Sum", s)
}

在上面程序的第 10 行，我们定义了一个 add 类型的变量 a，并向它赋值了一个符合 add 类型签名的函数。我们在第 13 行调用了该函数，并将结果赋值给 s。该程序会输出：

Sum 11

高阶函数

高阶函数（Hiher-order Function）定义为：满足下列条件之一的函数：

针对上述两种情况，我们看看一些简单实例。

把函数作为参数，传递给其它函数

package main

import (  
    "fmt"
)

func simple(a func(a, b int) int) {  
    fmt.Println(a(60, 7))
}

func main() {  
    f := func(a, b int) int {
        return a + b
    }
    simple(f)
}

在上面的实例中，第 7 行我们定义了一个函数 simple，simple 接收一个函数参数（该函数接收两个 int 参数，返回一个 a 整型）。在 main 函数的第 12 行，我们创建了一个匿名函数 f，其签名符合 simple 函数的参数。我们在下一行调用了 simple，并传递了参数 f。该程序打印输出 67。

在其它函数中返回函数

现在我们重写上面的代码，在 simple 函数中返回一个函数。

package main

import (  
    "fmt"
)

func simple() func(a, b int) int {  
    f := func(a, b int) int {
        return a + b
    }
    return f
}

func main() {  
    s := simple()
    fmt.Println(s(60, 7))
}

在上面程序中，第 7 行的 simple 函数返回了一个函数，并接受两个 int 参数，返回一个 int。

在第 15 行，我们调用了 simple 函数。我们把 simple 的返回值赋值给了 s。现在 s 包含了 simple 函数返回的函数。我们调用了 s，并向它传递了两个 int 参数（第 16 行）。该程序输出 67。

闭包

闭包（Closure）是匿名函数的一个特例。当一个匿名函数所访问的变量定义在函数体的外部时，就称这样的匿名函数为闭包。

看看一个示例就明白了。

package main

import (  
    "fmt"
)

func main() {  
    a := 5
    func() {
        fmt.Println("a =", a)
    }()
}

在上面的程序中，匿名函数在第 10 行访问了变量 a，而 a 存在于函数体的外部。因此这个匿名函数就是闭包。

每一个闭包都会绑定一个它自己的外围变量（Surrounding Variable）。我们通过一个简单示例来体会这句话的含义。

package main

import (  
    "fmt"
)

func appendStr() func(string) string {  
    t := "Hello"
    c := func(b string) string {
        t = t + " " + b
        return t
    }
    return c
}

func main() {  
    a := appendStr()
    b := appendStr()
    fmt.Println(a("World"))
    fmt.Println(b("Everyone"))

    fmt.Println(a("Gopher"))
    fmt.Println(b("!"))
}

在上面程序中，函数 appendStr 返回了一个闭包。这个闭包绑定了变量 t。我们来理解这是什么意思。

在第 17 行和第 18 行声明的变量 a 和 b 都是闭包，它们绑定了各自的 t 值。

我们首先用参数 World 调用了 a。现在 a 中 t 值变为了 Hello World。

在第 20 行，我们又用参数 Everyone 调用了 b。由于 b 绑定了自己的变量 t，因此 b 中的 t 还是等于初始值 Hello。于是该函数调用之后，b 中的 t 变为了 Hello Everyone。程序的其他部分很简单，不再解释。

该程序会输出：

Hello World  
Hello Everyone  
Hello World Gopher  
Hello Everyone !

头等函数的实际用途

迄今为止，我们已经定义了什么是头等函数，也看了一些专门设计的示例，来学习它们如何工作。现在我们来编写一些实际的程序，来展现头等函数的实际用处。

我们会创建一个程序，基于一些条件，来过滤一个 students 切片。现在我们来逐步实现它。

首先定义一个 student 类型。

type student struct {  
    firstName string
    lastName string
    grade string
    country string
}

下一步是编写一个 filter 函数。该函数接收一个 students 切片和一个函数作为参数，这个函数会计算一个学生是否满足筛选条件。写出这个函数后，你很快就会明白，我们继续吧。

func filter(s []student, f func(student) bool) []student {  
    var r []student
    for _, v := range s {
        if f(v) == true {
            r = append(r, v)
        }
    }
    return r
}

在上面的函数中，filter 的第二个参数是一个函数。这个函数接收 student 参数，返回一个 bool 值。这个函数计算了某一学生是否满足筛选条件。我们在第 3 行遍历了 student 切片，将每个学生作为参数传递给了函数 f。如果该函数返回 true，就表示该学生通过了筛选条件，接着将该学生添加到了结果切片 r 中。你可能会很困惑这个函数的实际用途，等我们完成程序你就知道了。我添加了 main 函数，整个程序如下所示：

package main

import (  
    "fmt"
)

type student struct {  
    firstName string
    lastName  string
    grade     string
    country   string
}

func filter(s []student, f func(student) bool) []student {  
    var r []student
    for _, v := range s {
        if f(v) == true {
            r = append(r, v)
        }
    }
    return r
}

func main() {  
    s1 := student{
        firstName: "Naveen",
        lastName:  "Ramanathan",
        grade:     "A",
        country:   "India",
    }
    s2 := student{
        firstName: "Samuel",
        lastName:  "Johnson",
        grade:     "B",
        country:   "USA",
    }
    s := []student{s1, s2}
    f := filter(s, func(s student) bool {
        if s.grade == "B" {
            return true
        }
        return false
    })
    fmt.Println(f)
}

在 main 函数中，我们首先创建了两个学生 s1 和 s2，并将他们添加到了切片 s。现在假设我们想要查询所有成绩为 B 的学生。为了实现这样的功能，我们传递了一个检查学生成绩是否为 B 的函数，如果是，该函数会返回 true。我们把这个函数作为参数传递给了 filter 函数（第 38 行）。上述程序会输出：

[{Samuel Johnson B USA}]

假设我们想要查找所有来自印度的学生。通过修改传递给 filter 的函数参数，就很容易地实现了。

实现它的代码如下所示：

c := filter(s, func(s student) bool {  
    if s.country == "India" {
        return true
    }
    return false
})
fmt.Println(c)

请将该函数添加到 main 函数，并检查它的输出。

我们最后再编写一个程序，来结束这一节的讨论。这个程序会对切片的每个元素执行相同的操作，并返回结果。例如，如果我们希望将切片中的所有整数乘以 5，并返回出结果，那么通过头等函数可以很轻松地实现。我们把这种对集合中的每个元素进行操作的函数称为 map 函数。相关代码如下所示，它们很容易看懂。

package main

import (  
    "fmt"
)

func iMap(s []int, f func(int) int) []int {  
    var r []int
    for _, v := range s {
        r = append(r, f(v))
    }
    return r
}
func main() {  
    a := []int{5, 6, 7, 8, 9}
    r := iMap(a, func(n int) int {
        return n * 5
    })
    fmt.Println(r)
}

该程序会输出：

[25 30 35 40 45]
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