Роман Сузи - Язык программирования Python

Функции являются абстракциями, в которых детали реализации некоторого действия скрываются за отдельным именем. Хорошо написанный набор функций позволяет использовать их много раз. Стандартная библиотека Python содержит множество готовых и отлаженных функций, многие из которых достаточно универсальны, чтобы работать с широким спектром входных данных. Даже если некоторый участок кода не используется несколько раз, но по входным и выходным данным он достаточно автономен, его смело можно выделить в отдельную функцию.

Эта лекция более ориентирована на практические соображения, а не на теорию функционального программирования. Однако там, где нужно, будут употребляться и поясняться соответствующие термины.

Далее будут подробно рассмотрены описание и использование функций в Python, рекурсия, передача и возврат функций в качестве параметров, обработка последовательностей и итераторы, а также такое понятие как генератор. Будет продемонстрировано, что в Python функции являются объектами (и, значит, могут быть переданы в качестве параметров и возвращены в результате выполнения функций). Кроме того, речь пойдет о том, как можно реализовать некоторые механизмы функционального программирования, не имеющие в Python прямой синтаксической поддержки, но широко распространенные в языках функционального программирования.

Функциональное программирование— это стиль программирования, использующий только композиции функций. Другими словами, это программирование в выражениях, а не в императивных командах.

Как отмечает Дэвид Мертц (David Mertz) в своей статье о функциональном программировании на Python, «функциональное программирование — программирование на функциональных языках (LISP, ML, OCAML, Haskell, …)», основными атрибутами которых являются:

• «Наличие функций первого класса (функции наравне с другими объектами можно передавать внутрь функций).

• Рекурсия является основной управляющей структурой в программе.

• Обработка списков (последовательностей).

• Запрещение побочных эффектов у функций, что в первую очередь означает отсутствие присваивания (в «чистых» функциональных языках)

• Запрещение операторов, основной упор делается на выражения. Вместо операторов вся программа в идеале — одно выражение с сопутствующими определениями.

• Ключевой вопрос: чтонужно вычислить, а не как.

• Использование функций более высоких порядков (функции над функциями над функциями)».

В математике функцияотображает объекты из одного множества ( множества определения функции) в другое ( множество значений функции). Математические функции (их называют чистыми) «механически», однозначно вычисляют результат по заданным аргументам. Чистые функции не должны хранить в себе какие–либо данные между двумя вызовами. Их можно представлять себе черными ящиками, о которых известно только то, что они делают, но совсем не важно, как.

Программы в функциональном стиле конструируются как композицияфункций. При этом функции понимаются почти так же, как и в математике: они отображают одни объекты в другие. В программировании «чистые» функции — идеал, не всегда достижимый на практике. Практически полезные функции обычно имеют побочный эффект: сохраняют состояние между вызовами или меняют состояние других объектов. Например, без побочных эффектов невозможно представить себе функции ввода–вывода. Собственно, такие функции ради этих «эффектов» и используются. Кроме того, математические функции легко работают с объектами, требующими бесконечного объема информации (например, вещественные числа). В общем случае компьютерная программа может выполнить лишь приближенные вычисления.

Кстати, бинарные операции « +», « -», « *», « /», которые записываются в выражениях, являются «математическими» функциями над двумя аргументами — операндами. Их используют настолько часто, что синтаксис языка программирования имеет для них более короткую запись. Модуль operatorпозволяет представлять эти операции в функциональном стиле:

>>> from operator import add, mul

>>> print add(2, mul(3, 4))

14

Как уже говорилось, определить функцию в Python можно двумя способами: с помощью оператора defи lambda–выражения. Первый способ позволяет использовать операторы. При втором — определение функции может быть только выражением.