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Scala函数式编程（三） scala集合和函数

前面已经稍微介绍了scala的常用语法以及面向对象的一些简要知识，这次是补充上一章的，主要会介绍集合和函数。

注意噢，函数和方法是不一样的，方法是在类里面定义的，函数是可以单独存在的（严格来说，在scala内部，每个函数都是一个类）

一.scala集合介绍

还记得上一章介绍的object的apply方法吗，很多数据结构其实都用到了它，从而让我们可以直接用List(...)这样来新建一个List，而不用自己手动new一个。

PS：注意，scala默认的数据结构都是不可变的，就是说一个List，没法删除或增加新的元素。当然，也有“可变”的数据结构，后面会介绍到。

1.1 List

得益于apply方法，我们可以不通过new来新建数据结构。

//通过工厂，新建一个List，这个List是不可变的
scala> val numbers = List(1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5)
numbers: List[Int] = List(1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5)

1.2 元组Tuple

Tuple这个概念在python应用比较广泛，它可以将多种数据类型（Int,String,Double等）打包在一起

scala> val tup = (1,1,2.1,"tuple",'c')  //将多种不同数据结构打包一起，可以有重复
tup: (Int, Int, Double, String, Char) = (1,1,2.1,tuple,c)

但在scala中，Tuple是有长度限制的，那就是一个Tuple最多只能有22个元素。

scala> val tup = (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21)
tup: (Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int, Int) = (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21)

//一个Tuple超过22个元素，报错了
scala> val tup = (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22)
<console>:1: error: too many elements for tuple: 23, allowed: 22
val tup = (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22)

可以看到上面，一但一个Tuple超过22个元素，就会报错了。至于为什么是22这个神奇的数字，好像一直没有一个统一的论调。有人开玩笑的说23才对，因为有部电影的名字叫《The Number 23》~~

1.3 Map和Option

在说Map之前，需要先介绍Option，因为Map里面存的就是Option，这个后面介绍。

Option翻译过来是选项，本质上，它也确实是一个选项，用来告诉你存不存在。还是用实例说明吧：

//Option里面可以存普通数据类型
scala> val optionInt = Option(1)
optionInt: Option[Int] = Some(1)

scala> optionInt.get
res8: Int = 1
//但一个Option也可能为空
scala> val optionNone = Option(null)
optionNone: Option[Null] = None
//当Option里面是空的时候，是get不出东西的，还会报错
scala> optionNone.get
java.util.NoSuchElementException: None.get
  at scala.None$.get(Option.scala:347)
  at scala.None$.get(Option.scala:345)
  ... 32 elided
//这个时候可以判断它就是空的
scala> optionNone.isEmpty
res11: Boolean = true
//但可以用getOrElse()方法，当Option里面有东西的时候，就返回那个东西，如果没有东西，就返回getOrElse()的参数的内容
scala> optionNone.getOrElse("this is null")  //里面没东西
res12: String = this is null
scala> optionInt.getOrElse("this is null") //里面有东西
res15: Any = 1

再说Map，Map里面的value的类型并不是你赋的那个数据类型，而是Option。即Map(key -> Option,key1 -> Option)。

scala> val map = Map("test1" -> 1,"test2" -> 2)
map: scala.collection.immutable.Map[String,Int] = Map(test1 -> 1, test2 -> 2)

scala> map.get("test1")
res16: Option[Int] = Some(1)

scala> map.get("test3")
res17: Option[Int] = None

scala> map.get("test3").getOrElse("this is null")
res18: Any = this is null

这样的好处是什么呢？还记得在java里面，每次都得为java为空的情况做判断的痛苦吗。在scala，这些烦恼通通不存在。有了Option，妈妈再也不用担心NullPointerException啦。

1.4 常用函数组合子

匿名函数

将集合的函数组合子，那肯定得先将匿名函数。如果有用过python中的lambda表达式，那应该就很了解这种方式了。

前面说到，在scala中，函数就是对象，匿名函数也是函数。举个简单的例子：

//创建一个匿名函数
scala> val addOne = (x: Int) => x + 1
addOne: (Int) => Int = <function1>

scala> addOne(1)
res4: Int = 2

注意，函数里面是可以不用return的，最后面的那个x+1就是匿名函数的返回值了。

map，reduce

因为hadoop的出现，MapReduce都被说烂了。虽然Hadoop的Mapreduce起源自函数式的map和reduce，但两者其实是不一样的。感兴趣的可以看看我之前写过的一篇：从分治算法到 Hadoop MapReduce

函数式里面的map呢，粗略的说，其实相当一个有返回值的for循环。

scala> val list = List(1,2,3)
list: List[Int] = List(1, 2, 3)

scala> list.map(_ + 1)   //这里的(_+1)其实就是一个匿名函数 //让List中每一个元素+1，并返回
res29: List[Int] = List(2, 3, 4)

至于reduce呢，也是像for循环，只是不像map每次循环是当前元素，reduce除了当前元素，还有上一次循环的结果，还是看看例子吧：

scala> list.reduce((i,j) => i + j)  //两个两个一起循环，这里是让两个相加
res28: Int = 6

比如上面的例子，有1,2,3三个数。第一次循环的两个是1,2，1+2就等于3，第二次循环就是上次的结果3和原本的3，3+3等于6，结果就是6。

filter

filter故名思意，就是过滤的意思，可以在filter中传进去一个匿名函数，返回布尔值。返回true的则保留，返回false的丢弃。

scala> val numbers = List(1, 2, 3, 4)
numbers: List[Int] = List(1, 2, 3, 4)

//过滤出余2等于0的
scala> numbers.filter((i: Int) => i % 2 == 0)
res0: List[Int] = List(2, 4)

foldLeft

这个和reduce类似，也是遍历，除了当前元素，还有上一次迭代的结果。区别在于foldLeft有一个初始值。

scala> val numbers = List(1, 2, 3, 4)
numbers: List[Int] = List(1, 2, 3, 4)

//(m: Int, n: Int) => m + n这部分是一个匿名函数
scala> numbers.foldLeft(0)((m: Int, n: Int) => m + n)
res30: Int = 10

二.scala函数

在最前面有介绍到，函数就是对象。那为什么函数能直接运行呢？这其实得益于object的apply这个语法糖。

偏函数

偏函数（PartialFunction），从某种意义上来说，偏函数也是scala中挺重要的一个语法糖。

偏函数它长这样：

PartialFunction[A, B] //接收一个A类型的参数，返回B类型的参数

值得一提的是，scala中有一个关键字case，就是使用偏函数。继续举例子：

//下面的case就是一个偏函数PartialFunction[Int, String]
scala> val one: PartialFunction[Int, String] = { case 1 => "one" }
one: PartialFunction[Int,String] = <function1>

scala> one(1)
res11: String = Int

scala> one("one")
<console>:13: error: type mismatch;
 found   : String("one")
 required: Int
       one("one")

case关键字会匹配符合条件的类型或值，如果不符合，会报错。内部实现就不介绍了，知道是个常用语法糖就好。

而这个case关键字也正是实现scala模式匹配中，必不可少的一环，有兴趣的童鞋可以看看我这篇：scala模式匹配详细解析

这里再说一个常见应用吧，函数组合子中有一个collect，它需要的参数就是一个偏函数。下面看个有意思的例子：

//这个list里面的Any类型
scala> val list:List[Any] = List(1, 3, 5, "seven")
list: List[Any] = List(1, 3, 5, seven)

//使用map会报错，因为map接收的参数是普通函
scala> list.map { case i: Int => i + 1 }
scala.MatchError: seven (of class java.lang.String)
  at $anonfun$1.apply(<console>:13)
  at $anonfun$1.apply(<console>:13)
  at scala.collection.immutable.List.map(List.scala:277)
  ... 32 elided

  //但如果用collect函数就可以，因为collect接收的参数是偏函数，它会自动使用偏函数的一些特性，所以可以自动过滤掉不符合的数据类型
scala> list.collect { case i: Int => i + 1 }
res15: List[Int] = List(2, 4, 6)

因为collect接收的参数是偏函数，它会自动使用偏函数的特性，自动过滤不符合的数据类型，而map就做不到。

部分应用函数

所谓部分应用的意思，就是说，当调用一个函数时，可以仅传递一部分参数。而这样会生成一个新的函数，来个实例看看吧：

//定义一个打印两个输出参数的函数
scala> def partial(i:Int,j:Int) : Unit = {
     |     println(i)
     |     println(j)
     | }
partial: (i: Int,j: Int)Unit

//赋一个值给上面那个函数，另一个参数不赋值，生成一个新的函数
scala> val partialFun = partial(5,_:Int)
partialFun: Int => Unit = <function1>

//只要一个参数就可以调用啦
scala> partialFun(10)
5
10

部分应用函数，主要是作用是代码复用，同时也能够增加一定的代码可读性。

当然还有更多有意思的用法，后面有机会说到再说。

函数柯里化

刚开始，听到柯里化的时候很奇怪。柯里？啥玩意？

后来才知道，其实柯里是从curry音译过来的，这个是个人名，就是发明了柯里化的发明人。

柯里化是把接受多个参数的函数变换成接受一个单一参数(最初函数的第一个参数)的函数，并且返回接受余下的参数且返回结果的新函数的技术。

看看具体是怎么使用吧：

//我们知道函数可以这样定义，让它接收两个参数
scala> def curring(i:Int)(j: Int): Boolean = {false}
curring: (i: Int)(j: Int)Boolean

//可以把这个函数赋值给一个变量，注意变量的类型
scala> val curringVal:(Int => (Int => Boolean)) = curring _
curringVal: Int => (Int => Boolean) = <function1>

//可以让这个变量接收一个参数，又变成另一个函数了
scala> val curringVal_1 = curringVal(5)
curringVal_1: Int => Boolean = <function1>

//再用这个变量接收一个参数，终于能返回结果了
scala> curringVal_1(10)
res32: Boolean = false