函数式编程(Functional Programming)

在了解Scheme的语法之前，我们首先应该明白函数式编程(Functional Programming)这种范式(Paradigm)。简单引用一下我们老师的描述：

Functional Programming is a paradigm that is defined by building software out of pure functions and avoiding shared states, mutable data and side-effects.

函数式编程时一种通过使用纯函数来避免共享状态、可变数据以及副作用的编程范式。

用自己的话翻译一下，函数式编程强调输入和输出，而不是其实现的步骤和过程。在函数式编程中，相同的输入必然会有相同的输出，不会受到外在因素的影响。因此，函数式编程通常具有以下特性：

  • 无状态(stateless)

    • 无状态也意味着函数式编程中没有变量这个概念。本质上来说，变量就是在描述程序的某种状态。

      • 输入
      • 经过函数处理
      • 输出

  • 无副作用(Side-effect free)

    • 由于函数式编程不存在变量，更不存在全局变量。它只使用输入值进行函数式加工，然后输出。因此它几乎没有副作用。

  • 强模块化设计(Enforced modular design)

    • 一个函数只干一件事情，每件事情都可以打包为一个模块

  • 不原生支持for、while等循环语句

    • 虽然不支持，但是所有的循环均可通过递归实现

常见的函数式编程语言：

  • Scheme
  • LIPS

Tips：除了除函数式编程外的其他范式

  • 面向对象(Object-Oriented Programming, OOP)

    • 抽象类(Abstract data types)
    • 封装(Encapsulation )
    • 继承(Inheritance)
    • 动态绑定(Dynamic binding)

  • 逻辑编程(Logic Programming)

    • 数据库(Database)
    • 关联(Relations)
    • 查询与匹配(Query and matching)
    • 推理(Reasoning)

  • 面向服务编程(Service-Oriented Programming)

    • 面向服务编程是面向对象、函数式编程、逻辑编程的结合体。

Scheme入门

IDE

“Hello World"

(write “Hello World!”)

语法

  • 语句构成

    (<operator> <operand>, <operand>*)
(<操作符> <操作数>, <操作数>*)

  • 关键字(keywords)

  • 标识符(Identifiers)

    • 与OOP中的变量含义不同，标识符只是常量的昵称

  • 结构形式(structured forms)

    • lists, vectors

  • 常量(constant data)

    • numbers, characters, strings, quoted vectors, quoted lists, quoted symbols, etc.

  • 空白(whitespace)

    • Scheme忽略空白

  • 注释(comments)

    ; 等同于//或#

    #|
多行注释
多行注释
#|

数据类型

  • Numbers

    整数(Integer)，实数(reals)，有理数(rationals)，复数(complex)

  • Booleans

    #t - true

    #f - false

  • Characters - make up strings

    #\space, #\sp
#\newline, #\nl
#\tab, #\ht
#\backspace, #\bs
#\return, #\cr
#\page, #\np
#\null, #\nul

  • Symbols

    (quote E)
'x
'y
(symbol? 'xyz) =>  #t
(symbol? 42)   =>  #f

  • Strings

    "This is a string"
"This is a string \"with quotes\""
"" – empty string
There are a series of (string-<operator> commands
(string-append “Hello ” “World!”)

    Symbols vs Strings

    (string-length "James") => 5
(string-length 'James) => error, string type expected.
(symbol-length 'James) => error, function does not exist
(symbol? 'James) => true        (string? 'James) => false
(symbol? 'Ja  mes) => error        (string? "Ja  mes") => true

  • identifiers/variables - sequences of characters without the double quotes that serve as identifiers

      i
  not
  +
  this-is-a-test

  • Lists

    (1 2 3)
(1 2.5 33/2)
(“hi” (1 2 3) 27/2)

基本操作

定义函数

  • 在Scheme中，我们使用lambda定义函数

    • 语法：

      (lambda (parameter list) function definition)
      ((lambda (x y) (+ x y)) 1 2) 
  => 3

  • define关键字

    (define <function name> (lambda (<params>) <function>))
    (define addTwo (lambda (x y) (+ x y)) )
(addTwo 1 2) => 3

  • Example；

    ; Scheme
(define absolute (lambda (x)
                   (if (negative? x)
                       (- x)
                       x
                       ) ;end if
                   ) ; end lambda
  ) ; end define
    # Same as in Python
def absolute(x):
 if (x < 0):
     return -x
 else:
    return x

数学运算符

  • 加减乘除

    (+ a b) -> a + b
(- a b) -> a - b
(\ a b) -> a \ b
(* a b) -> a * b

  • 其它常用运算函数

    (abs x)
    ; returns absolute value

(max …)
    ; returns the maximum value in the parameters

(min …)
    ; returns minimum

(round x)
    ; rounds toward zero

(floor x)  - (ceiling x)
    ; round value down or up

逻辑运算符

  • 基本逻辑运算符

    (and
(or
    ; And 和 or可以传递多个参数，不仅限于2个

(not

  • 关系运算符

    (= a b)
    ; 注意：没有==

  • Sameness in Scheme

    (eq?
    ; 类似于eqv，但是可以辨别的更精细一些
(equal?
    ; 如果两个项目递归等价，则返回 true — paris、vectors、字符串等..
(sqv?
    ; 返回 true 通常应被视为相同 - 适用于integer, characters 和实数(real)

参考

Scheme语言简明教程

什么是函数式编程，它解决什么问题？

什么是 Functional Programming？